淺析內河模塊化多功能疏浚挖泥船

胡志明，季微微，文武

（中交上海航道裝備工業有限公司，上海 200137）

中國經歷了工農業高速發展階段，對環境造成了嚴重污染，目前國家開始進入環境治理的階段，國內對環保疏浚設備需求迫切。已在大型疏浚設備和技術各方面取得了快速發展，制定了疏浚企業、行業和國家標準，為我國大型疏浚工程提供有效的保障，但是，目前大型挖泥船不適合內湖、河道等淺水區域的施工，干挖清淤會對周邊環境產生很大影響、對湖泊生態系統產生極大擾動，影響后期生態修復工程。環保絞吸船挖掘精度高、對底泥擾動較小、避免對水體產生二次污染，能夠滿足后期生態修復措施的需求。

1 環保疏浚船的模塊化設計

船體結構、功能模塊化的設計理念，本船設計成主船體模塊、邊浮箱模塊、動力源模塊、液壓推進模塊、定位樁模塊、作業臂系統模塊、多功能作業頭模塊、司機室操作模塊等系統集成功能模塊，便于采購、制造、運輸等。

主船體結構與邊浮箱通過底部公母頭、頂部螺栓結構連接，多功能設備頭模塊通過通用結構模塊，在拼裝過程能夠快速高效的完成，及時達到目的地。

主船體的寬度3.3m、長度12m，高度3.35m滿足常規運輸拖板車的運輸能力，在作業目的地（包括城區）通過吊車即可完成船舶拆裝工作，同時吊裝進入施工區域。

目前，在武漢巡司河、羅家港等城區項目中主船體結構由運輸車輛運至目的地，可以直接在車輛上完成多功能作業設備頭、支撐臂的浮球進行快速完成拼裝，通過自身的固定樁、支撐臂、動力設備頭的配合，完成從運輸車輛自行卸裝，自行“慢行”至作業水域中。

2 全船動力源系統

全船采用液壓動力源設計，液壓系統的動力源由柴油機飛輪端驅動1臺雙聯柱塞泵（串聯）和一臺由柴油機自由端皮帶輪驅動的齒輪泵組成。雙聯柱塞泵中大泵（簡稱動力系統）供泥泵，小泵（簡稱操動系統）供推進器液壓馬達、絞刀、作業臂3支油缸、橫移2支油缸、支撐臂2支油缸、定位樁升降2支油缸、倒樁2支油缸；1#柱塞油泵和2#柱塞油泵選用的力士樂的雙聯柱塞泵，排量為260+130mL/r,額定壓力為31.5MPa，配套柴油機的最高轉速為2100轉，目前有兩臺為全船的推進和作業提供動力源。

配置液壓集成塊用來實現泵出口調壓、換向及節流調速、油路切換功能，當執行機構無動作時，油泵卸荷運行，超載時，經溢流閥過載，使系統在設定安全負載內可靠工作，油缸平衡閥集成在油缸上，其中多路換向閥采用電控方式。本船的控制部分在原有的手柄控制液壓油路的基礎上，采用電控方式，通過控制手柄傳遞信息給PLC，由PLC再傳遞信息給液壓閥組，同時為保障系統的正常運行，在閥組都設置應急手柄，可以作為應急操作。在駕駛臺局部有限的空間里，改為電控形式，控制的精度要遠高于原先的手柄，在空間上也為有限的駕駛臺節約空間。雙聯柱塞泵中的130泵采用負載敏感系統，通過座椅手柄和腳踏方式實現先導控制。

3 主要關鍵設備參數及選型

3.1 多功能挖泥船絞刀泥泵頭裝置

該裝置由泥泵和絞刀兩驅動機構合并而成，泥泵機構由液壓馬達通過傳動箱體與泥泵聯接，傳動軸承箱體包含了水下密封裝置。泥泵與排泥管聯接，由液壓馬達驅動泥泵，從吸口吸入絞刀破碎泥水混合物由排泥管通過延伸管道排出；絞刀機構由液壓馬達通過軸承箱與絞刀頭聯接，絞刀軸的另一端聯接絞刀。由液壓驅動絞刀馬達通過絞刀軸帶動絞刀工作。安裝架通過螺釘和導泥管與泥泵機構合并組成絞刀吸泥泵。絞刀切削下的砂石通過導泥管被泥泵機構吸入后排出。

泥泵的形式：單殼離心式高效高速泥泵；作業傾角：90度；葉輪直徑：～470mm吸口、排口尺寸：DN200mm；最大流量：～900m3/h；最大揚程：～50m。通過船舶泥管系、浮管進行短距離排岸工作，輸送至淤泥處置區域。

本船同時還配置反鏟、抓斗、耙子、打樁錘、破碎錘等多能設備頭，在施工區域生活雜物較多的情況，容易發生鉸刀纏繞、泥泵管堵等情況，可以利用耙子進行前期作業，掃除障礙物，提高絞吸的效率，在遇到淺灘情況，可以更換為反鏟進行掃淺作業，保障船舶通行保障，同時可以為臨時轉移淤泥等作業方式。

安裝架的機械接口與反鏟斗、打樁錘、破碎錘等一致，動力源液壓管的接口一致，可以直接轉換，便于更換。保障設備使用的靈活性，減少設備的重疊性。

3.2 動力源動機柴油機

設計未涉及到柴油機的海水冷卻系統，本項目選用的康明斯QSNT-M400機型，功率298kW,額定轉速為2100rpm,傳動端帶動油泵，同時，10kW的小型發電機為保障船舶的正常照明，控制電源。

柴油機本身一般選配海水冷卻的方式，由于船舶的緊湊型，本船未設計水冷卻方式，只能改為風冷形式。通過對靜音箱的空間及柴油機所需要的散熱量的計算，在柴油機的自由端加裝直徑915mm風扇和改裝后的水箱，增加機帶風扇的散熱量滿足柴油機的冷卻要求，經過實際施工操作，柴油機在環境溫度為35℃的情況，冷水溫度維持在62℃，滿足機器需求，該技術改造同時獲得康明斯的認可。

3.3 作業操作控制

本船共設置1套液壓泵站，安裝在柴油機靜音箱內，液壓泵通過柴油機直接驅動，通過液壓閥件控制液壓執行機構。PLC控制箱采集相關設備的液壓油壓力、液壓油箱報警狀態、柴油機輸出及報警狀態、柴油艙液位狀態、疏浚儀器儀表信號、挖泥設備的姿態信號及相關輔助設備的運行狀態。

操作面板儀器儀表作為作業狀態、信息等采集單元，是疏浚過程自動化的重要組成部分。操作面板儀器儀表信號接入PLC采集箱內，操作面板儀器儀表系統用于顯示當前的疏浚過程的儀表信息，包含流量、排壓等信號。

遠程傳輸系統是將船舶的挖泥軌跡、疏浚儀器儀表信號、柴油機狀態及所有挖泥設備及輔助設備的狀態實時數據或歷史數據通過無線上網路由器傳輸至陸地服務器，客戶端通過服務器實時查看船舶的運轉狀態，也可以查閱船舶的歷史運轉狀態，并根據數據進行分析、統計等功能。

遠程監控是船舶直接通過CDMA/4G/GPRS無線上網方式將工作參數發送到陸地基地系統服務器，任何具有授權的遠程用戶，在任何時間、任何地點，通過Internet網，應用與船舶相同的應用軟件即可監測顯示本船的動態工作參數。

3.4 螺旋槳推進裝置

推進系統主要由液壓馬達、傳動箱體、不銹鋼槳葉、升降及轉向油缸、油路轉換及角度傳感儀、機架等組成。由液壓動力源通過液壓馬達經傳動箱體驅動螺旋槳，可以正反方向旋轉對船體產生推進力。升降油缸用于提升或下降裝置，轉向油缸用于調節推進方向。最大輸出扭矩600Nm，可以進行90°的轉角，該裝置對水環境要求極低，可以輔助船舶河道、湖泊等作業環境下前行。

3.5 環保設備

本船采用通用型和環保型兩種鉸刀頭，選用環保型鉸刀作業時，鉸刀頭前的保護罩可以有效防止淤泥的擴散，有利于控制二次污染等問題，對周圍水域的干擾降到最低，泥泵快速完成對底部淤泥的抽吸，排岸作進一步處理。

柴油機和液壓油泵在運轉中必然產生大分貝的噪音。城區作業時，周圍必然存在居民區，為保證噪音達標，將柴油機和液壓油泵放置在靜音箱中，對工作箱進行靜音處置，靜音箱中放置特殊材質，要求在20m內達到最大分貝不超過65分貝，經過完工后對周圍的檢測，噪音符合設計要求。噪音分貝的降低既利于提升施工作業人員的作業環境舒適度，又降低了對周圍環境及居民條件的影響。

4 結語

疏浚挖泥船的結構模塊化，整體液壓驅動的模式在制作、生產、作業等方面具備一定優勢，目前本船已經在超淺水域、河湖、渠道、池塘等水文環境治理工程凸顯成效。本船在傳統的絞吸挖泥船的基礎上增加多功能作業設備頭，集反鏟疏浚作業、打樁作業、邊坡破碎等多功能于一身，必定在將來生態環境恢復、河道湖泊環境整治等項目中展現身手。與國外進口同型號船舶對比中，本船采用PLC控制+手柄先導模式，操作更加精準，同時駕駛室布局更近緊湊。利用編制控制，結合高精度傳感器、定位系統、監控系統為將來無人船打下前期鋪墊。