電磁吸盤技術(shù)在舊小型航標(biāo)船上的應(yīng)用

郭志忠

(北海航海保障中心天津航標(biāo)處，天津 300450)

電磁吸盤技術(shù)在舊小型航標(biāo)船上的應(yīng)用

郭志忠

(北海航海保障中心天津航標(biāo)處，天津 300450)

文章闡述了舊小型航標(biāo)船傳統(tǒng)作業(yè)方式存在的巨大風(fēng)險以及急需技術(shù)改造的客觀需求，并分析了電磁吸盤裝置的突出優(yōu)勢，為舊小型航標(biāo)巡檢船技術(shù)改造提供了成功的范例。

航標(biāo)船；跳標(biāo)；電磁吸盤；安全

近年來隨著環(huán)渤海各港口的迅速發(fā)展，航標(biāo)管理數(shù)量迅猛增加，再加之每年冬季更換冰標(biāo)，航標(biāo)作業(yè)量非常繁重。

長期以來，航標(biāo)工人進(jìn)行航標(biāo)檢修作業(yè)時，需要從船上跳上浮標(biāo)，作業(yè)后再跳回船上，這種傳統(tǒng)的作業(yè)方式一直存在著如下弊?。孩俾毠さ菢?biāo)作業(yè)安全無保障,當(dāng)浮標(biāo)搖晃嚴(yán)重時，會發(fā)生危險，尤其冬季航標(biāo)表面結(jié)冰嚴(yán)重，會發(fā)生摔傷事故；②船體與浮標(biāo)碰撞損傷大，維護(hù)費(fèi)用高；③船舶側(cè)靠浮標(biāo)難度大，作業(yè)效率低；④維修作業(yè)對海面狀況要求高，使可工作天數(shù)減少，不能及時進(jìn)行維修作業(yè)；⑤航標(biāo)作業(yè)成了一個高危職業(yè)，工人年齡稍大就無法跳標(biāo)進(jìn)行航標(biāo)維修工作。徹底改變傳統(tǒng)跳標(biāo)作業(yè)方式，提高維修作業(yè)的效率和作業(yè)的安全性，成為一個亟待解決的課題。

1 改造方案

經(jīng)過調(diào)研，電磁吸盤在新型玻璃鋼船上的研制開發(fā)獲得了成功，能夠把船和浮標(biāo)穩(wěn)妥地吸合在一起，解決了船、標(biāo)一體化的問題，為舊船改造提供了借鑒和參考。

海巡15020船是一艘鋼質(zhì)、單底、單甲板、雙機(jī)、雙舵、雙槳、柴油機(jī)驅(qū)動螺旋槳推進(jìn)的小型航標(biāo)船。船舶主尺度：船長31.3 m、型寬6.2 m、型深2.6 m、排水量155.8 t、航速12.6 kn。

根據(jù)海巡15020的船型，可在船首安裝電磁吸盤系統(tǒng)。航標(biāo)船專用電磁吸盤由天津中交海強(qiáng)船舶技術(shù)開發(fā)公司設(shè)計制造，型號為HQ-TLMW92-10030T,長1.40 m 、寬0.25 m 、厚0.17 m ，輸出電壓DC 220 V，輸出容量4 kW，額定吸力39.2 kN。工作對象為直徑 2.4 m 、質(zhì)量約 5 t的浮標(biāo)。

試驗(yàn)條件：6 級風(fēng)以下、平均波高1.5 m 以下海況，將漂浮不定的航標(biāo)牢牢吸住，使航標(biāo)與船體連成一體,滿足航標(biāo)工人安全登標(biāo)作業(yè)條件。

2 電磁吸盤設(shè)計及校核

電磁吸盤的工作原理是內(nèi)部線圈通電時產(chǎn)生磁力，經(jīng)過導(dǎo)磁面板，將接觸在面板表面的航標(biāo)緊緊吸住。線圈斷電時，磁力消失實(shí)現(xiàn)退磁，使船與航標(biāo)快速分離。

為了避免電磁吸盤靠近浮標(biāo)時，由于電磁吸力過大引起磁盤與浮標(biāo)撞擊，將電磁鐵設(shè)計為DC 220 V、4 kW；電氣控制箱設(shè)計為單相可控硅調(diào)壓整流,調(diào)節(jié)輸出電壓為0～220 V；電磁鐵吸力為0～39.2 kN可調(diào)。當(dāng)船靠近浮標(biāo)時逐步調(diào)增磁盤吸力，直至需要的最大值，船與浮標(biāo)吸牢，并連接成一個整體。航標(biāo)工人可直接登上浮標(biāo)作業(yè)，完成任務(wù)回船后，給電磁吸盤斷電，使船與浮標(biāo)迅速分離，并迅速駛離浮標(biāo)。

電磁吸盤的吸力是根據(jù)計算浮標(biāo)的慣性力確定的。浮標(biāo)在海面上隨海浪做自由諧振運(yùn)動，電磁裝置如果吸附住浮標(biāo)，使船與浮標(biāo)連為一體，必須要求電磁吸盤吸附浮標(biāo)時，電磁吸盤與浮標(biāo)之間的摩擦力能夠克服浮標(biāo)垂蕩慣性力，避免浮標(biāo)與電磁吸盤間產(chǎn)生較大位移。根據(jù)海巡15020船作業(yè)海域的水文情況，計算出直徑為2.4 m 的浮標(biāo)在海浪中的垂蕩慣性力，并以此計算出電磁吸盤的吸附力和所需的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

對于浮標(biāo)能否被吸附住，主要看浮標(biāo)和電磁吸盤之間的摩擦力能否克服浮標(biāo)由于垂蕩引起的慣性力。經(jīng)計算，電磁吸盤與浮標(biāo)的摩擦力可以克服包括浮標(biāo)重量和2個航標(biāo)作業(yè)工人重量產(chǎn)生的垂蕩慣性力，當(dāng)浮標(biāo)被吸附時浮標(biāo)的自由諧振即被破壞，垂蕩慣性力也就小了許多，所以電磁吸盤完全可以吸附住浮標(biāo)，航標(biāo)工人可以安全地進(jìn)行登標(biāo)作業(yè)。

經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，以上結(jié)論是正確的。

3 實(shí)用技術(shù)，值得推廣

經(jīng)過現(xiàn)場作業(yè)試驗(yàn)，海巡15020船在東北風(fēng)6級的海況下，通過電磁吸盤裝置把船與直徑2.4 m 的浮標(biāo)連成一體時，搖擺消失，能夠保持一個穩(wěn)定的狀態(tài)，可使航標(biāo)工人安全登標(biāo)作業(yè)，達(dá)到了設(shè)計要求，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期工作目標(biāo)，海巡15020船電磁吸盤改造項(xiàng)目獲得了成功。

電磁吸盤裝置采用特殊的技術(shù)措施解決了關(guān)鍵技術(shù)問題，科技進(jìn)步徹底改變了傳統(tǒng)的作業(yè)方式，大大提高了航標(biāo)維修作業(yè)安全性，減輕了航標(biāo)工人的勞動強(qiáng)度，保障了航標(biāo)工人的生命安全，極大提高了工作效率，使絕大多數(shù)浮標(biāo)故障能夠在1 h內(nèi)得到解決，有效提高了航標(biāo)正常發(fā)光率，得到航標(biāo)工人的一致好評，若能在航標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)推廣應(yīng)用，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

4 改進(jìn)建議

通過海巡15020船電磁吸盤改造試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在高海況涌浪較大的情況下，由于海巡15020船和航標(biāo)體積相差較大，船和浮標(biāo)的晃動周期和幅度相差很大，電磁吸盤會遭遇強(qiáng)大的垂蕩慣性力和橫搖扭力，航標(biāo)很容易滑脫，電磁吸盤要想牢牢吸住航標(biāo)，就必須提高功率輸出，這勢必會增加電磁吸盤主體尺度并增加能源消耗。

為進(jìn)一步提高電磁吸盤的節(jié)能效果，若將電磁吸盤剛性固定結(jié)構(gòu)設(shè)計成4只硬彈簧結(jié)構(gòu)，可適當(dāng)增加電磁吸盤的自由度，通過彈簧的彈性可有效緩解船舶靠標(biāo)的沖擊和航標(biāo)垂蕩慣性力對電磁吸盤的沖擊，在彈簧的隨動扭振中，使航標(biāo)的振蕩幅度不斷衰減，可有效避免航標(biāo)的滑脫，減少電功率的消耗，不僅提高了電磁吸盤連接航標(biāo)的牢固程度，同時進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能的效果。

A successful example is offered to improve the old,small stake boats technically according to the superiority of magnetic chuck,which makes the huge risk overcome during traditional operating mode and meets the need of technical improvement.

stake boat;light instability;magnetic chuck;saftety

郭志忠(1958-)，男，河北張家口人，高級輪機(jī)長，大學(xué)本科，主要從事航標(biāo)技術(shù)裝備機(jī)務(wù)管理工作。

U61

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.05.004

2016-06-27