研制船用单臂回转型小艇收放装置的关键技术

王东涛

（海军驻沪东中华造船集团有限公司军事代表室 上海200129）

研制船用单臂回转型小艇收放装置的关键技术

王东涛

（海军驻沪东中华造船集团有限公司军事代表室 上海200129）

由于传统的小艇收放装置性能不能满足高海况下安全收放的需要，使得安全事故频发，所以国际救生设备规则修正案提出了新的要求。根据这些最新要求，采用船舶运动补偿等技术，设计相应的辅助机构，使某型单臂回转型小艇收放装置具有减摆、波浪补偿、减震缓冲等功能，可以保证在四级海况下安全、可靠、快速进行小艇的释放和回收操作。

收放装置；单臂回转；波浪补偿；减摆

引 言

在世界范围内，各国对海上安全救助问题越来越重视，小艇收放装置的性能逐渐引起海事部门和军事部门的关注［1-2］。传统的收放装置操作繁杂、安全性和可靠性不高等问题已经越来越突出，由于性能问题导致的安全事故频发，已经不能满足当前安全救助和军事的需要。特别在高海况下，收放装置的性能和安全性、可靠性要求明显高于传统的吊艇架；所以最新的国际救生设备规则修正案对小艇收放装置提出了最新要求［3-4］：

（1）在纵倾10°及横倾至任一舷20°时的所有条件下能安全降放；

（2）收放装置的绞车应安装一个自动高速张紧装置，用以预防小艇在收放操作时所有海况下的钢索松弛；

（3）收放装置应安装一个能在小艇收放过程中降低波浪造成冲击力的设备，该设备应包括减弱冲击力的柔性构件以及最低限度减低摇摆的阻尼构件；

（4）绞车制动器应有一个逐渐制动动作。从这些要求中可以看出，设计新型收放装置时，必须充分考虑环境限制和人为因素，采用船舶运动补偿装置来保障高海况下安全、可靠地收放小艇［5］。

本文研究的单臂回转型收放装置采用单点L型单臂回转设计方案，利用船舶运动补偿技术设计相应的辅助机构，使该收放装置具有减摆、波浪补偿、减震缓冲等功能，可以保证在高海况下安全、可靠、快速进行小艇的释放和回收操作。

1 设计方案

1.1 功 能

该收放装置采用L型单臂回转设计方案，通过基座旋转液压缸的运动将吊臂旋转至舷外，同时在减摆锥罩上设置小艇旋转机构，可保证小艇首尾线在回转机构回转过程中自动与母船保持平行。单臂回转型收放装置具有减摆、波浪补偿和减震缓冲的功能，能够在不高于4级海况下母船停泊或低速（≤10 kn）直线航行时安全、可靠、快速进行小艇的释放和回收操作［6］。

1.2 组 成

该收放装置主要由机械结构、液压系统及电气操纵控制系统三部分组成，采用电气液压驱动，利用电气操纵系统控制小艇的起升、下放、回转机构的回转及其他相应的动作，组成如图1所示。

图1 单臂回转型收放装置

1.2.1 机械结构部分

收放装置的机械部分是收放装置的受力部分，主要由回转机构、L型吊臂、吊臂头、波浪补偿绞车、减震装置、快速脱钩装置及吊环等元部件组成。

（1） 回转机构

回转机构用于把小艇旋出舷外，通过回转液压缸旋转基座，将基座上的吊臂旋转出舷外进行小艇的收放操作。回转液压缸采用带有机械锁紧功能的液压缸，用于在回转机构停止旋转后锁紧基座，有效防止基座随母船的晃动。

（2） L型吊臂

L型吊臂是收放装置的主要受力部件，用以承受小艇载荷，其底部通过高强度连接螺栓与波浪补偿绞车顶部连接。

（3） 波浪补偿绞车

波浪补偿绞车安装在基座中心处，底部与回转机构焊接，顶部与L型吊臂通过高强度连接螺栓连接，主要由液压马达及减速器、齿轮箱体、齿轮、轮毂及检测传感器等组成，通过液压马达带动减速器驱动齿轮旋转，从而带动轮毂旋转，用于降放和提升小艇。

该波浪补偿绞车有两种使用工况：高扭矩低转速（正常工作模式）和小扭矩高转速（波浪补偿模式），通过液压马达的排量控制机构实现两种工况的切换。正常工作模式具有高扭矩低转速特性，用于小艇的正常起升和下降；波浪补偿模式具有恒定低转矩、高转速特性，用于小艇在海面上的波浪补偿。该波浪补偿绞车的波浪补偿力和波浪补偿速度可调，对于此型小艇和工作海况要求，波浪补偿力的设置约为5 000 N，波浪补偿速度最大值约为100 m/min，可根据波浪情况的需要自动进行调整。

（4） 吊臂头

吊臂头是安装在吊臂前部的机械结构体，通过销轴与吊臂相连，其主要作用是减小小艇的摇摆和保证小艇的艏艉线与母船平行。

吊臂头上的正交铰轴在母船的横倾和纵倾方向形成双平面运动铰轴，允许在横倾和纵倾相互垂制。为了提高液压系统的操控性能、减小阀块的体积和质量，电比例控制采用进口的比例多路阀，实现小艇收放、回转机构、减摆吊头同步旋转速度的电比例控制，其他各类液压阀件都采用进口螺纹插装阀和进口的比例阀组。

（3） 管路

液压管路采用不锈钢钢管，提高了系统防腐防锈能力；管接头采用进口卡套式管接头，使管路的布置更美观、整齐。

1.2.3 电气操纵控制系统

电气操纵控制系统用于实现收放装置的各类操纵控制，信息显示及安全保护，主要由控制操纵箱、便携式按钮盒、启动器、接线盒及相应的传感检测元件等组成。

控制操纵箱配有高性能PLC，是收放装置电气控制系统的核心，用于收放装置的各类操纵控制、状态指示和故障报警。启动器主要用于对液压控制装置电机的控制，同时提供控制操纵箱的工作电源和小艇的蓄电池充电电源。启动器设有监控指示和操纵按钮，还具有缺相保护、热过载保护等功能。

便携式按钮盒为收放装置正常操作部位，采用背负式，方便双手操作；同时在操作过程中可随时跟随小艇移动，使操作者具有良好的视野，可全程观测操作情况，保证操作安全性。

2 关键技术和特点

直的平面内做回转运动。只有当小艇与减摆罩刚性连接后，小艇随母船的横摇和纵摇才会通过减摆罩传递到正交的铰轴上；安装在正交铰轴平面内的横摇、纵摇减摆系统通过阻尼作用达到减小小艇的横摇和纵摇。

吊臂头上的同步旋转机构是由齿轮齿条缸带动锥齿轮旋转，通过减摆罩上的齿条旋转减摆罩，从而使小艇的首尾线与母船平行。

（5） 快速脱钩装置

该型脱钩装置由安装在小艇上的锥形座和吊环组成。锥形座与吊臂头上的减摆罩相配合，在提升的过程中自动对中；提升到位后，通过锥形座-锥罩的配合，使小艇与吊臂头近似形成刚性连接。锥形座上设有安全销，吊环末端与钢索一体式浇铸，可有效防止脱扣，提高了安全性。

（6） 减震装置

减震装置通过机械减震的方法达到减小提升、降放小艇过程中钢索中张力波动的目的。减震油缸内装有碟簧，当钢索中的拉力大于碟簧的弹簧力时，通过滑轮会拉出活塞杆压缩碟簧，当钢索拉力变小时，碟簧会自动复位，从而达到张紧钢索的目的。

1.2.2 液压系统

液压系统是收放装置的动力源，提供小艇收放、回转机构回转等操作所需的高压油，液压系统主要包括液压控制装置、控制阀组及相应的连接管路。

（1） 液压控制装置

液压控制装置为收放装置的操作提供所需用的液压高压油，在正常工作状态下，由电机带动液压泵旋转提供操作所需的液压动力；在应急状态下通过蓄能器提供应急操作时所需的液压油，当蓄能器的油液不足时，通过手摇泵向蓄能器中补充油液，也可以通过手摇泵直接供给应急操作回路。液压控制装置上还装有传感器，用于状态信息的报警。

（2） 阀块、阀组和管路

阀块和阀组为收放装置的液压控制部分，实现小艇收放、回转机构的电比例控制和其他的换向控

2.1 关键技术

本收放装置主要采用以下关键技术来保证高海况下的安全收放。

2.1.1 减摆控制技术

通过将吊臂头和小艇直接绞接连接，使小艇和吊臂近似刚性连接。在船舶的六自由度运动中，横摇和纵摇的运动对收放过程影响最大，因此采用两组减摆装置分别来补偿船舶横摇和纵摇带来的小艇摇晃。

2.1.2 波浪补偿技术［7］

在高海况下，当小艇放至水面处、仍然保持挂钩的状态时，小艇在海洋中随波逐流、大幅度摇荡（特别是升沉），为正常收放操作带来了极大难度，危险系数高。为了降低这种危险，必须时刻保持钢索张紧的状态，减小艇体的摇晃；同时，应随时为小艇的提升做好准备。波浪补偿装置采用绞车给小艇提供一个恒张力常值，用于补偿小艇在水平面的运动引起的摇荡，并且保障在小艇升沉运动过程中，钢索始终能保持张紧状态，从而避免了钢索松弛-张紧状态的转换，提高了小艇脱钩操作的安全系数。

2.1.3 减震缓冲技术

为了减小艇体起升、降放过程中由于小艇钟摆运动在钢索中所产生的张力波动，因此采用减震缓冲装置，通过机械弹簧或液压的缓冲作用减小钢索中的张力波动。

2.1.4 新颖的快速脱钩技术

为了满足高海况下安全收放的要求，快速脱钩装置采用锥座-锥罩配合的新式方案，通过吊钩-吊环的连接方式可实现简单、方便、快速地挂钩、脱钩操作，同时吊钩上设置安全销，提高了脱钩操作的安全性。吊环和钢索采用一体式浇铸，可有效防止脱扣，提高了安全性。

2.2 技术特点

该型收放装置具有以下技术特点：

（1） 模块化设计，结构紧凑，适装性良好

该收放装置由功能模块根据需要组合而成，可根据不同工作要求选装各功能模块。针对具体船型和空间安装尺寸要求，对其吊臂结构、减摆罩、波浪补偿绞车以及液压控制装置进行优化设计，使整个收放装置具有良好的适装性，满足母船的安装要求。

（2） 操纵简单方便，收放工作艇速度可调

通过便携式按钮盒来操纵整个收放装置，便携式按钮盒采用背负式，方便操纵人员双手操作相应的手柄和按钮，并可在舷边实时观察工作艇的收放状态，便于机动操作，确保以最安全的方式收放工作艇。收放装置通过比例阀组控制回转液压缸、齿轮齿条缸和波浪补偿绞车的液压马达，可实现回转机构、同步旋转机构和收放小艇的速度可调。

（3） 具有减摆补偿（横摇/纵摇）功能

减摆罩上安装有减摆补偿装置，可大幅度降低在吊臂回转过程中由于母船横摇、纵摇所产生的小艇摇摆运动，保障小艇上人员和相应设备的安全。

（4） 绞车具有波浪补偿功能

该收放装置采用具有波浪补偿功能的绞车，该绞车波浪补偿时反应灵敏，波浪补偿速度快，并且波浪补偿速度可以根据海浪的冲击速度实时自动调整，最大波浪补偿速度可达100 m/min左右。同时为了保证收放装置的安全性，在波浪补偿绞车中设置机械刹车装置和手动起艇功能，保证了应急状态的正常操作。

（5） 具有安全可靠、快速方便的脱钩装置

快速脱钩装置是关系到工作艇安全收放的最重要的部件之一，其吊环与钢索采用一体式浇铸，可有效防止钢索的脱扣，提高安全性。快速脱钩装置采用特殊设计，能够承受6倍的安全工作负荷；快速脱钩装置设有安全销，需要脱钩时先打开安全销，再通过绳索拉动手柄，实现快速脱钩。

（6） 可实现应急操作，应急操作简单快捷

收放装置具有完善的应急操作环节，在收放装置完全失电后，为了安全可靠收放工作艇，可通过波浪补偿绞车的手动起艇功能、带负载无动力下放等功能实现应急收/放艇。利用液压控制装置上蓄能器的压力油液可完成基座旋转动作，当蓄能器中油液不足时，也可利用手摇泵来手动补充蓄能器中的油液；当恢复动力电时，启动液压控制装置，主泵会自动给蓄能器充油到设定压力。

（7） 充分考虑收放装置的安全性与可靠性，注重人性化设计

设计方案从顶层需要出发，采用提高安全性、可靠性，操作、维修简便性的方法和措施，充分考虑到各个分系统和关键元件分解不同的技术需求。对于机械结构部分，通过提高设计安全系数、设置传感器等方法提高安全性，采用冗余的设计方法来提高可靠性，并对重要元件进行充分的安全性、可靠性设计和选型。电气控制系统具有完善的互锁保护功能和状态监控信息。只有当满足操作条件时，操作手柄或按钮开关才能作出相应的操作动作。控制操纵箱和便携式按钮盒均设有相应的报警指示和应急停止按钮，当有突发事件发生时，可及时切断动力，防止发生事故。

3 结 论

本文根据国际救生设备规则修正案对快速救助艇或小艇收放装置的最新要求，采用单点L型单臂回转设计方案，分别介绍了该型收放装置的机械结构、液压系统和电气操纵控制系统的组成；并利用船舶运动补偿技术设计相应的辅助机构，可以保证在四级海况下安全、可靠、快速进行小艇的释放和回收操作。该型收放装置具有模块化设计、结构紧凑，操纵简单方便，具有减摆、波浪补偿、减震缓冲等功能特点。

［1］ 孙宝国，刘海，施恺明. 高速工作艇及其收放装置的设计探讨［J］. 船舶工程，2011，33（2）：29-33.

［2］ 谢江怡.补给工作艇收放装置选型设计分析［J］. 船舶， 2007（4）：49-51.

［3］ ISO15516， Ships and marine technology-launching appliances for davit-launched lifeboats［S］. Switzerland：International Organization for standardization. 2006.

［4］ 徐跃，李一飞，蒋余良，等. GB/T 11626-2009 船舶和海上技术-吊放式救生艇降放装置［M］.北京：中国国家标准化管理委员会，2009：3-7.

［5］ 齐广东. 高海况救助艇收放装置控制系统设计及仿真［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学硕士学位论文，2011：4-11.

［6］ 梁利华，王经甫，史洪宇，等. L型单臂回转式高速工作艇收放装置使用维修说明书［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2013：3-20.

［7］ 卢东庆，宋飞.主动式波浪补偿控制技术仿真研究［J］.船舶，2012（6）：74-77.

Key technologies of marine single arm rotary davit

WANG Dong-tao
(Naval Military Representative Of fi ce in Hudong-Zhonghua Shipbuilding (Group) Co., Ltd., Shanghai 200129, China)

Since the conventional davit performance cannot meet the security requirement of the launch and retraction under the high sea conditions, which often resulting in a safety accident, the LSA Code amendments put forward new requirements. According to these new requirements, it adopts the technology of ship motion compensation and designs corresponding auxiliary con fi guration in order to make a single arm rotary davit has the function of shimmy damper, wave compensation, shock absorption, and so on. It can guarantee the launch and retraction of the davit is safe, reliable and quick under the fourth level sea condition.

davit; single arm rotary; wave compensation; shimmy damper

U667

A

1001-9855（2014）03-0085-05

2014-01-22 ；

2014-03-13

王东涛（1967-），男，高级工程师，研究方向：舰船总体建造。