中国挖泥船研发史最新章节_于再红著

第五节
我国疏浚专用设备的研发和制造

为了打造更加实用的挖泥船“中国心脏”，泥泵坚持自主研发，中国船舶及海洋工程设计研究院与清华大学、河海大学、武汉船用电力推进装置研究所、石家庄强大泵业集团共同组成联合攻关小组进行研究和技术创新，如今已结出了丰硕果实，泥泵的研发已经申请国家专利22项，被授予15项，这是中国疏浚专用设备研制的缩影。

艰难的研制时期是20世纪60年代初期，在物质条件十分匮乏的情况下，上级主管单位领导高度重视，大力支持造船行业，国内第一个挖泥船技术试验室——第六机械工业部第七研究院第七〇八研究所特种挖泥机具试验室建成使用，在简陋的疏浚试验室里经过多年模型试验和实船试验，研制了不少新型挖泥设备工具如开发的DB型耙头，并成功地应用到国内建造的4 500立方米、1 500立方米、800立方米、500立方米、12 000立方米耙吸挖泥船上。尤其是在出口泰国的800立方米对开耙吸挖泥船上，采用国产改进的加利福尼亚型耙头，在泰国施工生产效率很高，船舶所有人非常满意。该船获得上海市科技进步二等奖。

该试验室规模虽小，但装备配置来之不易，还配有一个小型泥砂底质试验水池，在其后将近30年的发展中，该试验室先后成功研发了40余型各种规格的泥泵、泥斗、绞刀、抓斗、吸盘头及耙头等挖泥机具，还有特殊的零部件如斗齿、斗销等，有力地支持了各地的疏浚用户。同时为配合多种新船型机具的开发做了力所能及的探索、试验和验证，为我国挖泥船专用设备建设做出了突出的贡献。

中国船舶及海洋工程设计研究院最早研制开发的挖泥机具部分配套系列产品（见图3-14）中，有耙头系列、泥泵系列、斗轮系列、液压泵站、锥阀泥门、水下监视仪、液压闸阀、泥舱内溢流装置、耙头吊架系统等。

图3-14　该院最早研制开发的挖泥机具部分配套系列产品

该院在承接中港疏浚的挖泥船改造过程中，根据用户的要求及黄骅港工程施工的需要，在中港疏浚公司（上海航道局）的合作下，研制出DN900系列新型高效主动耙头，在疏浚装备技术上取得一项重大突破。研制的新型耙头耙管，已用在16 888立方米巨型耙吸挖泥船“新海凤”号上，提高了挖泥效率。同时还开发研制了绞吸挖泥船用的大功率绞刀等，取得良好的使用效果。

一、研制高效主动耙头

在世界疏浚行业耙头新技术不断发展和开发长江口、黄骅港等疏浚工程的背景下，上海航道局委托中国船舶及海洋工程设计研究院设计共同协作研究试验开发中国自己的耙头取得了明显的社会效益和经济效益。从2002年8月至2003年5月共设计制造了6型8只耙头。

这些耙头中两只Ⅱ型耙头（见图3-15）是为13 000立方米大型货改耙“新海鲸”号专门设计制造的。2003年1月在洋山港施工，挖掘中细砂时，泥浆浓度较高，容重达到1.3~1.4吨/立方米，效果良好。

图3-15　Ⅱ型耙头

Ⅲ型耙头是为“4009”轮（日本1979年建造）改造专门设计研制的（见图3-16），共两只，用以替代原加利福尼亚型耙头，以适应黄骅港难挖的土质，2003年1月在黄骅港施工泥浆容重达到1.1吨/立方米，在长江口挖密实细砂泥浆容重达到1.2吨/立方米。

图3-16　Ⅲ型耙头

Ⅳ型耙头是为“4006轮”（日本1975年建造）改造专门设计研制的（见图3-17），共两只，在Ⅲ型耙头的基础上对耙齿、喷嘴块做了改进，2003年3月在黄骅港施工，泥浆容重达到1.1吨/立方米以上，其挖泥效果比Ⅲ型耙头更好。

图3-17　Ⅳ型耙头

Ⅴ型耙头是在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型耙头的基础上对高压水箱、侧面密封板等的进一步改进（见图3-18），安装在“4006”轮上，也达到预期效果。

图3-18　Ⅴ型耙头

“4009”轮、“4006”轮耙头改造，以其实船挖泥作业的效果，获得了黄骅港工程监理的认可，确保上海航道局在当地承揽工程的能力和地位。

以上Ⅱ→Ⅴ型耙头采用顶杆插销形式，结构简单，动作可靠，但是耙头活动罩的调节完全依靠人工按不同挖深加以调整，操作人员劳动强度大，潮差变化适应性差，操作很不方便。

Ⅵ型耙头用液压数显油缸代替人工调整，通过数显传感可以在操纵室直观看到耙头接触水底泥面的情况，并随时加以调整使之保持与泥面紧贴，目前数显油缸已由国内油缸生产厂商研制成功，并通过试验验收，整个耙头在制作中，其挖泥性能和操纵控制性能更优于前面四种型号（见图3-19）。DN900Ⅱ~DN900Ⅵ型耙头主要参数如表3-1所示。

表3-1　DN900Ⅱ～DN900Ⅵ型耙头主要参数

图3-19　Ⅵ型耙头设计图

在消化吸收国外数显耙头的照片、草图和资料的基础上，中国船舶及海洋工程设计研究院在研制中还做了很多技术创新。

1．水下数显油缸的研制

作为耙头的动作执行原件——水下数显油缸是一个关键，因其长期处于水下泥水中还要显示行程，故不能采用常规油缸产品，其主要规格如下：

缸径/杆径为 ф 180/ ф 125 毫米；行程为1 100毫米；工作压力为16兆帕；试验压力为24兆帕。

水下数显油缸的主要特点：一是活塞杆除采用不锈钢制作外，镀镍，镀铬，以防海水腐蚀。二是缸体与活塞杆采用特殊密封结构，防泥水进入造成腐损。三是采用中间绞轴的结构形式，便于油缸数显传感器的安装和拆修。四是采用德国BALLUFF公司的油缸行程传感器，测量精度±100微米，满足使用要求。五是传感器加防水罩壳和水密电缆接头。再配上显示器和液压泵站，就能完成耙头活动罩角度的遥控调整和显示。

2．可拆卸式耙齿和可调式横梁

耙齿直接与泥面摩擦，中国船舶及海洋工程设计研究院采用了可拆卸式耙齿，可以及时更换被磨损的耙齿，且拆装方便，此外安装耙齿的横梁也采用螺栓联结的可调节结构，可以根据不同的土质调整耙齿前后位置，也可以采用不同的耙齿组合以满足挖泥航行拖曳力的要求。

此外，1990年，该院研发团队在开发双向犁形耙齿的基础上，又开发了单向犁形耙齿，供13 000立方米大型耙吸挖泥船“新海鲸”号上使用，挖泥浓度明显提高，这类型耙齿在国外文献中从未见报道，对挖掘硬质土特别有效。

3．耙头水箱的结构优化

从荷兰IHC公司进口的“新海龙”号的耙头，其水箱内壁就是耙头固定体，因水箱内无肋板，在耙头拖曳时产生的巨大拉力使耙头变形，水箱焊缝容易破裂，严重影响高压冲水效果，此外由于水箱内部积水无法排尽，采用补焊也不牢固，研制组对水箱加肋板以增加强度，水箱先独立制作，经水压试验后再焊到耙头上，即使变形也不会影响水箱的密封效果。

在研制耙头过程中，研发团队用数值分析方法系统地开展了耙齿类型、耙齿贯入深度、高压冲水、对地压力、航速等不同因素对挖掘能力影响的研究，利用模型试验进行相关技术验证和改进，开发了双排齿、五排冲水的高效主动耙头等（见图3-20、图3-21），大大提高了挖掘能力和泥浆浓度。