系泊張力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究

孫銓

摘要：系泊絞車是保障船舶航行安全的必要設(shè)備，主要起船舶支持和定位作用。文章通過實(shí)船項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)例，介紹了系泊張力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能和應(yīng)用場(chǎng)合，探討了系泊張力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理、元器件選型、功能配置和試驗(yàn)等關(guān)鍵技術(shù)問題，為后續(xù)自動(dòng)化、智能船舶設(shè)計(jì)提供參考。

Abstract： Mooring winch is the necessary equipment to ensure the navigation safety of ships， which mainly plays the role of ship supporting and positioning. This paper introduces the function and application of the mooring tension monitoring system through the design and development of real ship， and discusses the working principle， component selection， function configuration and test of the mooring tension monitoring system， so as to provide reference for the subsequent design of automatic and intelligent ships.

關(guān)鍵詞：系泊張力;張力監(jiān)測(cè);系泊纜繩;OCIMF MEG4

Key words： mooring tension;tension monitoring;mooring line;OCIMF MEG4

0? 引言

系泊絞車是船舶甲板機(jī)械配套件的主要設(shè)備之一，是保證船舶安全運(yùn)行的必備設(shè)備。系泊絞車在國內(nèi)外有著廣闊的市場(chǎng)，它廣泛應(yīng)用于散貨船、集裝箱船、滾裝船、多用途船、軍船和海工船等各類船型。當(dāng)船舶需要固定在海上設(shè)施、碼頭、泊位或其他船舶上時(shí)，通過其艏艉絞車同步工作，起到支持和定位的作用。

在船卸載過程中，或船處于浪峰或被浪推離岸邊時(shí)，系泊纜繩會(huì)被拉緊;在船裝載過程中，或船處于浪谷或被浪推向岸邊時(shí)，系泊纜繩會(huì)變松弛。上述情況均不利于船舶的穩(wěn)定系泊，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致部分纜繩張力急劇增大，降低纜繩壽命，嚴(yán)重的甚至可能使纜繩斷裂。另外，另外有些船舶要求在系泊時(shí)需保證船的相對(duì)位置不變，纜繩既不能過緊，又不能過松，否則可能會(huì)引起嚴(yán)重的不良后果。[1]

本文根據(jù)系泊指南OCIMF MEG4推薦，設(shè)計(jì)了一種系泊張力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于讀取系泊狀態(tài)時(shí)纜繩上的張力，既可以保護(hù)纜繩，延長纜繩的使用壽命，也可以指引船員及時(shí)調(diào)整船舶系泊狀態(tài)，防止出現(xiàn)纜繩斷裂或船舶移位等情況。

1? 系泊張力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)介紹

系泊張力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵在于讀取系泊時(shí)纜繩上的張力，這需要通過力傳感器來實(shí)現(xiàn)。但是由于纜繩是多股繩索組成的柔性體，無法在其上安裝傳感器，因此將力傳感器安裝于制動(dòng)器上，系泊時(shí)纜繩張力會(huì)傳遞至制動(dòng)器。當(dāng)船處于系泊狀態(tài)時(shí)且纜繩是通過制動(dòng)器進(jìn)行系泊時(shí)，力傳感器可以準(zhǔn)確地顯示纜繩上的負(fù)荷。力傳感器的負(fù)荷信號(hào)可以就地顯示，亦可傳送至船舶控制室的中央電腦處，以便更定期地監(jiān)測(cè)纜繩負(fù)載。但需要注意系泊張力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能取代對(duì)絞車和系泊索的定期檢查。力傳感器只顯示制動(dòng)器上的負(fù)載，當(dāng)不使用制動(dòng)器時(shí)，系泊張力檢測(cè)系統(tǒng)不會(huì)顯示纜繩上的張力。[2]

1.2 原理介紹

當(dāng)采用制動(dòng)器進(jìn)行系泊時(shí)，纜繩上的張力可以傳遞至制動(dòng)器上。通過安裝在制動(dòng)器上的力傳感器，將外載力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。電信號(hào)通過外置變送器轉(zhuǎn)換成4-20mA的模擬信號(hào)輸出至PLC，最終PLC將信號(hào)傳送至終端顯示面板，可以顯示在就地顯示器上，亦可顯示在船舶控制室的中央電腦處。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)力傳感器處的拉力，可以有效準(zhǔn)確的識(shí)別纜繩的張力。（圖2）

當(dāng)采用制動(dòng)器進(jìn)行系泊時(shí)，絞車通過制動(dòng)器才能鎖緊纜繩，纜繩產(chǎn)生的力矩由制動(dòng)器承受。因此制動(dòng)器的力矩與纜繩張力產(chǎn)生的力矩達(dá)到平衡，船舶處于正常系泊狀態(tài)。

1.3 設(shè)計(jì)實(shí)例

某液化天然氣（LNG）加注船，設(shè)計(jì)用于給相配套的超大型LNG動(dòng)力集裝箱船提供LNG燃料加注等服務(wù)，LNG加注船系泊在集裝箱船上進(jìn)行LNG加注。要求在LNG加注過程中，加注船與集裝箱船的相對(duì)位置保持不變，否則兩者發(fā)生相對(duì)位移可能導(dǎo)致LNG加注管路斷裂，引起巨大經(jīng)濟(jì)損失。

該船纜繩最大張力F2=686kN，纜繩張力力臂L2=566mm，力傳感器力臂L1=243.5mm，則力傳感器最大受力F1=295kN。

1.3.1 力傳感器

力傳感器需要安裝于船舶露天甲板，必須滿足防腐和防水要求。量程295kN，材質(zhì)為不銹鋼，輸出信號(hào)4-20mA。1.3.2 張力顯示

該船配備了纜繩張力就地顯示器以及船舶控制室中央電腦顯示，船員可在設(shè)備旁邊及船舶控制室直觀、明了的獲知當(dāng)前纜繩系泊張力情況。船舶控制室的中央電腦對(duì)于傳輸過來的信號(hào)，可作進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理，既可以設(shè)置相應(yīng)的信號(hào)報(bào)警點(diǎn)，也可對(duì)信號(hào)進(jìn)行篩選和過濾，從而更方便、更有效的為船員提供指導(dǎo)意見。

1.3.3 試驗(yàn)

通過設(shè)備加載外力到纜繩進(jìn)行試驗(yàn)方式過于繁瑣，且很難配置可產(chǎn)生如此巨大負(fù)載的設(shè)備。本船通過剎車試驗(yàn)裝置產(chǎn)生的力，替代纜繩上的負(fù)載，從而驗(yàn)證系泊張力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。[3-4]

2? 結(jié)論

系泊張力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、直觀地顯示系泊狀態(tài)下的纜繩張力，可以有效避免纜繩張力過大或過小，從而延長纜繩的使用壽命，也可以指導(dǎo)船員及時(shí)、有效的調(diào)整船舶的系泊狀態(tài)。但是目前常規(guī)配置的系泊絞車，系泊張力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅能顯示系泊狀態(tài)下的纜繩張力，后續(xù)的調(diào)整工作依舊需要船員參與。未來可以增加后續(xù)調(diào)整操作的聯(lián)動(dòng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，包括制動(dòng)器的開合、離合器的開合以及絞車的操作，整合成自動(dòng)化、智能化系泊絞車，從而應(yīng)用在自動(dòng)化船舶、智能化船舶中去。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司.船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M].國防工業(yè)出版社，2013.

[2]Mooring Equipment Guidelines （MEG4）[M]. The Oil Companies International Marine Forum （OCIMF）， 2018： 151.

[3]劉帆，蘇東偉.大型船舶系泊絞車剎車力實(shí)船試驗(yàn)方法研究[J].中外船舶科技，2019（4）：1-5.

[4]劉文保，陳建榮.分筒式纜車的使用和剎車試驗(yàn)[J].航海技術(shù)，2009（2）：23-24.