电磁吸盘技术在旧小型航标船上的应用

郭志忠

(北海航海保障中心天津航标处，天津 300450)

电磁吸盘技术在旧小型航标船上的应用

郭志忠

(北海航海保障中心天津航标处，天津 300450)

文章阐述了旧小型航标船传统作业方式存在的巨大风险以及急需技术改造的客观需求，并分析了电磁吸盘装置的突出优势，为旧小型航标巡检船技术改造提供了成功的范例。

航标船；跳标；电磁吸盘；安全

近年来随着环渤海各港口的迅速发展，航标管理数量迅猛增加，再加之每年冬季更换冰标，航标作业量非常繁重。

长期以来，航标工人进行航标检修作业时，需要从船上跳上浮标，作业后再跳回船上，这种传统的作业方式一直存在着如下弊病：①职工登标作业安全无保障,当浮标摇晃严重时，会发生危险，尤其冬季航标表面结冰严重，会发生摔伤事故；②船体与浮标碰撞损伤大，维护费用高；③船舶侧靠浮标难度大，作业效率低；④维修作业对海面状况要求高，使可工作天数减少，不能及时进行维修作业；⑤航标作业成了一个高危职业，工人年龄稍大就无法跳标进行航标维修工作。彻底改变传统跳标作业方式，提高维修作业的效率和作业的安全性，成为一个亟待解决的课题。

1 改造方案

经过调研，电磁吸盘在新型玻璃钢船上的研制开发获得了成功，能够把船和浮标稳妥地吸合在一起，解决了船、标一体化的问题，为旧船改造提供了借鉴和参考。

海巡15020船是一艘钢质、单底、单甲板、双机、双舵、双桨、柴油机驱动螺旋桨推进的小型航标船。船舶主尺度：船长31.3 m、型宽6.2 m、型深2.6 m、排水量155.8 t、航速12.6 kn。

根据海巡15020的船型，可在船首安装电磁吸盘系统。航标船专用电磁吸盘由天津中交海强船舶技术开发公司设计制造，型号为HQ-TLMW92-10030T,长1.40 m 、宽0.25 m 、厚0.17 m ，输出电压DC 220 V，输出容量4 kW，额定吸力39.2 kN。工作对象为直径 2.4 m 、质量约 5 t的浮标。

试验条件：6 级风以下、平均波高1.5 m 以下海况，将漂浮不定的航标牢牢吸住，使航标与船体连成一体,满足航标工人安全登标作业条件。

2 电磁吸盘设计及校核

电磁吸盘的工作原理是内部线圈通电时产生磁力，经过导磁面板，将接触在面板表面的航标紧紧吸住。线圈断电时，磁力消失实现退磁，使船与航标快速分离。

为了避免电磁吸盘靠近浮标时，由于电磁吸力过大引起磁盘与浮标撞击，将电磁铁设计为DC 220 V、4 kW；电气控制箱设计为单相可控硅调压整流,调节输出电压为0～220 V；电磁铁吸力为0～39.2 kN可调。当船靠近浮标时逐步调增磁盘吸力，直至需要的最大值，船与浮标吸牢，并连接成一个整体。航标工人可直接登上浮标作业，完成任务回船后，给电磁吸盘断电，使船与浮标迅速分离，并迅速驶离浮标。

电磁吸盘的吸力是根据计算浮标的惯性力确定的。浮标在海面上随海浪做自由谐振运动，电磁装置如果吸附住浮标，使船与浮标连为一体，必须要求电磁吸盘吸附浮标时，电磁吸盘与浮标之间的摩擦力能够克服浮标垂荡惯性力，避免浮标与电磁吸盘间产生较大位移。根据海巡15020船作业海域的水文情况，计算出直径为2.4 m 的浮标在海浪中的垂荡惯性力，并以此计算出电磁吸盘的吸附力和所需的结构强度。

对于浮标能否被吸附住，主要看浮标和电磁吸盘之间的摩擦力能否克服浮标由于垂荡引起的惯性力。经计算，电磁吸盘与浮标的摩擦力可以克服包括浮标重量和2个航标作业工人重量产生的垂荡惯性力，当浮标被吸附时浮标的自由谐振即被破坏，垂荡惯性力也就小了许多，所以电磁吸盘完全可以吸附住浮标，航标工人可以安全地进行登标作业。

经过实践检验，以上结论是正确的。

3 实用技术，值得推广

经过现场作业试验，海巡15020船在东北风6级的海况下，通过电磁吸盘装置把船与直径2.4 m 的浮标连成一体时，摇摆消失，能够保持一个稳定的状态，可使航标工人安全登标作业，达到了设计要求，实现了预期工作目标，海巡15020船电磁吸盘改造项目获得了成功。

电磁吸盘装置采用特殊的技术措施解决了关键技术问题，科技进步彻底改变了传统的作业方式，大大提高了航标维修作业安全性，减轻了航标工人的劳动强度，保障了航标工人的生命安全，极大提高了工作效率，使绝大多数浮标故障能够在1 h内得到解决，有效提高了航标正常发光率，得到航标工人的一致好评，若能在航标系统内推广应用，将会产生巨大的经济效益和社会效益。

4 改进建议

通过海巡15020船电磁吸盘改造试验发现，在高海况涌浪较大的情况下，由于海巡15020船和航标体积相差较大，船和浮标的晃动周期和幅度相差很大，电磁吸盘会遭遇强大的垂荡惯性力和横摇扭力，航标很容易滑脱，电磁吸盘要想牢牢吸住航标，就必须提高功率输出，这势必会增加电磁吸盘主体尺度并增加能源消耗。

为进一步提高电磁吸盘的节能效果，若将电磁吸盘刚性固定结构设计成4只硬弹簧结构，可适当增加电磁吸盘的自由度，通过弹簧的弹性可有效缓解船舶靠标的冲击和航标垂荡惯性力对电磁吸盘的冲击，在弹簧的随动扭振中，使航标的振荡幅度不断衰减，可有效避免航标的滑脱，减少电功率的消耗，不仅提高了电磁吸盘连接航标的牢固程度，同时进一步达到节能的效果。

A successful example is offered to improve the old,small stake boats technically according to the superiority of magnetic chuck,which makes the huge risk overcome during traditional operating mode and meets the need of technical improvement.

stake boat;light instability;magnetic chuck;saftety

郭志忠(1958-)，男，河北张家口人，高级轮机长，大学本科，主要从事航标技术装备机务管理工作。

U61

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.05.004

2016-06-27