沉底试验水雷打捞回收辅助系统方案研究

乔晓君，张宏欣

（中国人民解放军 91439部队，辽宁 大连 116041）

0 引言

水中兵器试验中用于打捞沉底水雷[1]、训练爆源等负浮力被试装备时通常采用的方法：首先捞取系有打捞索的浮标，然后牵引打捞索通过船舷侧滑轮上绞盘，绞盘带动钢索[2]将回收物体绞至水面，再使用吊车将被试品吊至甲板[3-4]。

由于海上作业无法预知的因素较多，海底情况更加复杂，采用上述方法在打捞过程中需要非常丰富的实践经验，对实施中的各个环节都要充分考虑风险因素。具体而言，对于钢索承重、海底地貌、海流和海况影响都要有充分的估计，对操作人员的技巧经验要求也比较高，若不能满足上述前提，海上实施过程中的险情随时可能发生。根据以往的经验来看，轻则钢索绷断，水雷沉入海底，打捞失败，造成水雷丢失，重者装备损坏或伤及试验人员。因此，急需研制一套安全可靠的打捞回收辅助系统[5-7]，本文针对目前沉底水雷打捞中出现的若干问题，在回顾分析实际案例的基础上，设计了一种打捞回收辅助系统。该系统由吊车、绞盘、绞盘控制台、张力检测系统、自动缓冲系统、支架、钢索及超载报警系统等单元构成，提高了操作实效性和人员装备安全性。同时针对该系统设计阐述了海上使用方法和异常情况处置预案，相关结果对未来类似试验中的打捞回收实施[8]具有实际应用价值。

1 案例回顾

1）某型装备试验中，需要沉底水雷做试验保障。实施中水面浮标与布放回收钢索连接，布放回收钢索与水雷连接，通过捞雷船的吊车、绞盘、船舷测滑轮完成布放回收。当时，就在绞盘通过船舷测滑轮回收钢索过程中，雷体回收到船底后，由于雷体旋转挂到压浪板上，刚性撞击使得雷车牵引环断裂，雷体沉入海底。

2）某型舰船抗冲击试验的一次合练中，需要专用沉底爆源做保障。海上实施方法基本和上述猎雷装备试验相同，区别在于回收过程中，吸取了回收沉底水雷中的教训，用船上吊车连接开口侧滑轮后，将钢索支离船舷一定距离，避免碰到船底压浪板。可是，在回收爆源的过程中，由于爆源挂到海底缆索等不明物体，在爆源离开海底一定距离后，回收钢索不堪重负断裂，爆源沉入海底。

2 系统要求

1）主要适应于沉底水雷[3]等较大负浮力且通过钢索回收的物体打捞；

2）挂到刚性物体（比如挂到船底压浪板或礁石等）瞬间自动缓冲放索，缓解钢索受力，并为采取紧急措施争取时间；

3）挂到柔性物体（海底渔网、绳缆等）后，能够检测出张力变化，且在张力大于预设值后自动采取保护措施，防止事故发生；

4）系统安装、操作简便，适应海况≯3级。

3 系统设计

由吊车（船上）、绞盘（船上）、绞盘控制台、张力检测系统、自动缓冲系统、支架、钢索及超载报警系统组成。系统组成框图见图1。

图1 系统组成框图Fig.1 Constitutional block diagram of system

3.1 吊车

功能：将打捞至水面的物体吊上甲板。

起吊重量≥2 t，吊臂伸出船舷外≥2 m。可借用船上吊车，所以系统需安装在吊车附近。

3.2 绞盘

功能：收放钢索。

绞盘扭矩≥20 kN，应具有刹车制动功能，可按工作的需要进行降速后制动刹车，防止缆盘不能及时停止转动而损伤钢索。可借用船上绞盘，系统需安装在绞盘附近。

3.3 绞盘控制台

功能：接收张力检测装置发出的控制信号，执行机构完成对绞盘的控制。

绞盘控制台内安装电气控制元件，并提供相应的电气和数据接口，便于操作和监控系统的工作情况。控制系统方框图如图2。

图2 控制系统方框图Fig.2 Block diagram of control system

3.4 张力检测系统

功能：通过传感器检测钢索承受到的拉力。

张力控制范围：300～2 000 kgf。

张力检测装置采用三轮组张力检测方式，该机构由3个导轮组成，前后2个导轮为导向轮，中间导轮为测力轮。3个导轮位置固定后，钢索在测力轮上形成的夹角为一固定值。测力轮安装在张力传感器上，钢索张紧后测力轮受压，传感器可测得钢索在导轮垂直方向的分力，再根据钢索在测力轮上形成的夹角计算出钢索的实际张力。如图3所示，钢索张力为F，钢索在测力轮上形成的夹角为α，钢索张力F在测力轮上的分力为T，由公式

可得钢索张力值。在实际运行中可通过砝码进行校验和校正，确保所测钢索张力准确性。该机构测力稳定可靠，测力时电缆的弯曲半径较大，对钢索的影响小。

图3 测力轮受力图Fig.3 Force diagram of measurement wheel

3.5 自动缓冲系统

功能：1）预设拉力值；2）根据预设拉力自动缓冲放索，减缓钢索受力；3）为超载报警装置提供触发信号。

为防止钢索因外界因素而产生较大张力波动，在张力检测装置后装有缓冲储索装置。该装置由导向轮组和缓冲轮组组成，当钢索张力发生较大变化时，缓冲轮组会随钢索张力变化而左右移动位置，从而减小钢缆张力因突然的波动而对整个控制系统造成的影响。该装置的储索能力约为 1 m。如图4所示。

图4 缓冲系统Fig.4 Buffering system

3.6 超标报警系统

接收到张力检测系统输出的触发信号后，启动执行电路，经放大推动换能器发出声、光指示。

3.7 支架

功能：导引回收钢索，并通过支架将打捞物体撑离船舷一定距离。

要求：能够固定在船舷，且自动伸缩距离≥2 m，前端带导引滑轮。

3.8 钢索

功能：连接、打捞回收物体。

通过下面的公式即可求出钢索的直径。

式中：F为最小破断拉力，kN；K为某一指定结构钢索的最小破断拉力系数[1]；D为钢索的公称直径，mm；R为钢索的公称抗拉强度，MPa。

为实施方便，钢索应选择点接触型。点接触型钢索股内相邻钢丝之间成点状接触形式，除中心钢丝外，各层钢丝直径相等，股通过分层捻制形成。点接触型钢索属普通类型，价格适中，易于选购。

使用前，首先确定所用钢索的抗拉极限值Y，然后针对钢索的连接、使用方式以及实施经验设定安全系数K1（＜1），相乘得出设定拉力F1。

当钢索张力大于设定拉力F1后，自动缓冲装置自动放索，同时绞车控制台下达停止收索指令。

如果钢索直径已知，其破断力估算方法：

钢索破断力=a×a×0.5t

钢索直径（mm）/3=a（取整数）

比如：φ12mm钢索，a=4，钢索破断力=8 t。

同时注意钢索使用方式、连接状态、弯曲半径等对破断力的影响。

4 海上使用方法及异常情况处置预案

水雷打捞前在水下的态势如图5。水雷在海底，浮标在水面，钢索一端连接水雷，另一端连接浮标，钢索的长度大于1.5倍水深。

回收系统船甲板布置示意图如图6。支架固定在船舷，绞盘、控制、张力检测、自动缓冲系统、超载报警及吊车等系统分别固定在甲板。

图5 水雷打捞前水中态势Fig.5 Underwater situation before salvaging mine

图6 回收系统船甲板布置示意图Fig.6 Layout schematic diagram of ship deck of recycling system

打捞过程如下：

1）回收系统中各分系统调试，支架固定在船舷上，过渡钢索布设，最后过渡钢索一端从支架前端导引滑轮引出。

2）捞雷船机动至浮标附近，将浮标捞上甲板，打捞钢索临时固定在船舷，打捞钢索卸掉浮标后连接到过渡钢索上，钢索在船舷临时固定解脱。

3）启动回收系统，绞盘回收钢索，确定水雷脱离海底后，操纵支架伸出舷侧规定距离，绞盘继续回收钢索，直至水雷出水面后，支架收缩回船舷边，吊车的吊钩连接水雷后将其吊上甲板。

异常情况处置预案一：回收过程中，水雷挂到礁石、沉船、船底等刚性物体后，钢索张力瞬间增大，自动缓冲分系统立刻释放储存钢索，张力检测分系统立刻输出指令给绞盘控制台，同时超载报警分系统报警，绞盘停止收索。

根据海上态势、海水流向、海底情况等进行分析，最后决定采取的措施：

1）绞盘放索，舰船机动，绞盘再次收索打捞；

2）绞盘放索，钢索连接浮标后抛入海中，待海水流向改变一定角度后，再实施打捞。

异常情况处置预案二：回收过程中，水雷挂到渔网、缆索等柔性物体后，钢索张力缓慢增大，当张力大于设定值后，张力检测分系统立刻输出指令给绞盘控制台，同时超载报警分系统报警，绞盘停止收索。

根据海上态势、海水流向、海底情况等进行分析，最后决定采取的措施：

1）绞盘放索，舰船机动，再次绞盘收索打捞；

2）绞盘放索，钢索连接浮标后抛入海中，待海水流向改变一定角度后，再实施打捞；

3）潜水员探明情况，并成功处理后继续回收打捞。

5 结束语

水雷、反水雷装备及舰船抗冲击等海上试验中，经常需要对布设于海底的比较大的负浮力物体进行打捞回收。针对传统方法存在的安全隐患和以往实施案例教训，充分考虑实施中各个环节中的风险因素，本文设计了一种新的试验沉底雷打捞回收系统，并给出了海上使用方法，以期能够解决过去实施中的盲目（无法对水下情况掌控）打捞问题，并提高装备回收可靠性及试验安全性，本文方法的有效运用对试验任务的圆满完成具有重要意义。