淺析內(nèi)河模塊化多功能疏浚挖泥船

胡志明，季微微，文武

（中交上海航道裝備工業(yè)有限公司，上海 200137）

中國(guó)經(jīng)歷了工農(nóng)業(yè)高速發(fā)展階段，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，目前國(guó)家開(kāi)始進(jìn)入環(huán)境治理的階段，國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)保疏浚設(shè)備需求迫切。已在大型疏浚設(shè)備和技術(shù)各方面取得了快速發(fā)展，制定了疏浚企業(yè)、行業(yè)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為我國(guó)大型疏浚工程提供有效的保障，但是，目前大型挖泥船不適合內(nèi)湖、河道等淺水區(qū)域的施工，干挖清淤會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生很大影響、對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生極大擾動(dòng)，影響后期生態(tài)修復(fù)工程。環(huán)保絞吸船挖掘精度高、對(duì)底泥擾動(dòng)較小、避免對(duì)水體產(chǎn)生二次污染，能夠滿足后期生態(tài)修復(fù)措施的需求。

1 環(huán)保疏浚船的模塊化設(shè)計(jì)

船體結(jié)構(gòu)、功能模塊化的設(shè)計(jì)理念，本船設(shè)計(jì)成主船體模塊、邊浮箱模塊、動(dòng)力源模塊、液壓推進(jìn)模塊、定位樁模塊、作業(yè)臂系統(tǒng)模塊、多功能作業(yè)頭模塊、司機(jī)室操作模塊等系統(tǒng)集成功能模塊，便于采購(gòu)、制造、運(yùn)輸?shù)取?/p>

主船體結(jié)構(gòu)與邊浮箱通過(guò)底部公母頭、頂部螺栓結(jié)構(gòu)連接，多功能設(shè)備頭模塊通過(guò)通用結(jié)構(gòu)模塊，在拼裝過(guò)程能夠快速高效的完成，及時(shí)達(dá)到目的地。

主船體的寬度3.3m、長(zhǎng)度12m，高度3.35m滿足常規(guī)運(yùn)輸拖板車的運(yùn)輸能力，在作業(yè)目的地（包括城區(qū)）通過(guò)吊車即可完成船舶拆裝工作，同時(shí)吊裝進(jìn)入施工區(qū)域。

目前，在武漢巡司河、羅家港等城區(qū)項(xiàng)目中主船體結(jié)構(gòu)由運(yùn)輸車輛運(yùn)至目的地，可以直接在車輛上完成多功能作業(yè)設(shè)備頭、支撐臂的浮球進(jìn)行快速完成拼裝，通過(guò)自身的固定樁、支撐臂、動(dòng)力設(shè)備頭的配合，完成從運(yùn)輸車輛自行卸裝，自行“慢行”至作業(yè)水域中。

2 全船動(dòng)力源系統(tǒng)

全船采用液壓動(dòng)力源設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源由柴油機(jī)飛輪端驅(qū)動(dòng)1臺(tái)雙聯(lián)柱塞泵（串聯(lián)）和一臺(tái)由柴油機(jī)自由端皮帶輪驅(qū)動(dòng)的齒輪泵組成。雙聯(lián)柱塞泵中大泵（簡(jiǎn)稱動(dòng)力系統(tǒng)）供泥泵，小泵（簡(jiǎn)稱操動(dòng)系統(tǒng)）供推進(jìn)器液壓馬達(dá)、絞刀、作業(yè)臂3支油缸、橫移2支油缸、支撐臂2支油缸、定位樁升降2支油缸、倒樁2支油缸；1#柱塞油泵和2#柱塞油泵選用的力士樂(lè)的雙聯(lián)柱塞泵，排量為260+130mL/r,額定壓力為31.5MPa，配套柴油機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為2100轉(zhuǎn)，目前有兩臺(tái)為全船的推進(jìn)和作業(yè)提供動(dòng)力源。

配置液壓集成塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)泵出口調(diào)壓、換向及節(jié)流調(diào)速、油路切換功能，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)動(dòng)作時(shí)，油泵卸荷運(yùn)行，超載時(shí)，經(jīng)溢流閥過(guò)載，使系統(tǒng)在設(shè)定安全負(fù)載內(nèi)可靠工作，油缸平衡閥集成在油缸上，其中多路換向閥采用電控方式。本船的控制部分在原有的手柄控制液壓油路的基礎(chǔ)上，采用電控方式，通過(guò)控制手柄傳遞信息給PLC，由PLC再傳遞信息給液壓閥組，同時(shí)為保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在閥組都設(shè)置應(yīng)急手柄，可以作為應(yīng)急操作。在駕駛臺(tái)局部有限的空間里，改為電控形式，控制的精度要遠(yuǎn)高于原先的手柄，在空間上也為有限的駕駛臺(tái)節(jié)約空間。雙聯(lián)柱塞泵中的130泵采用負(fù)載敏感系統(tǒng)，通過(guò)座椅手柄和腳踏方式實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)控制。

3 主要關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)及選型

3.1 多功能挖泥船絞刀泥泵頭裝置

該裝置由泥泵和絞刀兩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)合并而成，泥泵機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)通過(guò)傳動(dòng)箱體與泥泵聯(lián)接，傳動(dòng)軸承箱體包含了水下密封裝置。泥泵與排泥管聯(lián)接，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)泥泵，從吸口吸入絞刀破碎泥水混合物由排泥管通過(guò)延伸管道排出；絞刀機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)通過(guò)軸承箱與絞刀頭聯(lián)接，絞刀軸的另一端聯(lián)接絞刀。由液壓驅(qū)動(dòng)絞刀馬達(dá)通過(guò)絞刀軸帶動(dòng)絞刀工作。安裝架通過(guò)螺釘和導(dǎo)泥管與泥泵機(jī)構(gòu)合并組成絞刀吸泥泵。絞刀切削下的砂石通過(guò)導(dǎo)泥管被泥泵機(jī)構(gòu)吸入后排出。

泥泵的形式：?jiǎn)螝るx心式高效高速泥泵；作業(yè)傾角：90度；葉輪直徑：～470mm吸口、排口尺寸：DN200mm；最大流量：～900m3/h；最大揚(yáng)程：～50m。通過(guò)船舶泥管系、浮管進(jìn)行短距離排岸工作，輸送至淤泥處置區(qū)域。

本船同時(shí)還配置反鏟、抓斗、耙子、打樁錘、破碎錘等多能設(shè)備頭，在施工區(qū)域生活雜物較多的情況，容易發(fā)生鉸刀纏繞、泥泵管堵等情況，可以利用耙子進(jìn)行前期作業(yè)，掃除障礙物，提高絞吸的效率，在遇到淺灘情況，可以更換為反鏟進(jìn)行掃淺作業(yè)，保障船舶通行保障，同時(shí)可以為臨時(shí)轉(zhuǎn)移淤泥等作業(yè)方式。

安裝架的機(jī)械接口與反鏟斗、打樁錘、破碎錘等一致，動(dòng)力源液壓管的接口一致，可以直接轉(zhuǎn)換，便于更換。保障設(shè)備使用的靈活性，減少設(shè)備的重疊性。

3.2 動(dòng)力源動(dòng)機(jī)柴油機(jī)

設(shè)計(jì)未涉及到柴油機(jī)的海水冷卻系統(tǒng)，本項(xiàng)目選用的康明斯QSNT-M400機(jī)型，功率298kW,額定轉(zhuǎn)速為2100rpm,傳動(dòng)端帶動(dòng)油泵，同時(shí)，10kW的小型發(fā)電機(jī)為保障船舶的正常照明，控制電源。

柴油機(jī)本身一般選配海水冷卻的方式，由于船舶的緊湊型，本船未設(shè)計(jì)水冷卻方式，只能改為風(fēng)冷形式。通過(guò)對(duì)靜音箱的空間及柴油機(jī)所需要的散熱量的計(jì)算，在柴油機(jī)的自由端加裝直徑915mm風(fēng)扇和改裝后的水箱，增加機(jī)帶風(fēng)扇的散熱量滿足柴油機(jī)的冷卻要求，經(jīng)過(guò)實(shí)際施工操作，柴油機(jī)在環(huán)境溫度為35℃的情況，冷水溫度維持在62℃，滿足機(jī)器需求，該技術(shù)改造同時(shí)獲得康明斯的認(rèn)可。

3.3 作業(yè)操作控制

本船共設(shè)置1套液壓泵站，安裝在柴油機(jī)靜音箱內(nèi)，液壓泵通過(guò)柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，通過(guò)液壓閥件控制液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PLC控制箱采集相關(guān)設(shè)備的液壓油壓力、液壓油箱報(bào)警狀態(tài)、柴油機(jī)輸出及報(bào)警狀態(tài)、柴油艙液位狀態(tài)、疏浚儀器儀表信號(hào)、挖泥設(shè)備的姿態(tài)信號(hào)及相關(guān)輔助設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

操作面板儀器儀表作為作業(yè)狀態(tài)、信息等采集單元，是疏浚過(guò)程自動(dòng)化的重要組成部分。操作面板儀器儀表信號(hào)接入PLC采集箱內(nèi)，操作面板儀器儀表系統(tǒng)用于顯示當(dāng)前的疏浚過(guò)程的儀表信息，包含流量、排壓等信號(hào)。

遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)是將船舶的挖泥軌跡、疏浚儀器儀表信號(hào)、柴油機(jī)狀態(tài)及所有挖泥設(shè)備及輔助設(shè)備的狀態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線上網(wǎng)路由器傳輸至陸地服務(wù)器，客戶端通過(guò)服務(wù)器實(shí)時(shí)查看船舶的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，也可以查閱船舶的歷史運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)等功能。

遠(yuǎn)程監(jiān)控是船舶直接通過(guò)CDMA/4G/GPRS無(wú)線上網(wǎng)方式將工作參數(shù)發(fā)送到陸地基地系統(tǒng)服務(wù)器，任何具有授權(quán)的遠(yuǎn)程用戶，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，通過(guò)Internet網(wǎng)，應(yīng)用與船舶相同的應(yīng)用軟件即可監(jiān)測(cè)顯示本船的動(dòng)態(tài)工作參數(shù)。

3.4 螺旋槳推進(jìn)裝置

推進(jìn)系統(tǒng)主要由液壓馬達(dá)、傳動(dòng)箱體、不銹鋼槳葉、升降及轉(zhuǎn)向油缸、油路轉(zhuǎn)換及角度傳感儀、機(jī)架等組成。由液壓動(dòng)力源通過(guò)液壓馬達(dá)經(jīng)傳動(dòng)箱體驅(qū)動(dòng)螺旋槳，可以正反方向旋轉(zhuǎn)對(duì)船體產(chǎn)生推進(jìn)力。升降油缸用于提升或下降裝置，轉(zhuǎn)向油缸用于調(diào)節(jié)推進(jìn)方向。最大輸出扭矩600Nm，可以進(jìn)行90°的轉(zhuǎn)角，該裝置對(duì)水環(huán)境要求極低，可以輔助船舶河道、湖泊等作業(yè)環(huán)境下前行。

3.5 環(huán)保設(shè)備

本船采用通用型和環(huán)保型兩種鉸刀頭，選用環(huán)保型鉸刀作業(yè)時(shí)，鉸刀頭前的保護(hù)罩可以有效防止淤泥的擴(kuò)散，有利于控制二次污染等問(wèn)題，對(duì)周圍水域的干擾降到最低，泥泵快速完成對(duì)底部淤泥的抽吸，排岸作進(jìn)一步處理。

柴油機(jī)和液壓油泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中必然產(chǎn)生大分貝的噪音。城區(qū)作業(yè)時(shí)，周圍必然存在居民區(qū)，為保證噪音達(dá)標(biāo)，將柴油機(jī)和液壓油泵放置在靜音箱中，對(duì)工作箱進(jìn)行靜音處置，靜音箱中放置特殊材質(zhì)，要求在20m內(nèi)達(dá)到最大分貝不超過(guò)65分貝，經(jīng)過(guò)完工后對(duì)周圍的檢測(cè)，噪音符合設(shè)計(jì)要求。噪音分貝的降低既利于提升施工作業(yè)人員的作業(yè)環(huán)境舒適度，又降低了對(duì)周圍環(huán)境及居民條件的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

疏浚挖泥船的結(jié)構(gòu)模塊化，整體液壓驅(qū)動(dòng)的模式在制作、生產(chǎn)、作業(yè)等方面具備一定優(yōu)勢(shì)，目前本船已經(jīng)在超淺水域、河湖、渠道、池塘等水文環(huán)境治理工程凸顯成效。本船在傳統(tǒng)的絞吸挖泥船的基礎(chǔ)上增加多功能作業(yè)設(shè)備頭，集反鏟疏浚作業(yè)、打樁作業(yè)、邊坡破碎等多功能于一身，必定在將來(lái)生態(tài)環(huán)境恢復(fù)、河道湖泊環(huán)境整治等項(xiàng)目中展現(xiàn)身手。與國(guó)外進(jìn)口同型號(hào)船舶對(duì)比中，本船采用PLC控制+手柄先導(dǎo)模式，操作更加精準(zhǔn)，同時(shí)駕駛室布局更近緊湊。利用編制控制，結(jié)合高精度傳感器、定位系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)為將來(lái)無(wú)人船打下前期鋪墊。