1.长江泸州航道局 四川泸州 646000
2.长江航道局 湖北武汉 430010
摘要：本文介绍了传统航标维护的主要形式和内容，分析了其不足之处。结合目前科技发展情况，提出了航标维护机械化、自动化的设计方案，从设计思路、关键技术创新点以及推广应用前景等几个方面进行了论述。该创新技术，一旦成功将极大促进了我国航标维护、管理事业的发展。
关键词：航标维护；机械化；自动化
1 引言
航标维护是从航标建设完成后到撤除之前一切保证航标正常效能的活动，是航标管理工作的重要内容，是持续保持航标特性，发挥助航效能的重要手段之一。航标维护方式包括：现场值守、巡检、维修保养、更新改造、应急反应等。航标维护的具体任务是：移标、设标、清除系留钢缆上的缠绕物等预防性发现并排除航标故障的工作。设备与设施是有效进行航标维护的重要保障，是维护能力高低的决定性因素。
2 传统的作业方式
长期以来，航道工人在完成移标、设标工作时，依靠锚链绞盘起链，需有人工引链、排链，所需人力多、劳动强度大，在指定位置附近凭经验人工放沉锚石，航标船向前滑行一段时间后才能静止，最终位置与理想位置存在误差。而且人工放沉锚石弃链是一个比较危险的动作，存在较大安全隐患。
清除缠绕在浮标系留钢缆上的漂浮物，其最常用的作业方式是人工操作，有如下四种：一是航道艇靠近浮标，甲板工作人员利用爪钩清除缠绕物，这种操作方式清除缠绕物不彻底；二是航标工人上标清除缠绕物，这种清除方式存在较大安全隐患：①渣草较多时浮具容易造成船头入水、船尾失去舵效，在江中摇摆不定，存在人员落水的安全隐患。②浮具在江中暴晒，甲板温度达到70度以上，容易造成操作人员烫伤；三是浮筒防草法，利用在浮筒前形成的涌流避免渣草缠绕系留钢缆，这种方式在中下游能起到一定的效果，但是在上游由于漂浮物过多，效果不明显。并且由于在浮具前增加了附属设备，导致移、设标工作不便；四是切割法，该方法主要是在锚缆上增加一个切割装置，通过剪切、锯切等方式清除缠绕物。由于漂浮物特性不一，遇较硬物体易使设备损坏，遇柔软的杂物无法受力，切割效果不明显，并且刀具容易造成系留钢缆机械损伤和人员伤害。该方法实际应用效果不理想。
3 机械装置的研制
3.1 解决问题的思路
针对传统航道艇作业的缺点，在进行新船型研发中需解决以下3个问题：1.提高航标作业能力，满足日益增长的航标作业需求；2.改善航标作业工作环境，提高作业安全性；3. 提高作业效率，降低航标工人劳动强度。笔者认为要想解决以上3个问题，实现航标作业的机械化、自动化是一个有效的途径。
机械臂是能模仿人手和臂的某些动作，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。目前，机械臂已经广泛应用到了生产劳动中代替人力，将机械臂运用到航标作业中也是可行的。
随着网络技术的发展，自动化的机械臂也不断得到应用。它的特点是可通计算机程序来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。应用机械自动化技术将大大提高机械作业的效率，优化机械生产过程，经济效益得到提高。
因此，笔者认为，可以通过在航道艇上安装机械臂配备摄像头、电脑等智能设备实现航标维护的自动化：定位系统配以摄像头作为“眼睛”观察缠绕物的状态或移、设标的位置，电脑作为“大脑”分析并发动指令，机械臂作为“肢体”具体操作。
3.2 作业方案设计
将装置主体设置在前甲板的中间，装置的基本结构主要由机械设备和智能设备两部分构成。机械设备由翻转机构、机械臂、锚链绞盘、等组成，智能设备主要由摄像头、计算机等组成。
摄像头安装在驾驶室的外顶上以获取最大的视角，计算机系统安装在驾驶室内，针对不同的航标维护工序设计不同的自动化方案。
翻转机构采用液压式实现机械臂的上下旋转，当工作的时候，将机械臂总成由舱底翻转到前甲板上进行一系列的作业，待工作结束后，将机械臂收折翻转到船舱里，不占用前甲板空间。
锚链绞盘采用液压驱动，主要用于绞收浮标的沉石锚链，应根据航标船的作业能力、规定的浮标规格及其所配置的沉石重量和锚链长度重量配置驱动力。锚链绞盘采用卧式结构，设置在机械臂左侧。
机械臂主要由爪部或细齿圆盘锯片和臂部等运动机构组成。爪部是用来抓扯缠绕物、系留钢缆的部件，根据被抓物的特性，采用夹持型的结构形式。细齿圆盘锯片是用来切碎缠绕物的部件，其目的是防止被清除的漂浮物顺流而下缠绕其它浮标系留钢缆，由高强度合金打造而成。装置上有放置爪部和细齿圆盘锯片的工具箱，根据作业需要，由智能设备分析并发出指令，机械臂自动选择爪部或锯片。机械抓和细齿圆盘锯片分别见图1和图2。
机械臂示意图如图3所示：1为外齿圈、2为内齿圈、3为内齿旋转底座，通过底部的液压装置控制机械臂的左右旋转；4、5、6、7为液压装置，控制臂的上下移动；8为液压装置，控制机械爪的收放或细齿圆盘锯片的旋转；9为方向头；10为卧式锚链绞盘；11为放置爪部和细齿圆盘锯片的工具箱；d1为703.7mm；d2为718.5mm；d3为1214.3mm。
3.3 关键技术的创新点
本装置针对不同的航标维护工序设计不同的自动化方案, 并注意加强不同工序之间的自动化衔接, 推动整个生产系统的自动化, 使生产的自动化程度提高, 并逐步实现智能化。一旦研发成功并投入到航标作业生产过程中，将摆脱以往单一的人工作业模式, 彻底解放劳动力，将有效解决航道维护传统作业过程中存在的劳动强度大、效率低下、安全性差等难题，对提高航标维护水平以及确保船舶航行安全将起到重要的作用。
3.4 推广应用前景
我国的机械自动化发展有着非常广阔的前景，随着“中国制造2025”计划的提出, 制造、机械智能化开始受到国家与企业的重视。在资金支持方面, 无论是企业和国家都将加强机械自动化技术的资金投入, 促进机械自动化产业链的形成。在技术方面，我们也不断在向国外学习先进技术、加大科研投入。笔者相信使用机械自动化的产品将成为新常态。
机械自动化的航道艇不仅是顺应时代潮流，更与正在建设的数字航道相辅相成，电子航道图系统能够为航道艇提供准确、及时的河床地形和水位变化信息，为航道艇作业提供综合信息服务；机械自动化的航道艇将更高效地提供航标作业服务，能使电子航道图系统的更新更快捷、准确。将使长江航道服务能力和服务水平得到明显提升，航道现代化成果加快显现。
4 结语
信息数字化技术是全面自动化的基础, 在推进机械自动化的过程中, 要注意结合信息化技术, 进一步提高机械自动化水平。
总之，实现机械化、自动化的航道艇作业，将使长江航道更好地服务长江水运、服务沿江经济、服务流域百姓，能促进航运发展、提升航运效率，为实现长江航运现代化奠定坚实的基础。
参考文献
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(02).
【作者简介】万豪川（1993 -），男，助理工程师，主要从事航道维护和航标管理方面的工作。
论文作者:万豪川1, 黄蓓蓓2, 熊平1, 徐勇1
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/10
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