基于高壓水射流的船體清洗機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)分析

陳成剛

摘要：在船舶長期航行或拋錨過程中，如果沒有對其進(jìn)行及時的保養(yǎng)和維護(hù)，那么就會產(chǎn)生大量的海洋垃圾附著在水面以下船體的船壁上，導(dǎo)致船舶壁面十分粗糙，航行時的阻力大大增加，航速也會明顯下降，從而會增加大量的油耗。一搜附著大量海生物的船舶會比日常油耗要高出2-3倍。以往清理船體的方式通常需要占用船塢，投入成本較高，而且工作強(qiáng)度也非常大，工作人員的作業(yè)環(huán)境也十分惡劣，而機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)，取代了以往潛水員在水下的工作任務(wù)，在船壁的表面能夠更加靈活的移動，在一定程度上降低了船舶清潔工作的作業(yè)成本，有效提高了工作效率。本文主要介紹了水下清洗機(jī)器人的類型，并提出高壓水射流清洗技術(shù)與其相結(jié)合的應(yīng)用措施。

關(guān)鍵詞：高壓水射流;船體清洗機(jī)器人;真空吸附;磁力吸附;附著物

我國海運(yùn)業(yè)是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)，我國外貿(mào)貨物運(yùn)輸量占據(jù)世界海運(yùn)貿(mào)易總量的25%。像礦石、外貿(mào)集裝箱等物資都是通過海運(yùn)來完成的，而運(yùn)輸船體的體積非常大，運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，船舶長時間浸泡在含鹽度極高的海水中，船體很容易出現(xiàn)銹蝕，大量的海洋生物會附著在船壁上，對航行時的速度產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，油耗急劇增加，運(yùn)輸成本因此大大提高，船舶整體的使用壽命也會受到影響。而爬壁清洗機(jī)器人的出現(xiàn)在一定程度上減輕了船壁清洗工作人員的負(fù)擔(dān)，并且體現(xiàn)出了節(jié)能環(huán)保的生態(tài)理念，所以在日常機(jī)器人管理時可將高壓水射流清洗技術(shù)應(yīng)用其中，以此來確保爬壁機(jī)器人能夠高效清理船壁垃圾，確保船舶能夠長期保持健康的航行狀態(tài)。

一、船體清洗機(jī)器人的主要類型

（一）真空吸附清洗機(jī)器人

真空吸附原理一般都是應(yīng)用真空泵來完成工作，在吸盤腔內(nèi)產(chǎn)生足夠的負(fù)壓或者利用排水漿來分開水流，進(jìn)而能夠形成內(nèi)外壓差。應(yīng)用此技術(shù)的清洗機(jī)器人能夠強(qiáng)力吸附到船壁上，因此對于船舶的材料沒有特殊要求，能夠廣泛應(yīng)用于各種船體清潔工作中[1]。這種機(jī)器人能夠有效驅(qū)動渦輪葉片，形成一定的真空度，確保機(jī)器人能夠吸附在船體表面的同時，能夠有效去除覆蓋在船體表面的藻類，對于一些附著比較嚴(yán)重的污垢還可以通過橡膠刷來進(jìn)行清晰，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全面清潔的效果，通常情況下真空吸附清洗機(jī)器人的清潔速度能夠達(dá)到1.5m2/min，但是缺點(diǎn)就是會對船體的涂層造成一定的損壞，而且船體長期浸泡在海水中，船體表面會產(chǎn)生一定程度的形變，另外船體一般在建造過程中通常都是分段焊接而成，長期航行會出現(xiàn)突起的焊縫，由于表面的突起，會使真空吸附清洗機(jī)器人的吸盤容易發(fā)生泄漏，導(dǎo)致吸附力不足，對于一些附著嚴(yán)重的污垢無法有效清除。

（二）磁力吸附清洗機(jī)器人

應(yīng)用磁力吸附技術(shù)的船體清洗機(jī)器人最為可靠，具體可以分為永磁吸附和電磁吸附兩種類型。永磁吸附指的是依靠磁性材料本身的吸附特點(diǎn)，磁性能力越強(qiáng)，吸附就會更加牢靠，特別是對于一些在航行過程中工作的水下機(jī)器人十分適用，因?yàn)樗嫦碌那闆r十分復(fù)雜，船舶航行過程中產(chǎn)生的水體流動能夠?qū)C(jī)器人產(chǎn)生一定的沖擊，所以在這時候，永磁吸附是清洗機(jī)器人首選的方式。但是由于磁性吸附清洗機(jī)器人整體構(gòu)造十分緊湊，磁吸附能力存在上限，所以磁體產(chǎn)生的磁力會對導(dǎo)航定位系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響，很難對結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行深度清理。而正是由于這樣的缺陷，電磁吸附技術(shù)由此誕生，應(yīng)用電磁吸附技術(shù)能夠使清洗機(jī)器人靈活地與船體進(jìn)行分離，同時通過改變電流大小還能夠控制磁力強(qiáng)弱，進(jìn)而在水下作業(yè)中實(shí)現(xiàn)靈活地轉(zhuǎn)向。但是電磁系統(tǒng)可能會在水下發(fā)生失靈，機(jī)器人會分離墜下。所以電磁吸附機(jī)器人需要船體壁面擁有良好的導(dǎo)磁性[2]。

二、高壓水射流機(jī)器人清洗技術(shù)

（一）空化水射流清洗技術(shù)

空化水射流清洗技術(shù)指的就是在水射流技術(shù)中融入空化作用，是一種新型的水下設(shè)備清洗技術(shù)，也就是利用人為的方法，使水射流中形成高密度的空化泡，利用空化泡來產(chǎn)生極大的沖擊力來清洗附著在船體上的堅(jiān)硬污垢和海生物。該技術(shù)不僅具備環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，能夠在不傷害原有防腐層的基礎(chǔ)上，全面清洗螺旋槳等復(fù)雜區(qū)域。我國曾在2016年成功研發(fā)出了水下鋼結(jié)構(gòu)海生物清理機(jī)器人。該機(jī)器人應(yīng)用了四驅(qū)輪式的驅(qū)動方式，在四個輪上都有安裝磁性吸附材料，能夠在不平整的表面運(yùn)作時形成相對穩(wěn)定的吸附力和一定的障礙跨越能力，同時還裝載了空化水射流清洗設(shè)備，能夠?qū)Υw鋼結(jié)構(gòu)表面的污垢進(jìn)行高效清理，同時該清洗機(jī)器人還裝載了兩個水下攝像頭，操作人員能夠根據(jù)反饋圖像來遙控機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動。

（二）船塢高壓水射清洗技術(shù)

船塢高壓水射清洗技術(shù)指的是在船舶進(jìn)入船塢之后，由清洗工作人員手持高壓清洗裝備，利用高壓泵來清洗船舶附著物。在船舶航行過程中，由于航行周期不同，船體附著物的狀況也有所不同，所以根據(jù)附著物的情況來應(yīng)用高壓水射清洗技術(shù)能夠形成最佳的清洗效果[3]。比如在普通清洗過程中，清洗裝備的壓力要調(diào)節(jié)到70MPa。在除銹過程中，工作壓力要調(diào)節(jié)到220MPa。然而對于航行周期較長的船體而言，長期的浸泡會在船體生成大量藤壺類生物，藤壺會每隔一段時間蛻皮一次，在蛻皮過程中會分泌出一種黏性極強(qiáng)的初生膠，其中包含著大量的生化成分，黏合力非常強(qiáng)，因此如果高壓水射清洗力度不足，就很難將其清理，而壓力過大又很容易在清理藤壺生物的同時破壞船體的油漆面，因此對于此類生物的清洗效果很不明顯。

除此之外，高壓水射清洗技術(shù)在清洗過后不會造成污染，不會對設(shè)備進(jìn)行二次損傷，由于清洗技術(shù)能量過大，能夠依靠強(qiáng)大的水流來清洗附著物，所以不需要添加任何清潔劑，就能夠徹底清除污垢，所以清洗成本較低，總體成本大約只有化學(xué)清洗方式的三分之一。從本質(zhì)來看，高壓水射清洗技術(shù)屬于一種低成本的環(huán)保技術(shù)，與消防用水方式不同，該技術(shù)的用水方式屬于細(xì)流噴射。但是高壓水射技術(shù)無法在清洗之后保證船體干燥，所以殘留的水分很容易造成二次生銹，對后期工藝產(chǎn)生了一定的影響，因此應(yīng)用范圍存在局限性。

（三）水下高壓水射清洗技術(shù)

船舶在進(jìn)塢之后的清洗成本較高，同時還會消耗大量的時間，在不經(jīng)意間就增加了船舶停航時的運(yùn)營成本，而且我國目前船塢的容量無法滿足清洗市場的實(shí)際需求，所以探索靈活的水下清洗技術(shù)十分重要[4]。而水下高壓水射清洗方式能夠在船舶航行過程中進(jìn)行清洗，規(guī)避了船塢緊張的不利情況，這樣清洗工作的間隔能夠通過人為來進(jìn)行控制，附著物存留于船舶表面的時間較短，對船體的產(chǎn)生的影響就會較小。對此，將水下爬壁機(jī)器人與高壓水射流清洗技術(shù)相結(jié)合，能夠讓機(jī)器人帶著高壓水射流槍頭在水下靈活活動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全面清洗附著物的目標(biāo)。這樣就能夠避免潛水員在水下清洗作業(yè)的危險性，也能不受任何環(huán)境因素的限制，即使在航行過程中也能夠進(jìn)行及時清洗。

結(jié)束語：

綜上所述，在船舶航行過程中船壁通常會附著很多難以清楚的海洋生物和污垢，而傳統(tǒng)的清洗工作會投入大量的成本和勞動力，而且清洗效果也很不理想，而高壓水射流清洗技術(shù)和水下清洗機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)，為船舶的清理和維護(hù)工作提供了更加便捷的條件，對此相關(guān)技術(shù)部門應(yīng)該充分將這兩種技術(shù)結(jié)合在一起，結(jié)合船舶航行周期以及船舶附著物的情況進(jìn)行分析，選擇合適的清洗技術(shù)，以此來延長船舶的使用壽命，促進(jìn)我國海運(yùn)貿(mào)易產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪琿.水下智能清洗機(jī)器人“服役”[J].民生周刊，2020（18）：80.

[2]邢瑤，謝穎，蔣紹博.水下清洗機(jī)器人總體方案及實(shí)現(xiàn)[J].昆明冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2019，35（05）：50-58.

[3]朱旭鋒，林關(guān)成，廖俊杰，史天.基于3D打印的船舶清洗機(jī)器人造型設(shè)計與實(shí)踐[J].信息與電腦（理論版），2019，31（19）：120-122.

[4]陳光明，黃旋.基于高壓水射流的船體清洗機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)分析[J].流體機(jī)械，2019，47（09）：56-62.

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