一款掛機收纜裝置的研制

林毅飛 魏鵬 孫祖強

一、問題的提出

現階段存在問題及原工具的缺陷：

隨著近年來灘淺海業務規模不斷壯大，掛機艇投入到放線作業中的數量逐年提升。由于掛機空間有限，無法安裝大型裝動力設備，所以在特殊地域一直采用人工收放線作業。在高強度勞動下，施工連續性差，收線效率降低，安全系數下降，只能采取增加人員配置的辦法避免問題發生，既增加人工成本，也占用掛機空間。

改進目的

降低勞動強度，提高收纜效率

二、改進思路及方案實施

改進思路

1、結合卷揚機原理，研制一種系統自身帶有動力的新型收纜裝備。

2、新設備重量輕、便于攜帶，適合在掛機上安裝使用；適應于海洋、湖泊等水域施工。

3、新設備制作工藝簡單，維護方便，操作簡易，成本低廉。

4、安全可靠、動力持續時間要長，符合環保概念。

5、設置自鎖功能，防止主動滾筒意外停機或需要隨時停機帶來的反轉不安全因素。

方案實施

運用TRIZ工具解決問題

技術矛盾

1）原問題技術矛盾的表述：為了提高收纜效率，在加快收纜速度時，而不使收纜持續性降低。

確定要解決的技術矛盾為 TC-2，它發生在（B ）與（C ）之間，發生在（ 收取海纜 ）的時候。

2）問題模型--對應的39個通用工程參數

改善的參數：加快收纜速度——30外來有害因素

惡化的參數：收纜持續性——9速度

3）解決方案模型

對應查看阿奇舒勒矛盾矩陣表得到參考創新原理為：21、22、35、28

提出技術方案：

21快速作用：利用鋰電能源，保障持續工作時間

22變害為利：無

35性能轉換：設置主從、動滾筒的轉速，降低主動滾筒轉速。

28機械系統替代：機械收纜裝置代替人工

方案1：選用鋰電作為動力源，研制機械收纜裝置。

方案2：降低海纜和工作系統重量。

TRIZ發明原理應用表

提出技術方案：根據技術矛盾分析出，可以在40個創新方法說明中選取 19、27。

方案1：周期性動作原理：將持續運動變成間隙運動，即人工操作時選用階段休息，保障持續工作能力。

方案2：替代原理：機械替代人工。研制新型機械裝置，達到周期性動作原理。

根據以上方案，最終選取替代原理，研制新型機械裝置。

新型收纜裝置主體結構鋼架結構，除了重量輕以外，還必須耐海水腐蝕。最關鍵部分是不要占用掛機使用的有效空間，同時還得安全放置，保證在顛簸的海上穩定性。掛機底板本身很單薄，不適宜鉆孔固定，所以必須選擇自帶固定底板，然后把主體結構用繩索固定在船體邊帶上，起到整體固定效果。在收纜過程中，受風力、海浪、潮流的影響，掛機運行方向與勘探排列方向是不一致的，除了要考慮操作者的水平以外，對新型收纜機的性能要做到全方位適應這些復雜條件應用-設置脫槽護欄結構，使海纜永遠在滾筒內。從動滾筒的寬度不僅要適合于單纜的通過，而且要保證整套勘探系統的通過性，尤其是對帶有配重塊的海陸雙檢的通過性。吊裝高度設置要現有比勘探電瓶高于一倍，便于人員收取電瓶工作，如果設置過高，海浪風力的影響會使船體顛簸，會形成較大的安全隱患。

選用48V鋰電池作為動力源，其意義在于：1、48v電壓可以提供強勁的動力。2、鋰電屬于環保能源。3、重量輕、便于攜帶。4、安全可靠（已經廣泛用于各種電動自行車）。5、持續時間長（每塊鋰電電瓶可以連續工作2小時）。6、使用方便。選用3200r/m電機做為驅動力，配合渦輪型減速設備，轉速保證在100r/m，帶動主動滾筒轉動，整體分為兩個滾筒運轉，可完成收放、吊裝等多項工作。在工作時，海纜通過從動滾筒槽，再與主動滾筒纏繞一圈，滾動摩擦使海纜和滾筒平面接觸部分發生輕微形變，加大了摩擦力，從而降低了勞動強度，作業單人輔助即可完成。

1、工作原理：

利用新型能源（鋰電）帶動3200r/m電機為整套系統提供動力，再把電機的高轉速配合渦輪型減速設備特性，使轉速降低到100r/m的動力提供給主動滾筒，再設置電流調速，可以根據實際需要進行轉速調節。海纜通過從動滾筒槽，再與主動滾筒纏繞一圈，主動滾筒旋轉運動從而產生滾動摩擦，使海纜和滾筒平面接觸部分發生輕微形變，由于面積和形狀發生了變化，摩擦力得到了增大，人工操作部分拾取部分就不需加大力度，從而降低了勞動強度。設置接觸器控制直流電機：當接觸器線圈通電后，線圈電流產生磁場，使靜鐵心產生電磁吸力吸引動鐵心，并帶動觸點動作。常閉觸點斷開，常開觸點閉合，兩者是聯動的。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸點復原，常開觸點斷開，常閉觸點閉合。另外由于通入直流接觸器線圈是直流電，直流電沒有瞬時值，在任意時刻有效值都是相等的，沒有過零點，因此直流接觸器銜鐵上不用加裝防止過零點電壓較低產生的吸合力較小，不會造成接觸器震動聲音大等現象。保障了減速裝置的平穩運行。

作業單人輔助即可完成。最大吊裝重量可達260公斤。而該設備本身重量只有41kg，并且是分體式結構，固定板和收取系統可以隨時拆卸，保障了在高危的水上作業搬運需輕巧方便。

2、特性：

為掛機量身定做，目前同行業無類似產品，占用空間小，重量輕，體積小，分體可拆卸，方便搬運。組裝簡單。用途多樣性，可以做500斤以下的吊運工作。鋰電經過社會實踐檢驗過，無需對其性能做測試，并且持續工作時間較長，每塊電瓶可以持續兩個小時左右，能滿足水域收纜工作。功率大，從動滾筒轉速低，最大限度降低了安全隱患。操作簡單，開啟啟動開關，主動滾筒開始以100r/m的運轉速度轉動。機身全部采用防腐蝕材質制作，適合各種水域作業。最大優點是采用了渦輪減速性能，保證了自鎖功能，在需要停止轉動時可以隨時停車，主動滾筒不會產生反轉現象，也最大限度保障了操作安全性。特征參數：48v直流電機：功率1000W，初級轉速3200r/min，輸出轉速150rpm，減速比15：1。主動滾筒：最大直徑320mm，最小直徑270mm，寬度70mm。從動滾筒：最大直徑300mm，最小直徑250mm，寬度270mm。

三、應用效果

2017年5月，孫祖強工作室對掛機收纜裝置經過不斷的改進和完善，最終研制出完善成品。6月，大港物探處設備處長組織相關人員對掛機收纜裝置進行現場觀摩和驗收，并小批量生產成品，投入實際生產。8-11月，掛機收纜裝置承擔新疆艾里克湖項目的收纜和大型電瓶的收取工作。該裝置不僅使用安全，并且吊裝重量較大，可單人操控設備，操控簡單，只需打開電源開關，主動輪會保持在100r/m，即使人員不小心碰到運轉的主動輪也不會導致傷害。安全性高。從動輪的寬度適合雙檢安全通過，海纜不會輕易脫離滾動輪，兩側的防護裝置會把海纜隨時控制在可控范圍。2203隊工會同工作室密切合作，將創新驅動和施工作業有效結合，利用掛機收纜裝置，極大提高生產效率。從而保障了工期的順利收官。

四、技術創新點

1、選用新能源（鋰電）動力，解決了掛機無法安放中大型機械動力問題。

2、占用掛機空間小。

3、技術工藝持續改進并完善，1-2人可以操作，提高了施工效率，降低人員落水的安全風險。

4、分體式結構，材質選用合理，搬運方便，操作簡單，安全與適用性強，成本和維護費用低廉。

（作者單位：天津市大港油田東方物探海洋物探處人力資源服務中心）