基于水面機(jī)器人的溢油回收處理裝置搭載平臺(tái)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

楊 濤 楊勇生 王建華

（上海海事大學(xué)物流工程學(xué)院，中國(guó) 上海）

0 前言

目前，全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，促使各國(guó)對(duì)石油及其石油產(chǎn)品需求量持續(xù)增大。在石油運(yùn)輸過(guò)程中，由于各種原因?qū)е碌囊缬褪鹿蕰r(shí)有發(fā)生，對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，進(jìn)而嚴(yán)重影響海洋生物的生存環(huán)境以及人類(lèi)的生存。鑒于此，多種溢油處理及回收方法不斷產(chǎn)生。當(dāng)前，海上溢油回收處理方法主要有三種：物理法、化學(xué)法以及生物法。由于使用化學(xué)或者生物法處理溢油的同時(shí)有可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成新的污染，因此回收溢油最為理想可靠的方法是使用物理法處理。目前較為廣泛的物理法主要有各種收油機(jī)以及收油網(wǎng)等機(jī)械裝置。本文主要是研究并改進(jìn)安裝在無(wú)人艇上的搭載平臺(tái)，使其能夠更加安全、可靠地在無(wú)人危險(xiǎn)水域收放收油機(jī)，從而能夠高效率完成水面溢油的回收工作。

現(xiàn)有的搭載平臺(tái)盡管能夠完成溢油回收機(jī)的收放工作，但是也存在的一定問(wèn)題。如圖1所示：

由圖可知，其工作原理為：①在無(wú)人艇開(kāi)往目的地的過(guò)程中，裝置如圖所示放在船頭。②無(wú)人艇行駛到達(dá)目的的以后，電機(jī)6啟動(dòng)將溢油回收機(jī)提起。③溢油回收機(jī)提起以后，電機(jī)6停止。電機(jī)1啟動(dòng)，開(kāi)始放鋼絲繩。通過(guò)立桿頂部的滑輪連接到擺動(dòng)桿，從而是擺動(dòng)桿下落。④擺動(dòng)桿放下以后，電機(jī)1停止，電機(jī)6啟動(dòng)，放下連接擺動(dòng)桿和溢油機(jī)間的鋼絲繩，把溢油機(jī)放到水面上。溢油回收機(jī)開(kāi)始工作。⑤當(dāng)溢油回收機(jī)工作結(jié)束以后。電機(jī)6啟動(dòng)，把溢油機(jī)收上去，然后電機(jī)1啟動(dòng)，收拉光絲繩，將擺桿拉回，然后電機(jī)1停止。電機(jī)6啟動(dòng)放下溢油回收機(jī)，最終回到如圖狀態(tài)。無(wú)人挺開(kāi)始航行去下一個(gè)地點(diǎn)或回航。

通過(guò)對(duì)上述搭載平臺(tái)的研究分析，船舶搖擺載荷，對(duì)搭載平臺(tái)上的溢油回收機(jī)及頂部電機(jī)產(chǎn)生的船舶搖擺載荷，對(duì)搭載平臺(tái)影響比較明顯，對(duì)搭載平臺(tái)強(qiáng)度的影響比較大。所以可以在安全及保險(xiǎn)措施上對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化并完善。

1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案內(nèi)容

1.1 通過(guò)分析確定方案

通過(guò)上述分析可知對(duì)搭載平臺(tái)影響較大的幾個(gè)因素，由于船的要本載荷本身不可避免，而且溢油回收機(jī)的型號(hào)已經(jīng)確定，因此改進(jìn)方案定為撤去頂部電動(dòng)機(jī)，這樣不但可以減少擺動(dòng)桿與立柱連接處的靜載荷，也減少了頂部電機(jī)產(chǎn)生的船舶搖擺載荷。從而提高搭載平臺(tái)的使用壽命和工作安全系數(shù)。

1.2 方案概述

通過(guò)優(yōu)化改進(jìn)。搭載平臺(tái)的模型如圖2所示：

此搭載平臺(tái)的工作過(guò)程大致分為兩大部分：第一部分如圖3所示：

第二部分如圖4所示。

由圖可知，其工作原理為：①在無(wú)人艇開(kāi)往目的地的過(guò)程中，裝置如圖3所示放在船頭。②無(wú)人艇行駛到達(dá)目的的以后，卷筒1啟動(dòng)將溢油回收機(jī)提起。③溢油回收機(jī)提起以后，卷筒1停止。卷筒2啟動(dòng)，開(kāi)始放鋼絲繩。通過(guò)立桿頂部的滑輪連接到擺動(dòng)桿，從而是擺動(dòng)桿下落。④擺動(dòng)桿放下以后，卷筒2停止，卷筒1啟動(dòng)，放下鋼絲繩，把溢油機(jī)放到水面上。溢油回收機(jī)開(kāi)始工作。⑤當(dāng)溢油回收機(jī)工作結(jié)束以后。卷筒1啟動(dòng)，把溢油機(jī)收上去，然后卷筒2啟動(dòng)，收拉鋼絲繩，將擺桿拉回，然后卷筒2停止。卷筒1啟動(dòng)放下溢油回收機(jī)，最終回到如圖3狀態(tài)。無(wú)人挺開(kāi)始航行去下一個(gè)地點(diǎn)或回航。

模型圖示中1和2為卷筒，均由液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，一個(gè)通過(guò)鋼絲繩的鏈接控制溢油回收機(jī)的升降，一個(gè)通過(guò)鋼絲繩的鏈接控制搖擺桿的擺動(dòng)。

在圖示中擋桿桿3和4分別控制擺動(dòng)支架的工作的兩個(gè)極限位置。

鋼絲繩的選用，此處為繞定滑輪和卷筒的鋼絲繩，因此優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩。由于在水上工作，考慮腐蝕性，故采用鍍鋅鋼絲繩。選型可以根據(jù)起重機(jī)鋼絲繩的規(guī)定來(lái)選擇.按選擇系數(shù)C確定鋼絲繩直徑d（mm）：

選擇系數(shù)C的取值和機(jī)構(gòu)工作級(jí)別有關(guān)

式中n為安全系數(shù)，k鋼絲繩捻制折減系數(shù)，w鋼絲繩充滿(mǎn)系數(shù)，σb鋼絲的公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度。

滑輪可根據(jù)選好的鋼絲直徑，來(lái)選擇。滑輪用以支撐鋼絲繩。承受負(fù)載不打的滑輪，結(jié)構(gòu)尺寸較小（直徑D<350mm），通常作成實(shí)體結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文主要討論了對(duì)已有搭載平臺(tái)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成對(duì)溢油回收機(jī)的收放功能的方案。并且保證其能更加安全高效的完成溢油回收工作，對(duì)于在危險(xiǎn)區(qū)域的無(wú)人收油工作具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。優(yōu)化后的搭載裝置結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，對(duì)水面溢油回收油工作安全高效進(jìn)行及環(huán)境保具有一定的參考價(jià)值。

［1］李艷梅，曾文爐，于強(qiáng),等.海洋溢油污染的生態(tài)和健康危害[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2011，6（4）：345-351.

［2］侯解民,孫玉清,張銀東.海上溢油機(jī)械回收技術(shù)研究[C]//第五屆中國(guó)國(guó)際救撈論壇文集.2008,09：215-217.

［3］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第四卷)[M].5版.化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［4］史琪琪,封培元,王磊.海上溢油收集裝置概念設(shè)計(jì)[J].船舶工程,2009：136-139.