喬曉君，張宏欣

（中國(guó)人民解放軍 91439部隊(duì)，遼寧 大連 116041）

0 引言

水中兵器試驗(yàn)中用于打撈沉底水雷[1]、訓(xùn)練爆源等負(fù)浮力被試裝備時(shí)通常采用的方法：首先撈取系有打撈索的浮標(biāo)，然后牽引打撈索通過船舷側(cè)滑輪上絞盤，絞盤帶動(dòng)鋼索[2]將回收物體絞至水面，再使用吊車將被試品吊至甲板[3-4]。

由于海上作業(yè)無法預(yù)知的因素較多，海底情況更加復(fù)雜，采用上述方法在打撈過程中需要非常豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)實(shí)施中的各個(gè)環(huán)節(jié)都要充分考慮風(fēng)險(xiǎn)因素。具體而言，對(duì)于鋼索承重、海底地貌、海流和海況影響都要有充分的估計(jì)，對(duì)操作人員的技巧經(jīng)驗(yàn)要求也比較高，若不能滿足上述前提，海上實(shí)施過程中的險(xiǎn)情隨時(shí)可能發(fā)生。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)來看，輕則鋼索繃斷，水雷沉入海底，打撈失敗，造成水雷丟失，重者裝備損壞或傷及試驗(yàn)人員。因此，急需研制一套安全可靠的打撈回收輔助系統(tǒng)[5-7]，本文針對(duì)目前沉底水雷打撈中出現(xiàn)的若干問題，在回顧分析實(shí)際案例的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種打撈回收輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)由吊車、絞盤、絞盤控制臺(tái)、張力檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)緩沖系統(tǒng)、支架、鋼索及超載報(bào)警系統(tǒng)等單元構(gòu)成，提高了操作實(shí)效性和人員裝備安全性。同時(shí)針對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)闡述了海上使用方法和異常情況處置預(yù)案，相關(guān)結(jié)果對(duì)未來類似試驗(yàn)中的打撈回收實(shí)施[8]具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 案例回顧

1）某型裝備試驗(yàn)中，需要沉底水雷做試驗(yàn)保障。實(shí)施中水面浮標(biāo)與布放回收鋼索連接，布放回收鋼索與水雷連接，通過撈雷船的吊車、絞盤、船舷測(cè)滑輪完成布放回收。當(dāng)時(shí)，就在絞盤通過船舷測(cè)滑輪回收鋼索過程中，雷體回收到船底后，由于雷體旋轉(zhuǎn)掛到壓浪板上，剛性撞擊使得雷車牽引環(huán)斷裂，雷體沉入海底。

2）某型艦船抗沖擊試驗(yàn)的一次合練中，需要專用沉底爆源做保障。海上實(shí)施方法基本和上述獵雷裝備試驗(yàn)相同，區(qū)別在于回收過程中，吸取了回收沉底水雷中的教訓(xùn)，用船上吊車連接開口側(cè)滑輪后，將鋼索支離船舷一定距離，避免碰到船底壓浪板?？墒牵诨厥毡吹倪^程中，由于爆源掛到海底纜索等不明物體，在爆源離開海底一定距離后，回收鋼索不堪重負(fù)斷裂，爆源沉入海底。

2 系統(tǒng)要求

1）主要適應(yīng)于沉底水雷[3]等較大負(fù)浮力且通過鋼索回收的物體打撈；

2）掛到剛性物體（比如掛到船底壓浪板或礁石等）瞬間自動(dòng)緩沖放索，緩解鋼索受力，并為采取緊急措施爭(zhēng)取時(shí)間；

3）掛到柔性物體（海底漁網(wǎng)、繩纜等）后，能夠檢測(cè)出張力變化，且在張力大于預(yù)設(shè)值后自動(dòng)采取保護(hù)措施，防止事故發(fā)生；

4）系統(tǒng)安裝、操作簡(jiǎn)便，適應(yīng)海況≯3級(jí)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由吊車（船上）、絞盤（船上）、絞盤控制臺(tái)、張力檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)緩沖系統(tǒng)、支架、鋼索及超載報(bào)警系統(tǒng)組成。系統(tǒng)組成框圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)組成框圖Fig.1 Constitutional block diagram of system

3.1 吊車

功能：將打撈至水面的物體吊上甲板。

起吊重量≥2 t，吊臂伸出船舷外≥2 m。可借用船上吊車，所以系統(tǒng)需安裝在吊車附近。

3.2 絞盤

功能：收放鋼索。

絞盤扭矩≥20 kN，應(yīng)具有剎車制動(dòng)功能，可按工作的需要進(jìn)行降速后制動(dòng)剎車，防止纜盤不能及時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)而損傷鋼索。可借用船上絞盤，系統(tǒng)需安裝在絞盤附近。

3.3 絞盤控制臺(tái)

功能：接收張力檢測(cè)裝置發(fā)出的控制信號(hào)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成對(duì)絞盤的控制。

絞盤控制臺(tái)內(nèi)安裝電氣控制元件，并提供相應(yīng)的電氣和數(shù)據(jù)接口，便于操作和監(jiān)控系統(tǒng)的工作情況?？刂葡到y(tǒng)方框圖如圖2。

圖2 控制系統(tǒng)方框圖Fig.2 Block diagram of control system

3.4 張力檢測(cè)系統(tǒng)

功能：通過傳感器檢測(cè)鋼索承受到的拉力。

張力控制范圍：300～2 000 kgf。

張力檢測(cè)裝置采用三輪組張力檢測(cè)方式，該機(jī)構(gòu)由3個(gè)導(dǎo)輪組成，前后2個(gè)導(dǎo)輪為導(dǎo)向輪，中間導(dǎo)輪為測(cè)力輪。3個(gè)導(dǎo)輪位置固定后，鋼索在測(cè)力輪上形成的夾角為一固定值。測(cè)力輪安裝在張力傳感器上，鋼索張緊后測(cè)力輪受壓，傳感器可測(cè)得鋼索在導(dǎo)輪垂直方向的分力，再根據(jù)鋼索在測(cè)力輪上形成的夾角計(jì)算出鋼索的實(shí)際張力。如圖3所示，鋼索張力為F，鋼索在測(cè)力輪上形成的夾角為α，鋼索張力F在測(cè)力輪上的分力為T，由公式

可得鋼索張力值。在實(shí)際運(yùn)行中可通過砝碼進(jìn)行校驗(yàn)和校正，確保所測(cè)鋼索張力準(zhǔn)確性。該機(jī)構(gòu)測(cè)力穩(wěn)定可靠，測(cè)力時(shí)電纜的彎曲半徑較大，對(duì)鋼索的影響小。

圖3 測(cè)力輪受力圖Fig.3 Force diagram of measurement wheel

3.5 自動(dòng)緩沖系統(tǒng)

功能：1）預(yù)設(shè)拉力值；2）根據(jù)預(yù)設(shè)拉力自動(dòng)緩沖放索，減緩鋼索受力；3）為超載報(bào)警裝置提供觸發(fā)信號(hào)。

為防止鋼索因外界因素而產(chǎn)生較大張力波動(dòng)，在張力檢測(cè)裝置后裝有緩沖儲(chǔ)索裝置。該裝置由導(dǎo)向輪組和緩沖輪組組成，當(dāng)鋼索張力發(fā)生較大變化時(shí)，緩沖輪組會(huì)隨鋼索張力變化而左右移動(dòng)位置，從而減小鋼纜張力因突然的波動(dòng)而對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)造成的影響。該裝置的儲(chǔ)索能力約為 1 m。如圖4所示。

圖4 緩沖系統(tǒng)Fig.4 Buffering system

3.6 超標(biāo)報(bào)警系統(tǒng)

接收到張力檢測(cè)系統(tǒng)輸出的觸發(fā)信號(hào)后，啟動(dòng)執(zhí)行電路，經(jīng)放大推動(dòng)換能器發(fā)出聲、光指示。

3.7 支架

功能：導(dǎo)引回收鋼索，并通過支架將打撈物體撐離船舷一定距離。

要求：能夠固定在船舷，且自動(dòng)伸縮距離≥2 m，前端帶導(dǎo)引滑輪。

3.8 鋼索

功能：連接、打撈回收物體。

通過下面的公式即可求出鋼索的直徑。

式中：F為最小破斷拉力，kN；K為某一指定結(jié)構(gòu)鋼索的最小破斷拉力系數(shù)[1]；D為鋼索的公稱直徑，mm；R為鋼索的公稱抗拉強(qiáng)度，MPa。

為實(shí)施方便，鋼索應(yīng)選擇點(diǎn)接觸型。點(diǎn)接觸型鋼索股內(nèi)相鄰鋼絲之間成點(diǎn)狀接觸形式，除中心鋼絲外，各層鋼絲直徑相等，股通過分層捻制形成。點(diǎn)接觸型鋼索屬普通類型，價(jià)格適中，易于選購(gòu)。

使用前，首先確定所用鋼索的抗拉極限值Y，然后針對(duì)鋼索的連接、使用方式以及實(shí)施經(jīng)驗(yàn)設(shè)定安全系數(shù)K1（＜1），相乘得出設(shè)定拉力F1。

當(dāng)鋼索張力大于設(shè)定拉力F1后，自動(dòng)緩沖裝置自動(dòng)放索，同時(shí)絞車控制臺(tái)下達(dá)停止收索指令。

如果鋼索直徑已知，其破斷力估算方法：

鋼索破斷力=a×a×0.5t

鋼索直徑（mm）/3=a（取整數(shù)）

比如：φ12mm鋼索，a=4，鋼索破斷力=8 t。

同時(shí)注意鋼索使用方式、連接狀態(tài)、彎曲半徑等對(duì)破斷力的影響。

4 海上使用方法及異常情況處置預(yù)案

水雷打撈前在水下的態(tài)勢(shì)如圖5。水雷在海底，浮標(biāo)在水面，鋼索一端連接水雷，另一端連接浮標(biāo)，鋼索的長(zhǎng)度大于1.5倍水深。

回收系統(tǒng)船甲板布置示意圖如圖6。支架固定在船舷，絞盤、控制、張力檢測(cè)、自動(dòng)緩沖系統(tǒng)、超載報(bào)警及吊車等系統(tǒng)分別固定在甲板。

圖5 水雷打撈前水中態(tài)勢(shì)Fig.5 Underwater situation before salvaging mine

圖6 回收系統(tǒng)船甲板布置示意圖Fig.6 Layout schematic diagram of ship deck of recycling system

打撈過程如下：

1）回收系統(tǒng)中各分系統(tǒng)調(diào)試，支架固定在船舷上，過渡鋼索布設(shè)，最后過渡鋼索一端從支架前端導(dǎo)引滑輪引出。

2）撈雷船機(jī)動(dòng)至浮標(biāo)附近，將浮標(biāo)撈上甲板，打撈鋼索臨時(shí)固定在船舷，打撈鋼索卸掉浮標(biāo)后連接到過渡鋼索上，鋼索在船舷臨時(shí)固定解脫。

3）啟動(dòng)回收系統(tǒng)，絞盤回收鋼索，確定水雷脫離海底后，操縱支架伸出舷側(cè)規(guī)定距離，絞盤繼續(xù)回收鋼索，直至水雷出水面后，支架收縮回船舷邊，吊車的吊鉤連接水雷后將其吊上甲板。

異常情況處置預(yù)案一：回收過程中，水雷掛到礁石、沉船、船底等剛性物體后，鋼索張力瞬間增大，自動(dòng)緩沖分系統(tǒng)立刻釋放儲(chǔ)存鋼索，張力檢測(cè)分系統(tǒng)立刻輸出指令給絞盤控制臺(tái)，同時(shí)超載報(bào)警分系統(tǒng)報(bào)警，絞盤停止收索。

根據(jù)海上態(tài)勢(shì)、海水流向、海底情況等進(jìn)行分析，最后決定采取的措施：

1）絞盤放索，艦船機(jī)動(dòng)，絞盤再次收索打撈；

2）絞盤放索，鋼索連接浮標(biāo)后拋入海中，待海水流向改變一定角度后，再實(shí)施打撈。

異常情況處置預(yù)案二：回收過程中，水雷掛到漁網(wǎng)、纜索等柔性物體后，鋼索張力緩慢增大，當(dāng)張力大于設(shè)定值后，張力檢測(cè)分系統(tǒng)立刻輸出指令給絞盤控制臺(tái)，同時(shí)超載報(bào)警分系統(tǒng)報(bào)警，絞盤停止收索。

根據(jù)海上態(tài)勢(shì)、海水流向、海底情況等進(jìn)行分析，最后決定采取的措施：

1）絞盤放索，艦船機(jī)動(dòng)，再次絞盤收索打撈；

2）絞盤放索，鋼索連接浮標(biāo)后拋入海中，待海水流向改變一定角度后，再實(shí)施打撈；

3）潛水員探明情況，并成功處理后繼續(xù)回收打撈。

5 結(jié)束語

水雷、反水雷裝備及艦船抗沖擊等海上試驗(yàn)中，經(jīng)常需要對(duì)布設(shè)于海底的比較大的負(fù)浮力物體進(jìn)行打撈回收。針對(duì)傳統(tǒng)方法存在的安全隱患和以往實(shí)施案例教訓(xùn)，充分考慮實(shí)施中各個(gè)環(huán)節(jié)中的風(fēng)險(xiǎn)因素，本文設(shè)計(jì)了一種新的試驗(yàn)沉底雷打撈回收系統(tǒng)，并給出了海上使用方法，以期能夠解決過去實(shí)施中的盲目（無法對(duì)水下情況掌控）打撈問題，并提高裝備回收可靠性及試驗(yàn)安全性，本文方法的有效運(yùn)用對(duì)試驗(yàn)任務(wù)的圓滿完成具有重要意義。