航道多功能水下作業(yè)桿研制

陳鐘

摘 要：隨著長江航道通航服務(wù)要求，研發(fā)高效的山區(qū)航道維護作業(yè)工具，具有重要現(xiàn)實意義。本文針對竹制爪桿其結(jié)構(gòu)簡陋與功能性的不足，利用新材料和新結(jié)構(gòu)，研制了新型的航道作業(yè)桿，并集成了多行業(yè)實用性的功能接頭，實現(xiàn)了鉤、拉、鋸、砍等一桿多用的功能。經(jīng)實際測試應(yīng)用，該工具突破了傳統(tǒng)爪桿的功能單一性，可提高航道維護現(xiàn)場作業(yè)效率，推動了航道維護手動工具的技術(shù)革新。

關(guān)鍵詞：作業(yè)桿;多功能;航道作業(yè)

中圖分類號：U676.6? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）05-0077-03

目前，山區(qū)航道水上常規(guī)作業(yè)，仍在采用傳統(tǒng)的竹制爪桿工具（圖1），即桿身材料為天然竹子，其中一頭用線或鐵絲綁有爪形彎鉤，竹子具有較強的韌性和硬度，適合常規(guī)的水上撈、鉤、挑、拉等作業(yè)。但是，其功能性單一，且竹制爪桿受材質(zhì)的影響，型材無法人為控制，長江上游地區(qū)屬于高潮濕區(qū)域，竹子受雨水、潮氣以及太陽高溫的暴曬，易造成竹桿的破裂和斷裂（如圖2）。同時，爪鉤是通過線或鐵絲捆綁的方式固定在竹桿身上，在作業(yè)時存在爪鉤脫落的隱患。作為航道水上作業(yè)工具，竹制爪桿無法進行人工保養(yǎng)維護，只能對損壞的爪桿進行替換，設(shè)備消耗量較大。

針對目前傳統(tǒng)竹制爪桿出現(xiàn)的情況，結(jié)合長江上、中、下游通用因素調(diào)查發(fā)現(xiàn)：不同的航道維護船只，使用的爪桿長度都不同，一個常規(guī)維護站，需要配備多根粗細長短不同的爪桿。例如，常規(guī)躉船和行船上使用的是3-5m長的爪桿，而快艇作業(yè)上需要使用2m左右細短桿，且工作范圍單一，無法伸縮攜帶，取放不便，只能用于打撈渣草、水上漂浮物等輔助性工作，不能全方位適應(yīng)現(xiàn)在航道水上作業(yè)的需求。

綜上所述，本文針對航道水上作業(yè)范圍進行統(tǒng)籌調(diào)研，綜合現(xiàn)代航道維護中的工作環(huán)境，開展新一代的多功能航道作業(yè)桿研制。

1 航道多功能水下作業(yè)桿設(shè)計

1.1總體思路

經(jīng)過對傳統(tǒng)竹制爪桿的研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)：一是傳統(tǒng)爪桿主材選用天然竹子，長短粗細和具體尺寸無法進行精確控制，爪桿功能單一;二是傳統(tǒng)爪桿采用線繩綁扎的方式，在竹竿的一端綁扎單頭鉤或雙頭鉤，如果同時需要單頭鉤或雙頭鉤，則只能制作兩根各自獨立竹制爪桿。針對傳統(tǒng)爪桿的功能單一、材料易損壞、使用不方便等諸多缺點，本項目根據(jù)航道維護作業(yè)需求，研制一套剛韌性強、操作安全快捷、作業(yè)范圍廣、攜帶方便等特點的新型航道作業(yè)桿，其總體研發(fā)原則如圖3所示。

1.2功能需求分析及方案設(shè)計

因航道水上作業(yè)受流速和流向的影響，為保證生產(chǎn)作業(yè)的安全性，新型的航道作業(yè)桿須具有組裝簡單、易操作、重量輕、強度大的特點。多功能接頭應(yīng)緊貼生產(chǎn)實際，能滿足常規(guī)作業(yè)中的鉤、拉、切、砍、鋸等功能，為適應(yīng)現(xiàn)在航道全方位作業(yè)的需求，還要拓展出水下可視化作業(yè)的功能（如圖4所示）。

1.3航道多功能水下作業(yè)桿研制關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計

該套工具主要結(jié)構(gòu)包括：桿身、000桿身連接螺桿、鉤頭（單頭鉤、雙頭鉤等）、功能拓展組件（圖2，圖3）。桿身采用分離式連接套桿設(shè)計，分別制作桿徑統(tǒng)一，長度為30cm、50cm、1m、1.5m、2m的碳纖管內(nèi)嵌式連接螺紋桿，共5根為一套的完整連接系統(tǒng)。每根作業(yè)桿可進行任意連接，也可以單獨構(gòu)成各自獨立的作業(yè)系統(tǒng)。

1.3.2材料選擇

桿身采用高強度的碳纖維作為桿身材料，碳纖維有"外柔內(nèi)剛"，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，碳纖維兼具碳材料強抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特征，碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新型材料，因此作為桿身材料最為合適。

1.3.3工具裝配

使用時根據(jù)實際工作需求，選擇合適長度的作業(yè)桿，將公母螺紋接頭，進行旋轉(zhuǎn)連接，再根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境選擇連接所需功能接頭，完成整體組裝。

2 航道多功能水下作業(yè)桿系統(tǒng)集成

因航道作業(yè)的特殊性，以及水上作業(yè)環(huán)境的多變性，為了保障航道作業(yè)的安全和提高生產(chǎn)效率，所以研制的新型航道作業(yè)桿，根據(jù)以上特性和實際生產(chǎn)所需，設(shè)計了作業(yè)桿系統(tǒng)集成。

2.1集成系統(tǒng)功能分析

按照項目設(shè)計的基本思路，最終研制的作業(yè)桿，須實現(xiàn)以下幾種功能：

功能一：桿身材料剛韌性強

新型作業(yè)桿的桿身應(yīng)滿足剛韌性，能滿足航道生產(chǎn)作業(yè)中的推、拉、拉切、推切等高強度和高韌性的使用環(huán)境。

功能二：桿身的長度能自由調(diào)節(jié)

桿身的長短，可根據(jù)工作的需要，任意伸長、拆短。

功能三：多功能拓展

作業(yè)桿可以根據(jù)不同工作范圍和工作特性，快速選用和裝換作業(yè)需要的功能頭，實現(xiàn)多功能快速拓展和轉(zhuǎn)換的靈活性。

功能四：耐腐蝕、耐高溫

功能五：帶有傳統(tǒng)測水功能

因水上作業(yè)環(huán)境特殊，新型作業(yè)桿需滿足耐高溫和耐腐蝕的特性，且維護簡單，能進行長久甚至永久使用。

2.2水下可視子系統(tǒng)

水下可視模組（圖8）采用專業(yè)水下檢查設(shè)備，能對船舶水下情況和水下部件進行觀察或自檢，用于正常船舶維護和船只突發(fā)事故的水下受損情況的快速評估、定損。

3 應(yīng)用與測試

3.1應(yīng)用

該套工具研制成功后，先后在長江瀘州航道局所屬的瀘州航道處、榕山航道處和江陽航道處進行了不同水域環(huán)境下的試用（圖9、圖10）。通過各單位在不同時段的應(yīng)用，得到了廣大一線職工的肯定，取得了良好的應(yīng)用效果，特別是在靈活輕便、快捷安全上，得到了一致好評?，F(xiàn)已成為一套功能完善、性能穩(wěn)定的成熟產(chǎn)品（圖11）。

以前需要使用不同長度和不同功能的作業(yè)桿來進行的作業(yè)，現(xiàn)在只需要調(diào)節(jié)新型作業(yè)桿桿身長度并更換功能接頭即可有效完成作業(yè)，使工作效率提升了70%。傳統(tǒng)的竹制作業(yè)桿，因其制作材料采用竹子為主要材料，開采及購買費用約為90元/根，現(xiàn)在國家正處于環(huán)境生態(tài)保護的重要階段，竹子的開采受到限制，很難買到適合制作作業(yè)桿的竹子，價格漲幅到了150元/根，據(jù)統(tǒng)計我局每年航道維護需要竹子100根左右，其總價約為15000元/年。新研制的航道作業(yè)桿，因其材料耐高溫、耐腐蝕的特殊性，在定期簡單維護保養(yǎng)后，使用期限能達到5年以上，且維修維護成本低，整體造價在9000元/套，相比竹制作業(yè)桿其成本大大降低，使用時間更長，工作效率更高。

3.2測試

通過一年多的應(yīng)用試驗，該套工具完全突破了傳統(tǒng)爪桿的概念，成為方便實用、節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)代化工具。特別是水下可視功能的開發(fā)，解決了過去航道船舶被網(wǎng)狀雜物纏繞，必須上墩檢查處理的生產(chǎn)難題，可借助該設(shè)備直接清理即可。節(jié)約了維修成本，也減輕了職工的勞動強度。但受長江水流雜質(zhì)的影響，在中、洪水期，其可視功能受到一定程度的影響，有待于進一步的研討、解決。

4 結(jié)語

在水上各行業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)中，一根竹制爪桿是必不可少的生產(chǎn)工具，該工具應(yīng)用了多種新材料和先進的制造技術(shù)，創(chuàng)建更安全、高效、廣泛的工作環(huán)境和功能，被航道職工們親切的稱之為“航道人的如意金箍棒”。今后在更多的水上行業(yè)中，會逐漸出現(xiàn)該型號作業(yè)桿更為廣泛的應(yīng)用。

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