沉底試驗水雷打撈回收輔助系統(tǒng)方案研究

喬曉君，張宏欣

（中國人民解放軍 91439部隊，遼寧 大連 116041）

0 引言

水中兵器試驗中用于打撈沉底水雷[1]、訓練爆源等負浮力被試裝備時通常采用的方法：首先撈取系有打撈索的浮標，然后牽引打撈索通過船舷側滑輪上絞盤，絞盤帶動鋼索[2]將回收物體絞至水面，再使用吊車將被試品吊至甲板[3-4]。

由于海上作業(yè)無法預知的因素較多，海底情況更加復雜，采用上述方法在打撈過程中需要非常豐富的實踐經(jīng)驗，對實施中的各個環(huán)節(jié)都要充分考慮風險因素。具體而言，對于鋼索承重、海底地貌、海流和海況影響都要有充分的估計，對操作人員的技巧經(jīng)驗要求也比較高，若不能滿足上述前提，海上實施過程中的險情隨時可能發(fā)生。根據(jù)以往的經(jīng)驗來看，輕則鋼索繃斷，水雷沉入海底，打撈失敗，造成水雷丟失，重者裝備損壞或傷及試驗人員。因此，急需研制一套安全可靠的打撈回收輔助系統(tǒng)[5-7]，本文針對目前沉底水雷打撈中出現(xiàn)的若干問題，在回顧分析實際案例的基礎上，設計了一種打撈回收輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)由吊車、絞盤、絞盤控制臺、張力檢測系統(tǒng)、自動緩沖系統(tǒng)、支架、鋼索及超載報警系統(tǒng)等單元構成，提高了操作實效性和人員裝備安全性。同時針對該系統(tǒng)設計闡述了海上使用方法和異常情況處置預案，相關結果對未來類似試驗中的打撈回收實施[8]具有實際應用價值。

1 案例回顧

1）某型裝備試驗中，需要沉底水雷做試驗保障。實施中水面浮標與布放回收鋼索連接，布放回收鋼索與水雷連接，通過撈雷船的吊車、絞盤、船舷測滑輪完成布放回收。當時，就在絞盤通過船舷測滑輪回收鋼索過程中，雷體回收到船底后，由于雷體旋轉掛到壓浪板上，剛性撞擊使得雷車牽引環(huán)斷裂，雷體沉入海底。

2）某型艦船抗沖擊試驗的一次合練中，需要專用沉底爆源做保障。海上實施方法基本和上述獵雷裝備試驗相同，區(qū)別在于回收過程中，吸取了回收沉底水雷中的教訓，用船上吊車連接開口側滑輪后，將鋼索支離船舷一定距離，避免碰到船底壓浪板?？墒牵诨厥毡吹倪^程中，由于爆源掛到海底纜索等不明物體，在爆源離開海底一定距離后，回收鋼索不堪重負斷裂，爆源沉入海底。

2 系統(tǒng)要求

1）主要適應于沉底水雷[3]等較大負浮力且通過鋼索回收的物體打撈；

2）掛到剛性物體（比如掛到船底壓浪板或礁石等）瞬間自動緩沖放索，緩解鋼索受力，并為采取緊急措施爭取時間；

3）掛到柔性物體（海底漁網(wǎng)、繩纜等）后，能夠檢測出張力變化，且在張力大于預設值后自動采取保護措施，防止事故發(fā)生；

4）系統(tǒng)安裝、操作簡便，適應海況≯3級。

3 系統(tǒng)設計

由吊車（船上）、絞盤（船上）、絞盤控制臺、張力檢測系統(tǒng)、自動緩沖系統(tǒng)、支架、鋼索及超載報警系統(tǒng)組成。系統(tǒng)組成框圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)組成框圖Fig.1 Constitutional block diagram of system

3.1 吊車

功能：將打撈至水面的物體吊上甲板。

起吊重量≥2 t，吊臂伸出船舷外≥2 m。可借用船上吊車，所以系統(tǒng)需安裝在吊車附近。

3.2 絞盤

功能：收放鋼索。

絞盤扭矩≥20 kN，應具有剎車制動功能，可按工作的需要進行降速后制動剎車，防止纜盤不能及時停止轉動而損傷鋼索?？山栌么辖g盤，系統(tǒng)需安裝在絞盤附近。

3.3 絞盤控制臺

功能：接收張力檢測裝置發(fā)出的控制信號，執(zhí)行機構完成對絞盤的控制。

絞盤控制臺內(nèi)安裝電氣控制元件，并提供相應的電氣和數(shù)據(jù)接口，便于操作和監(jiān)控系統(tǒng)的工作情況。控制系統(tǒng)方框圖如圖2。

圖2 控制系統(tǒng)方框圖Fig.2 Block diagram of control system

3.4 張力檢測系統(tǒng)

功能：通過傳感器檢測鋼索承受到的拉力。

張力控制范圍：300～2 000 kgf。

張力檢測裝置采用三輪組張力檢測方式，該機構由3個導輪組成，前后2個導輪為導向輪，中間導輪為測力輪。3個導輪位置固定后，鋼索在測力輪上形成的夾角為一固定值。測力輪安裝在張力傳感器上，鋼索張緊后測力輪受壓，傳感器可測得鋼索在導輪垂直方向的分力，再根據(jù)鋼索在測力輪上形成的夾角計算出鋼索的實際張力。如圖3所示，鋼索張力為F，鋼索在測力輪上形成的夾角為α，鋼索張力F在測力輪上的分力為T，由公式

可得鋼索張力值。在實際運行中可通過砝碼進行校驗和校正，確保所測鋼索張力準確性。該機構測力穩(wěn)定可靠，測力時電纜的彎曲半徑較大，對鋼索的影響小。

圖3 測力輪受力圖Fig.3 Force diagram of measurement wheel

3.5 自動緩沖系統(tǒng)

功能：1）預設拉力值；2）根據(jù)預設拉力自動緩沖放索，減緩鋼索受力；3）為超載報警裝置提供觸發(fā)信號。

為防止鋼索因外界因素而產(chǎn)生較大張力波動，在張力檢測裝置后裝有緩沖儲索裝置。該裝置由導向輪組和緩沖輪組組成，當鋼索張力發(fā)生較大變化時，緩沖輪組會隨鋼索張力變化而左右移動位置，從而減小鋼纜張力因突然的波動而對整個控制系統(tǒng)造成的影響。該裝置的儲索能力約為 1 m。如圖4所示。

圖4 緩沖系統(tǒng)Fig.4 Buffering system

3.6 超標報警系統(tǒng)

接收到張力檢測系統(tǒng)輸出的觸發(fā)信號后，啟動執(zhí)行電路，經(jīng)放大推動換能器發(fā)出聲、光指示。

3.7 支架

功能：導引回收鋼索，并通過支架將打撈物體撐離船舷一定距離。

要求：能夠固定在船舷，且自動伸縮距離≥2 m，前端帶導引滑輪。

3.8 鋼索

功能：連接、打撈回收物體。

通過下面的公式即可求出鋼索的直徑。

式中：F為最小破斷拉力，kN；K為某一指定結構鋼索的最小破斷拉力系數(shù)[1]；D為鋼索的公稱直徑，mm；R為鋼索的公稱抗拉強度，MPa。

為實施方便，鋼索應選擇點接觸型。點接觸型鋼索股內(nèi)相鄰鋼絲之間成點狀接觸形式，除中心鋼絲外，各層鋼絲直徑相等，股通過分層捻制形成。點接觸型鋼索屬普通類型，價格適中，易于選購。

使用前，首先確定所用鋼索的抗拉極限值Y，然后針對鋼索的連接、使用方式以及實施經(jīng)驗設定安全系數(shù)K1（＜1），相乘得出設定拉力F1。

當鋼索張力大于設定拉力F1后，自動緩沖裝置自動放索，同時絞車控制臺下達停止收索指令。

如果鋼索直徑已知，其破斷力估算方法：

鋼索破斷力=a×a×0.5t

鋼索直徑（mm）/3=a（取整數(shù)）

比如：φ12mm鋼索，a=4，鋼索破斷力=8 t。

同時注意鋼索使用方式、連接狀態(tài)、彎曲半徑等對破斷力的影響。

4 海上使用方法及異常情況處置預案

水雷打撈前在水下的態(tài)勢如圖5。水雷在海底，浮標在水面，鋼索一端連接水雷，另一端連接浮標，鋼索的長度大于1.5倍水深。

回收系統(tǒng)船甲板布置示意圖如圖6。支架固定在船舷，絞盤、控制、張力檢測、自動緩沖系統(tǒng)、超載報警及吊車等系統(tǒng)分別固定在甲板。

圖5 水雷打撈前水中態(tài)勢Fig.5 Underwater situation before salvaging mine

圖6 回收系統(tǒng)船甲板布置示意圖Fig.6 Layout schematic diagram of ship deck of recycling system

打撈過程如下：

1）回收系統(tǒng)中各分系統(tǒng)調(diào)試，支架固定在船舷上，過渡鋼索布設，最后過渡鋼索一端從支架前端導引滑輪引出。

2）撈雷船機動至浮標附近，將浮標撈上甲板，打撈鋼索臨時固定在船舷，打撈鋼索卸掉浮標后連接到過渡鋼索上，鋼索在船舷臨時固定解脫。

3）啟動回收系統(tǒng)，絞盤回收鋼索，確定水雷脫離海底后，操縱支架伸出舷側規(guī)定距離，絞盤繼續(xù)回收鋼索，直至水雷出水面后，支架收縮回船舷邊，吊車的吊鉤連接水雷后將其吊上甲板。

異常情況處置預案一：回收過程中，水雷掛到礁石、沉船、船底等剛性物體后，鋼索張力瞬間增大，自動緩沖分系統(tǒng)立刻釋放儲存鋼索，張力檢測分系統(tǒng)立刻輸出指令給絞盤控制臺，同時超載報警分系統(tǒng)報警，絞盤停止收索。

根據(jù)海上態(tài)勢、海水流向、海底情況等進行分析，最后決定采取的措施：

1）絞盤放索，艦船機動，絞盤再次收索打撈；

2）絞盤放索，鋼索連接浮標后拋入海中，待海水流向改變一定角度后，再實施打撈。

異常情況處置預案二：回收過程中，水雷掛到漁網(wǎng)、纜索等柔性物體后，鋼索張力緩慢增大，當張力大于設定值后，張力檢測分系統(tǒng)立刻輸出指令給絞盤控制臺，同時超載報警分系統(tǒng)報警，絞盤停止收索。

根據(jù)海上態(tài)勢、海水流向、海底情況等進行分析，最后決定采取的措施：

1）絞盤放索，艦船機動，再次絞盤收索打撈；

2）絞盤放索，鋼索連接浮標后拋入海中，待海水流向改變一定角度后，再實施打撈；

3）潛水員探明情況，并成功處理后繼續(xù)回收打撈。

5 結束語

水雷、反水雷裝備及艦船抗沖擊等海上試驗中，經(jīng)常需要對布設于海底的比較大的負浮力物體進行打撈回收。針對傳統(tǒng)方法存在的安全隱患和以往實施案例教訓，充分考慮實施中各個環(huán)節(jié)中的風險因素，本文設計了一種新的試驗沉底雷打撈回收系統(tǒng)，并給出了海上使用方法，以期能夠解決過去實施中的盲目（無法對水下情況掌控）打撈問題，并提高裝備回收可靠性及試驗安全性，本文方法的有效運用對試驗任務的圓滿完成具有重要意義。