一種水下網(wǎng)具鋼絲繩切割裝置的設(shè)計

房 熊

（1. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院 漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海 200092；2. 農(nóng)業(yè)部 遠(yuǎn)洋漁船與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092；3. 海洋國家實(shí)驗(yàn)室 深藍(lán)漁業(yè)工程裝備技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266237）

0 引言

長江流域豐富的水生生物資源以及多樣的水域生態(tài)環(huán)境對于維護(hù)我國生物的多樣性和生態(tài)平衡，保障國家生態(tài)安全具有無可替代的重要作用。長江流域是我國水生物多樣性最為典型的區(qū)域之一，是我國重要的生態(tài)寶庫，分布有魚類370余種，其中170種為長江特有魚類。但目前長江流域漁業(yè)資源出現(xiàn)了嚴(yán)重的衰退，流域的資源環(huán)境面臨崩潰，2011年長江三峽庫區(qū)、壩下、洞庭湖、鄱陽湖和河口區(qū)的天然捕撈量已經(jīng)不足5萬噸。近兩年鄱陽湖和洞庭湖的漁業(yè)產(chǎn)量與歷史最高產(chǎn)量相比，降幅均超過 50%。湖北省 2010年長江捕撈量26.4萬噸，2011年只有20.6萬噸。導(dǎo)致長江漁業(yè)資源銳減的原因固然很多，但最主要的原因還是過度捕撈[1-3]。在一些地方，漁民采取的是斷子絕孫、趕盡殺絕式的捕撈方式。根據(jù)統(tǒng)計，我國管轄海域漁業(yè)資源可捕量為 800萬噸～900萬噸，實(shí)際的年捕撈量在1 300萬噸左右，由于過度捕撈和環(huán)境污染，我國近海魚類產(chǎn)卵場遭到嚴(yán)重破壞，海洋漁業(yè)資源持續(xù)衰退，我們的長江也承載不起這樣的負(fù)荷了，長江迫切需要休養(yǎng)生息[4-6]。

1 非法網(wǎng)具清理裝置

1.1 現(xiàn)場調(diào)研情況

受農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江辦的邀請及安排，在上海漁港監(jiān)督管理局帶領(lǐng)下，漁機(jī)所項(xiàng)目組成員赴福建省東山某海域參觀當(dāng)?shù)夭鸪`法定制網(wǎng)的執(zhí)法任務(wù)，并著重對廈門市海洋綜合行政執(zhí)法支隊閩廈漁輔35001漁政執(zhí)法船及其配備的清理違法定制網(wǎng)具的專業(yè)裝備進(jìn)行調(diào)研，希望借鑒相關(guān)單位在拆除定制網(wǎng)具方面的豐富經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新思維，以為研究長江口專業(yè)化清理深水張網(wǎng)的執(zhí)法船舶和裝備提供更多幫助。

閩廈漁輔35001漁政執(zhí)法船總長28 m，型寬8.50 m，型深2.00 m，設(shè)計吃水1.3 m，設(shè)計排水量259.66 t，總噸位154 t，主機(jī)功率894 kW，發(fā)電機(jī)組功率60 kW，航速11.25 kn。該船為鋼質(zhì)、單底、單甲板、艉駕駛樓、艉機(jī)型、單機(jī)、大直徑螺旋槳、單舵、混合骨架式船舶。艏部靠兩舷布置2臺起錨絞車，使用2只兩爪錨，錨索形式為鋼絲繩結(jié)合少量錨鏈。艏部中間布置1臺專業(yè)拆除定制網(wǎng)重型設(shè)備。船舶中部為四周帶圍板的堆網(wǎng)區(qū)域，供放置拆除的網(wǎng)具和毛竹。船舶中部靠艉兩層甲板室，第一層主要為生活處所，第二層為駕駛處所，信號桅和雷達(dá)布置在羅經(jīng)甲板。

閩廈漁輔35001漁政執(zhí)法船配備的專業(yè)定制網(wǎng)清理裝備是從廈門重工的 XG825EL挖掘機(jī)改裝而來。裝備底盤由雙履帶構(gòu)成，必要時可移動至岸上進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)。整套設(shè)備放置于執(zhí)法船艏部的凹槽內(nèi)，通過6根錨鏈與眼板配合固定。整套設(shè)備在駕駛室操作，可全回轉(zhuǎn)作業(yè)。2節(jié)臂長約12 m，前部帶大型反鏟式鏟斗，鏟斗容量約為1 m3。如圖1所示。

圖1 閩廈漁輔35001漁政執(zhí)法船

1.2 現(xiàn)有清理裝置存在的問題

調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備拆除當(dāng)?shù)睾Ｓ蚓W(wǎng)具的工作效率快，效果佳，但根據(jù)長江口水域的使用要求，仍存在以下問題：1）該設(shè)備長期在海上使用，尤其是吊臂和鏟斗更是經(jīng)常浸泡在海水中，但由于該設(shè)備原是陸用重型機(jī)械，在改裝過程中也沒有考慮海水腐蝕問題；2）船舶在海上航行和作業(yè)時避免不了橫搖和縱傾的發(fā)生，設(shè)備應(yīng)考慮船用設(shè)備的使用工況問題；3）該設(shè)備處理毛竹和定制網(wǎng)具效果不錯，但若處理長江口水域的鋼絲繩和錨具，就無從下手，是否考慮將吊臂前的鏟斗改成多功能機(jī)械手，能包含錨索夾具、液壓剪、抓斗等功能；4）執(zhí)法船實(shí)為船＋機(jī)械的簡單累加，是否考慮將設(shè)備直接建在船上，這樣既可以綜合考慮設(shè)備操作時候的視野盲區(qū)問題，減少安全隱患，對于船舶來說，又能減輕設(shè)備的重量以提高船舶的穩(wěn)性效果。圖2為現(xiàn)有的拆除定制網(wǎng)重型設(shè)備。

圖2 網(wǎng)箱拆除重型設(shè)備

2 新型網(wǎng)具鋼絲繩清理裝置

2.1 裝置的工作原理及主要技術(shù)參數(shù)

新型網(wǎng)具鋼絲繩清理裝置方案的主要原理是，重新設(shè)計新的便攜式鋼絲繩剪切設(shè)備，增加新的功能模塊，通過便攜式液壓剪的設(shè)計使執(zhí)法人員簡單快速地剪切鋼絲繩等違法用具。工作時，執(zhí)法人員手持該液壓剪靠近需要剪切的地方，然后把液壓剪安裝在鋼絲繩上插好插銷，最后按下液壓泵的按鈕即可快速簡單地剪斷鋼絲繩等，其工作原理為：通過施加在油缸上的動力完成刀刃的開合，完成對鋼絲繩的預(yù)夾緊，通過手工移動來吊調(diào)整鋼絲繩及液壓剪的位置，然后進(jìn)行剪切[7-9]。其主要特點(diǎn)是：液壓剪切斷強(qiáng)度大，工作效率高，可剪切鋼絲繩、金屬結(jié)構(gòu)管道，特別是條狀的金屬材料；刀具采用可重磨的工具鋼制造，刀片可更換，從而可延長產(chǎn)品的使用壽命；使用安裝簡便，只需一個操作人員將插銷固定即可，剪切位置可隨意挑選，符合工程學(xué)的刀型設(shè)計能自然地把被剪材料推向剪切力量最大的刀片中，從而在水下進(jìn)行自由的切割工作[10]。

新型網(wǎng)具鋼絲繩清理裝置的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。配備的液壓泵的參數(shù)如表2所示。

表1 新型網(wǎng)具鋼絲繩清理裝置主要技術(shù)參數(shù)

表2 液壓泵參數(shù)

續(xù)表2：

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)前期調(diào)研結(jié)果，分析實(shí)際網(wǎng)具鋼絲繩清理中遇到的問題及瓶頸，設(shè)計出一種新型的鋼絲繩清理液壓剪裝置，如圖3所示。鋼絲繩剪切裝置零件表見表3。

圖3 鋼絲繩剪切裝置結(jié)構(gòu)

表3 鋼絲繩剪切裝置零件表

該裝置主要包括液壓缸、動刀、定刀、固定銷釘、活動銷釘、快速接頭、鋼絲繩孔徑調(diào)整塊等。同時，系統(tǒng)配備的高壓泵具有重量輕、體積小、機(jī)動性高的優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)動機(jī)冷卻條件好，可長時間使用，是理想的液壓機(jī)動泵。該泵的使用范圍廣，噪聲低，無需準(zhǔn)備時間，在執(zhí)法過程中可保持連接狀態(tài)[11]。

操作閥具有保持液壓載荷功能，可逐級保持載荷。專用力值指示表直接顯示輸出力值，且力值指示表可360°旋轉(zhuǎn)，方便在任何角度觀察并且工作可靠，徑向柱塞泵有排氣方便、使用壽命長、操作簡單、維護(hù)方便等特點(diǎn)[12]。液壓泵見圖4。

圖4 液壓泵

3 鋼絲繩切割器樣機(jī)試制及試驗(yàn)

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，試制了鋼絲繩切割器樣機(jī)。樣機(jī)工作時，動刀固定在液壓缸活塞上，定刀用銷釘固定在液壓缸切刀座上，待切鋼絲繩穿過動刀與定刀之間的孔，當(dāng)給液壓缸供油時，活塞帶動動刀移動，對鋼絲繩進(jìn)行剪切。鋼絲繩擋塊阻止鋼絲繩因剪切扭矩而進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，有助于提高刀的使用壽命[13-14]。切斷后停止供油，活塞將在復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位。該鋼絲繩切斷器在液壓力的作用下，活塞推動刀片移動，對鋼絲繩進(jìn)行冷切斷。該切斷器具有切割速度快、工作效率高等特點(diǎn)。由于是手持式切斷器，因此該鋼絲繩液壓剪在使用時具有靈活隨意且操作方便的特點(diǎn)。同時，該裝置配有小型超高壓本站或在其他機(jī)械液壓系統(tǒng)中安裝增壓泵以提供液壓源，因此使用環(huán)境較為廣泛。該剪切器采用冷切的方式，在剪切過程中不產(chǎn)生火花等危險因素，所以特別適合船舶或者其他海工特種行業(yè)[15]，見圖 5。

圖5 鋼絲繩剪切裝置樣機(jī)

根據(jù)長江口快速清理裝置的設(shè)計要求及目的，結(jié)合前期陸地上的試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行現(xiàn)場船試并順利完成了剪切鋼絲繩的海試。試驗(yàn)中共對長江口非法捕撈網(wǎng)上的鋼絲繩進(jìn)行了5次剪切，鋼絲繩的直徑約為22 mm。

結(jié)果表明，鋼絲繩均被快速順利地剪斷，平均用時5 s，且鋼絲繩切口平整，整個剪切過程中未發(fā)生液壓剪卡頓現(xiàn)象，完全達(dá)到了設(shè)計要求和使用目的。該液壓剪在試驗(yàn)中表現(xiàn)出了很好的可靠性及操作便利性。具體試驗(yàn)圖如圖6和圖7所示。

圖6 海上現(xiàn)場試驗(yàn)

圖7 海上現(xiàn)場試驗(yàn)

4 結(jié)論

本文設(shè)計并試制了新型的快速拆除非法張網(wǎng)網(wǎng)具的專業(yè)化機(jī)械設(shè)備，并依托漁業(yè)執(zhí)法船，利用專業(yè)化機(jī)械設(shè)備高效清理深水區(qū)非法張網(wǎng)漁具，以提高非法捕撈的生產(chǎn)成本，減小非法漁民獲利空間，利用專業(yè)化的網(wǎng)具快速破除裝備，提高漁業(yè)執(zhí)法效率和安全性，加快取締非法張網(wǎng)捕撈漁具，恢復(fù)該水域正常的漁業(yè)生產(chǎn)，為漁業(yè)生態(tài)修復(fù)和資源保護(hù)提供高效執(zhí)法裝備技術(shù)支撐。

通過設(shè)計研究和樣機(jī)試制，為今后海洋流域內(nèi)非法網(wǎng)具的清理裝備設(shè)計及制作、材料的選擇及工藝流程提供了理論依據(jù)和參考，大大提高了設(shè)計的效率和水平，為我國漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)支撐和保障。