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泰興市依科攀船舶設(shè)備有限公司開發(fā)的抓斗船在長江上游疏浚方面的運(yùn)用簡介如下：

隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施,長江航運(yùn)迎來了新的歷史發(fā)展機(jī)遇,同時(shí)也給長江中上游的航道治理提出了許多新的課題。

長江中上游,特別是處于丘陵和高山峽谷地區(qū)的千里川江,屬大型山區(qū)河流,的長江三峽位于其間;宜賓-重慶段,為丘陵地區(qū),灘多流急(流速高達(dá)3.5 m/s),且河床多為粒徑較大的卵石層覆蓋,空隙為砂、礫石填實(shí),結(jié)構(gòu)緊密;部分河段礁石林立,限制船舶吃水,枯水季節(jié)河寬僅150~250 m,實(shí)行控制的單行航道有多處,嚴(yán)重地妨礙了航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展。三峽大壩蓄水135 m高程時(shí),回水只到忠縣;即使三峽大壩蓄水175 m高程時(shí),重慶江津以上水位仍保持原狀。很顯然,要提高航道等級,該段航道需進(jìn)行整治的工程量很大。

區(qū)別長江航道不同區(qū)段的地質(zhì)地貌和疏浚特點(diǎn),采用不同型式的挖泥船進(jìn)行施工作業(yè),其效果大不一樣。用于長江航道整治施工的挖泥船主要有:絞吸/斗輪、吸盤、耙吸、抓斗/鏟斗、鏈斗等類型。絞吸/斗輪、吸盤和耙吸挖泥船雖然效率較高,但主要適合挖掘砂、淤泥和松軟的土砂等,對上游硬質(zhì)河床較難適應(yīng);斗輪船因定位鋼樁較難插入硬質(zhì)河底,在卵石

等硬質(zhì)河床基本無法使用;鏈斗船雖可適用于卵石河床,在川江以往的整治中也曾使用過,但較難適應(yīng)挖掘深度的變化,且利用率不如抓斗船高,適用土質(zhì)范圍也不如抓斗船廣。

抓斗挖泥船通常是單斗作業(yè),可配備不同類型的抓斗,以適應(yīng)不同硬度的土質(zhì):可以挖掘N值小于15的淤泥、一般粘土、松散的沙質(zhì)土;N值15~25的中等沙土;也可挖掘N值25~40的硬粘土、夾石砂質(zhì)土和砂礫;甚至可以挖N值大于40的風(fēng)化碎巖。除適應(yīng)土質(zhì)范圍廣外,還廣泛適用于狹小水域(港池、碼頭、以及堤堰和堤岸)的挖泥作業(yè)。挖掘深度較大,其中鋼索抓斗船挖深可達(dá)80 m。綜上所述,長江中上游,尤其川江航道硬質(zhì)河床的疏浚以抓斗挖泥船為佳。且我局多年來以抓斗船為主進(jìn)行川江航道整治也取得了較為滿意的效果。

國內(nèi)外用于山區(qū)河流航道整治方式主要是對礁石鉆爆后再進(jìn)行挖掘清理。可供選擇的設(shè)備主要有鋼索抓斗挖掘機(jī)、液壓反鏟挖掘機(jī)和液壓硬臂抓斗挖掘機(jī)。

3.1 鋼索抓斗挖掘機(jī)

此類機(jī)型具有被對挖物質(zhì)的廣泛適應(yīng)性、不同挖深的適應(yīng)性及狹窄場所的適應(yīng)性,但同時(shí)具有以下缺點(diǎn):

(1)對結(jié)構(gòu)緊密的卵石河床和爆破后的塊石,必須增加斗重以減少抬斗現(xiàn)象,由于斗重增加,提升能力、主機(jī)功率及整機(jī)重也相應(yīng)增大。這將受到船體尺度及吃水的制約。

( 2)急流航段施工,特別是在水流速度大于3 m/s時(shí),鋼索抓斗入水后漂斗現(xiàn)象嚴(yán)重,生產(chǎn)效率

較低。

(3)由于吊桿長度一定,不同的挖掘半徑只有通過調(diào)整變幅鋼纜來實(shí)現(xiàn),操作頻繁、機(jī)械磨損大、故障率高,影響了挖掘效率。

3.2 液壓反鏟挖掘機(jī)

該機(jī)型挖掘力強(qiáng),生產(chǎn)效率高,在平原河流及沿海也廣泛采用。使用反鏟必須配置鋼樁以保證各種作業(yè)狀態(tài)下船舶的穩(wěn)性,故在狹窄、流急、硬質(zhì)河床的川江航道作業(yè),易出現(xiàn)如下問題:

(1)同樣因定位樁很難插入到所需要的深度,必須增加主纜及橫移絞車以確保安全移船和定位,使系統(tǒng)變得復(fù)雜,船體重量增加,同時(shí)增加了輔助作業(yè)時(shí)間,功效受到影響。

(2)采用反鏟時(shí),要求爆破后的塊石要小,且較均勻,但實(shí)際操作上卻很難達(dá)到。

(3)在調(diào)遣航行中,定位樁高度易受橋梁或過江電纜凈空高度的限制。

3.3 液壓硬臂抓斗挖掘機(jī)

該機(jī)型與液壓反鏟式不同之處僅在于斗桿末端安裝的斗型為二瓣式抓斗而已。其主要優(yōu)點(diǎn)如下:

(1)對定位、移船設(shè)備的要求相對簡單,只需主纜絞車和橫移絞車就可。

(2)較適用于抓取形狀各異、大小不一的塊石,充斗系數(shù)較高。

(3)液壓抓斗的重容比索斗小(一般僅為2~3之間),挖掘機(jī)功率、提升能力、整機(jī)重量都較索斗挖掘機(jī)小。故船舶主尺度相對較小,單船造價(jià)相對較低。

(4)回轉(zhuǎn)速度快、循環(huán)周期短、生產(chǎn)率高,同一工況、同一斗容的情況下,液壓硬臂抓斗較索斗生產(chǎn)率高出20%以上。且操作簡便、設(shè)備故障率低。

上述三種挖掘機(jī)的性能特點(diǎn)見表1:

鑒于液壓硬臂抓斗挖掘機(jī)優(yōu)點(diǎn)突出,用于川江航道的整治較為理想,斗容大小以4 m3為宜。

3.4 抓斗機(jī)的選型

本船設(shè)計(jì)力求整體技術(shù)形態(tài)*,因而主要工作機(jī)械——抓斗機(jī)和傳動(dòng)裝置的選用必須注重技術(shù)*性、經(jīng)濟(jì)性、且易于維修和保養(yǎng)。

根據(jù)我局的使用習(xí)慣,并考慮到當(dāng)今世界抓斗機(jī)的制造情況,我們對日立、小松的產(chǎn)品進(jìn)行了比較。這兩家公司都生產(chǎn)定型的4 m3抓石機(jī),且都有一定的市場覆蓋率。

4.1 挖掘深度

為滿足1 000 t~3 000 t駁船組成的萬噸級船隊(duì)直抵重慶,在中上游航道整治中,施工水深一般需超過10 m。因此挖掘機(jī)挖掘深度取為水下12 m較為合適。

4.2 挖掘N值

由于長江中上游航道疏浚對象主要是卵石或爆炸后的塊石,這些土質(zhì)的N值均在25~30之間,故將挖掘土質(zhì)定為N≤30較符合長江中上游航道實(shí)際狀況。

5 主要船型參數(shù)及設(shè)備的選擇

5.1 船型尺度

5.1.1 吃水的選擇

因重慶以上航道均為內(nèi)河二級航道,枯水季節(jié)吃水限制在1.8 m,作為航道疏浚船舶,本船設(shè)計(jì)吃水?dāng)M不超過1.7 m。

5.1.2 船寬的選擇

為保證抓斗機(jī)的安全作業(yè),要求船舶具有一定的橫傾力矩,船寬是影響本船的橫傾力矩的重要要素。抓斗機(jī)正常工作時(shí),規(guī)范及任務(wù)書要求船舶橫傾角不超過5°。不同的抓斗機(jī)正常工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的傾側(cè)力矩。根據(jù)現(xiàn)有資料:小松產(chǎn)品的傾側(cè)力矩為408.1 t·m;日立的傾側(cè)力矩為413.3 t·m;利勃海爾的傾側(cè)力矩為410.5 t·m;三者相當(dāng)接近。作業(yè)工況時(shí)風(fēng)力為浦氏5級,產(chǎn)生的風(fēng)壓傾側(cè)力矩約為15.5 t·m。

由于規(guī)范規(guī)定的船舶橫傾角不超過5°,一般是對起重船而言,抓斗船因抓斗機(jī)(從一舷至另一舷)往返速度大,負(fù)荷變化突然,故穩(wěn)性要求通常較起重船要高,故我們考慮靜傾角3.5°。一定船寬的船舶與某個(gè)相對重心高度時(shí)靜傾3.5°所能提供的回復(fù)力矩是一定的,如表2所示(不考慮自由液面的影響)。

經(jīng)綜合考慮,船寬14 m左右即可,橫傾角(考慮風(fēng)壓影響)約為3.0°。穩(wěn)性滿足要求。

5.1.3 船長的選擇

船長的選取主要是從全船布置,尤其是抓斗機(jī)以及甲板機(jī)械的布置和操作需要來考慮的,甲板室的布置和工作通道等亦不容忽視。按型船經(jīng)驗(yàn)船長40 m左右即可。

綜合本船船型及特點(diǎn)如下:

本船為鋼質(zhì)、單甲板、單底、首部雪橇形的方箱形非自航抓斗式抓石船。

本船尾部設(shè)全回轉(zhuǎn)抓斗機(jī)一臺(tái),首部設(shè)甲板室。

航區(qū)為長江B、C級航區(qū),J級航段。擔(dān)負(fù)長江中、上游航道的整治,疏浚及港池的維護(hù)工作。

主要技術(shù)參數(shù)為:

總 長40.00 m左右

船 寬14.00 m左右

型 深設(shè)計(jì)確定

空載吃水1.70 m

抓斗斗容4 m3

挖掘土質(zhì) 爆破碎石、軟巖石、砂卵石。在常規(guī)的施工條件下能挖掘貫入級數(shù)(N)值<30的土質(zhì)。

生產(chǎn)能力120 m3/h

5.2 甲板機(jī)械及定位系統(tǒng)

本船施工時(shí)船隊(duì)組成如下:

主船(4 m3抓斗船)+500 m3石駁(艘數(shù)視裝船時(shí)間及運(yùn)距而定)+一艘800 HP拖輪。

5.2.1 定位方式的選擇

本船主要使用于川江河段,考慮到該水域施工存在灘多、流急、彎道多的特點(diǎn),擬采用六錨定位作業(yè),主纜絞車(2臺(tái))下放施工距離長,且是全船的生命線,因此在設(shè)置上必須考慮安全,雙主纜須同時(shí)拋出,互為備用(如圖1所示),相應(yīng)的2臺(tái)容纜絞車容繩量為1 000 m。另設(shè)4臺(tái)邊纜絞車及1套應(yīng)急驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

5.2.2 各移船工況下所需的功率

我局抓斗船在長江中上游施工時(shí)一般采用兩種移船形式。

(1)五收三放(2臺(tái)主纜絞車、2臺(tái)容纜絞車、1臺(tái)橫移絞車主動(dòng)收纜,另外3臺(tái)橫移絞車被動(dòng)放纜)式作業(yè),約需功率164 kW;

(2)4臺(tái)橫移絞車聯(lián)動(dòng)作業(yè),即一舷的2臺(tái)橫移絞車同時(shí)收纜,另一舷的2臺(tái)橫移絞車在一定的背壓下被動(dòng)放纜,此時(shí)所需功率為98 kW。

5.2.3 水下出纜器

我局在長期實(shí)踐的基礎(chǔ)上與長江船舶設(shè)計(jì)院共同研究設(shè)計(jì)了液壓驅(qū)動(dòng)水下出纜器裝置,即在船舶的艏部左右舷和艉部左右舷各安裝了一套液壓水下出纜器裝置。本裝置可以根據(jù)航道和過往船舶的吃水情況,在水下1~3.5 m的范圍內(nèi)借助液壓油缸變換出纜深度,不至礙航。此舉既減低了船員的勞動(dòng)強(qiáng)度,也提高了施工效率。

5.3 主要?jiǎng)恿υO(shè)備選型

根據(jù)對本船使用工況所作的估算,并參照相近的型船資料已初步確定,本船主柴油機(jī)功率在350 kW左右。從表3中可以得出這樣的結(jié)論:選用引進(jìn)國外的國內(nèi)生產(chǎn)柴油機(jī)就其使用性能來說已經(jīng)和進(jìn)口柴油機(jī)基本相當(dāng)。但工作過程中的穩(wěn)定性和可靠性與進(jìn)口機(jī)尚有一定差距。

根據(jù)本船的使用工況要求,擬選用進(jìn)口的雙端輸出軸的柴油機(jī)組1臺(tái),一端通過氣胎離合器帶液壓泵組供甲板機(jī)械使用;另一端帶發(fā)電機(jī)組供全船其它用電。

5.4 有關(guān)電氣及控制系統(tǒng)

本船電氣及控制系統(tǒng)和原有的同類船舶相比有較大的改進(jìn):

·設(shè)備的選型均以自動(dòng)化程度高、可靠性好為原則。

·為了保證挖掘作業(yè)準(zhǔn)確可靠,本船擬采用DG-PS定位系統(tǒng),配合16通道的數(shù)式測深儀,實(shí)現(xiàn)船舶的精確定位(精度為0.5 m)。

·液壓絞車控制系統(tǒng)擬采用PLC可編程序控制器,以提高控制精度和可靠性。

本船綜合技術(shù)形態(tài)*,能適應(yīng)長江中、上游航道疏浚的要求。

船舶尺度范圍經(jīng)濟(jì)、合理,既滿足使用要求,又降低了造價(jià)。

船舶性能對采用不同抓斗機(jī)型號的適應(yīng)性強(qiáng)。

施工定位系統(tǒng)配置安全、可靠、合理。

水下出纜器裝置的安裝使用大大增加了有效作業(yè)時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率。

動(dòng)力設(shè)備的選取保持了我局現(xiàn)有船舶機(jī)務(wù)維護(hù)的連續(xù)性,方便管理。

采用柴油機(jī)兩端輸出,且通過氣胎離合器及多輸出軸齒輪箱帶動(dòng)油泵動(dòng)力設(shè)備的傳動(dòng)形式,既保證使用性能,又提高傳動(dòng)效率。

*電子技術(shù)的應(yīng)用將提高本船在施工過程中機(jī)械設(shè)備控制的精度和動(dòng)作的可靠性。

本船船型的前期研究,將為我局長江中、上游航道裝備新型4 m3抓斗挖泥船在船型技術(shù)上作了鋪墊。

泰興市依科攀船舶設(shè)備有限公司在抓斗船的功能上進(jìn)一步拓展了水上重物吊裝、水上打樁等多用途。

該公司生產(chǎn)的的抓斗船為25m3，吊重500T，通過轉(zhuǎn)換抓斗，可以實(shí)現(xiàn)打樁功能。