码头泊船辅助系缆装置设计

    徐艳山

    

    

    摘 要：针对船舶大型化发展趋势，大型船舶的系缆困难问题也日益突出，结合码头实际情况，设计了一种全新的系缆辅助装置。

    关键词：港口;船舶;系缆;拉缆装置

    近年来，船舶大型化发展已成趋势，30万吨以上散货船、38万吨级矿砂船、1.8万标准集装箱船越来越多投入使用。随之而来的大型船舶的系缆困难问题也日益突出，亟待解决。

    我国船舶停泊的方式通常有两种：除了抛锚停泊以外，系缆停泊是船舶另一种主要停泊方式。系缆停泊就是利用系缆设备将船舶安全、牢同地系结于码头、浮筒、船坞或其他船上，保证船舶安全可靠地进行系缆作业的装置和机械就是系泊设备。系泊设备主要由系缆，系缆工具和系缆设备构成。系缆工具是指固定在甲板或舷墙上用以系缚缆绳的器具。当其配置在甲板或舷墙上，指用以在系泊操作时系带和引导缆索的各种器具的统称，主要包括系缆索、带缆桩、导缆器、缆索卷车、带缆羊角等;当其配置在船舶甲板上，指用以在带缆操作时系缚和引导缆索的各种器具的统称，主要有带缆桩、拖缆桩、带缆羊角、导缆器、导向滚轮等。系缆装备包括船舶系缆装备和岸边系缆装备。

    我国港口码头主要采用的系缆方式有人工方式系缆和辅助设备系缆。采用传统的人工方式系缆时，船舶靠泊码头，船员将一根系在粗缆绳上的末端有个较重头子的牵引绳甩到岸上，然后由人力通过牵引绳把粗重的缆绳拉到码头的缆桩附近，把绳结套上，由船舶将后面的缆绳慢慢绷紧，从而使得船舶平稳不会漂走。这种方式完全依靠人力，不仅费时费力，而且随着缆绳越来越粗重，人力难以实现大型船舶的系缆，并且在拉缆过程中还存在很大的安全隐患。采用电动拉缆桩系缆时，此装置为一种安装固定在码头面的电动拉缆桩，但仍需通过人力将缆绳按特定方式套入缆桩后进行电动拉缆，并且还需要安装电机、液压泵等一套电气液压系统，结构复杂，故障率高，码头的改造成本也非常高昂，应用得不到广泛推广。

    本文设计一种全新的系缆辅助装置，在无须增设电气液压系统设施的前提下，对人工系缆作业工艺进行改进，以在实际应用中以达到节省人力、减轻工人劳动强度、提高企业安全生产系数和生产效率的目的。

    一、系缆方案设计

    （一）总体设计思想

    采用一套安装在托运车上的辅助拉缆装置代替人工拉缆，同时无须增设专门的电动拉缆桩，托运车机动灵活，可在整个码头岸线按需辅助拉缆。

    （二）具体方案

    码头调度负责指挥系缆作业的全过程，并负责组织协调各方面的工作，作业前告知船方，系缆工作听从码头人员指挥。

    船方、带缆工负责系缆的具体操作：

    （1）码头调度根据具体情况，确定船舶首尾带缆位置及带缆及人员数量。要求带缆人员尽量分散把缆绳带到不同的缆桩。

    （2）码头负责船舶系缆的具体操作，对系缆的全过程进行现场监控。

    （3）带缆工与托运车司机负责船舶系缆的具体操作，对系缆的全过程进行现场监控。

    （4）船方、带缆工在确保缆绳已经带好或者已经解掉，人员远离缆绳后，方可绞紧或收起缆绳。

    （5）码头调度、带缆工应与船员做好沟通和协调，确保船舶搬运过程的顺利、安全实施。

    （6）船员把缆绳的引绳抛向岸边，由系缆工将引绳套入托运车后座，指挥驾驶员移动托运车，向陆侧方向牵引引绳，直至将缆绳拖上岸边。

    （7）系缆工将缆绳套入系缆桩，与船方沟通，收紧缆绳。

    （8）人工系缆时，必须有专人监护，熟练工带着新手干活，并且熟练工要占多数。

    （9）同一个缆桩带缆一根一根带（如可能尽量分散带在不同的缆桩）。

    （10）7级以下风力，普通船舶应有首尾各4+2的数量;巴拿马型应有首尾各5+2的数量;如系浮筒则应有相应的首缆和尾缆数量，巴拿马型应为7根，并且可能的情况下首部要抛锚。（调整船位用海吊挂带。）靠浮船坞的船，由于受船舶尺度的限制可能无法带倒缆，因此如可能的话基本要求首尾各带6根。7级以上风力，由船方决定加缆的数量和种类，并决定是否通知拖轮备车待命。

    二、系缆操作工艺设计

    系缆工艺流程如下：

    辅助人员现场环境确认→托运车入场→系纜人员将缆绳头套入拉缆装置→托运车拉缆→驾驶人员脱缆→系缆人员系缆

    注意事项：

    （1）当缆绳收紧时，带缆人员应远离正在绞紧的缆绳，防止断缆。

    （2）所有系缆人员在作业过程中禁止站在琵笆头及引缆缠绕的范围内。

    （3）码头调度、带缆工、船方要随时监督带缆工带缆位置是否正确，站位是否得当。

    （4）码头调度、带缆工应与船员做好沟通和协调，确保船舶搬运过程的顺利、安全实施。发现有不安全行为应立即制止。

    三、辅助拉缆装置设计

    为达成自动拖缆作业的目的，我们设计出了一种可固定于托运车尾部的拉缆装置，该工具将基座固定于托运车车厢上，在基座上设有钩架组件，钩架组件通过固定件固定于基座上，钩架组件由钩子和钩柄组成，钩柄底部设有连接杆，连接杆底部设有操控杆，操控杆末端延伸设有手柄，手柄控制钩架组件开合;通过设置钩子、钩柄、连接杆、操控杆，通过手柄带动连接杆，连接杆带动钩柄，通过钩子、钩柄互相咬合的阴角和阳角，实现钩子的开合，从而完成缆绳的固定和脱离，完成缆绳的自动托运，提高了作业效率，同时设计有缆绳受力后紧急释放的功能，保证了作业时人员和设备的安全，不需要人工拖拽和转移，降低人工成本的投入，提高了经济效益。

    该港口船舶拉缆装置包括：托运车以及固定于托运车车厢后的基座1，基座1上设有钩架组件装置（3、4），钩架组件装置通过固定件2固定于基座1上，钩架组件由钩子3和钩柄4组成，钩柄4底部设有连接杆5，连接杆5底部设有操控杆6，操控杆6末端延伸设有手柄7，手柄7控制钩架组件开合。

    钩子3与基座1呈30°设置，钩子3为曲面结构的三角体，钩子3头部设有第一固定孔8，钩子3头部内侧向外延伸设有阳角31。

    钩架组件装置采用类似棘轮装置的设计，只能朝一个方向转动，另一个方向受力会卡紧。钩柄4为四棱柱结构，钩柄4头部上表面为曲面41，该曲面41和钩子3头部内侧曲面互补设置，钩柄4头部外侧设有阴角42，阴角42和阳角31互相咬合设置。当套于钩头3的缆绳受力时，因结构特点所致，钩头3无法向上外翻，故缆绳可牢牢固定于钩头3上，通过托运车可将缆绳拉上岸边。

    使用时，将基座1通过螺栓固定于托运车车厢尾部的表面，手柄7延伸至驾驶员操控区一侧，拖缆时，将托运车开至岸边处，将缆绳琵琶头套于钩子3头部底端，由于钩子3倾斜30°设置于基座1上，同时由于其阴阳咬合的棘轮机构特点，因此缆绳被牢固固定，启动托运车，在托运车的托运下，缆绳被拉出至岸边安全距离，完成拖缆工作，随即停下托运车，驾驶员在操作区将手柄7向上操作，此时操控杆6向上顶起，设置于操控杆6顶部的连接杆5被顶起，由于连接杆5左端为自由端，右端固定于底座10上，因此连接杆5左端被向上掀起，同时设置在连接杆5上的钩柄4向上，钩柄头部的阴角42和钩子3头部的阳角31互相咬合，钩子3被带动向外侧翻动，固定于钩子3上的缆绳滑落，实现自动拖缆的作业，此时将手柄7向下搬动至起始位置，钩子3回至固定位置，为下一次缆绳托运做准备。同时在拉缆过程中，如遇缆绳突然收紧等紧急情况，驾驶员可通过直接掀起操纵杆6释放缆绳，保证人员和设备安全。

    四、经济效益分析

    在人工系缆时，必须有专人监护，熟练工带着新手干活，并且熟练工要占多数。作业时至少两人一组。具体系缆人员数量规定如下：

    应用辅助拉缆装置后，所需的系缆人员减少到传统拉缆工艺的1/3，具体人员配置见下表：

    与传统的港口船舶缆绳的系缆作业比较，人工将缆绳拖拽至岸边，成本高，危险性大，而使用本装置后，可节约人力2/3，同时采用托运车進行拉缆，人工只需辅助作业即可，极大地提高了系缆效率和保证了人员的安全。

    五、实践验证

    该辅助拉缆装置——一种用于缆绳托运工具，已获得实用新型专利。此种半自动拉缆装置在实际使用中，不仅能到到节约人力，提高经济效益，同时还规避了人工拉缆可能出现的人员落水、被缆绳拉伤的安全隐患，具有广泛的社会应用价值，可推广到各港口集装箱及散杂货码头使用。

    参考文献：

    [1]闻邦椿.机械设计手册[M].第5版.北京：机械工业出版社，2010.

    [2]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].第8版.北京：高等教育出版社，2006.

    [3]刘善平.港口装卸工艺[M].第2版.北京：人民交通出版社，2014.