一种水下网具钢丝绳切割装置的设计

房 熊

（1. 中国水产科学研究院 渔业机械仪器研究所，上海 200092；2. 农业部 远洋渔船与装备重点实验室，上海 200092；3. 海洋国家实验室 深蓝渔业工程装备技术联合实验室，山东青岛 266237）

0 引言

长江流域丰富的水生生物资源以及多样的水域生态环境对于维护我国生物的多样性和生态平衡，保障国家生态安全具有无可替代的重要作用。长江流域是我国水生物多样性最为典型的区域之一，是我国重要的生态宝库，分布有鱼类370余种，其中170种为长江特有鱼类。但目前长江流域渔业资源出现了严重的衰退，流域的资源环境面临崩溃，2011年长江三峡库区、坝下、洞庭湖、鄱阳湖和河口区的天然捕捞量已经不足5万吨。近两年鄱阳湖和洞庭湖的渔业产量与历史最高产量相比，降幅均超过 50%。湖北省 2010年长江捕捞量26.4万吨，2011年只有20.6万吨。导致长江渔业资源锐减的原因固然很多，但最主要的原因还是过度捕捞[1-3]。在一些地方，渔民采取的是断子绝孙、赶尽杀绝式的捕捞方式。根据统计，我国管辖海域渔业资源可捕量为 800万吨～900万吨，实际的年捕捞量在1 300万吨左右，由于过度捕捞和环境污染，我国近海鱼类产卵场遭到严重破坏，海洋渔业资源持续衰退，我们的长江也承载不起这样的负荷了，长江迫切需要休养生息[4-6]。

1 非法网具清理装置

1.1 现场调研情况

受农业农村部长江办的邀请及安排，在上海渔港监督管理局带领下，渔机所项目组成员赴福建省东山某海域参观当地拆除违法定制网的执法任务，并着重对厦门市海洋综合行政执法支队闽厦渔辅35001渔政执法船及其配备的清理违法定制网具的专业装备进行调研，希望借鉴相关单位在拆除定制网具方面的丰富经验和创新思维，以为研究长江口专业化清理深水张网的执法船舶和装备提供更多帮助。

闽厦渔辅35001渔政执法船总长28 m，型宽8.50 m，型深2.00 m，设计吃水1.3 m，设计排水量259.66 t，总吨位154 t，主机功率894 kW，发电机组功率60 kW，航速11.25 kn。该船为钢质、单底、单甲板、艉驾驶楼、艉机型、单机、大直径螺旋桨、单舵、混合骨架式船舶。艏部靠两舷布置2台起锚绞车，使用2只两爪锚，锚索形式为钢丝绳结合少量锚链。艏部中间布置1台专业拆除定制网重型设备。船舶中部为四周带围板的堆网区域，供放置拆除的网具和毛竹。船舶中部靠艉两层甲板室，第一层主要为生活处所，第二层为驾驶处所，信号桅和雷达布置在罗经甲板。

闽厦渔辅35001渔政执法船配备的专业定制网清理装备是从厦门重工的 XG825EL挖掘机改装而来。装备底盘由双履带构成，必要时可移动至岸上进行维修和养护。整套设备放置于执法船艏部的凹槽内，通过6根锚链与眼板配合固定。整套设备在驾驶室操作，可全回转作业。2节臂长约12 m，前部带大型反铲式铲斗，铲斗容量约为1 m3。如图1所示。

图1 闽厦渔辅35001渔政执法船

1.2 现有清理装置存在的问题

调研过程中发现，该设备拆除当地海域网具的工作效率快，效果佳，但根据长江口水域的使用要求，仍存在以下问题：1）该设备长期在海上使用，尤其是吊臂和铲斗更是经常浸泡在海水中，但由于该设备原是陆用重型机械，在改装过程中也没有考虑海水腐蚀问题；2）船舶在海上航行和作业时避免不了横摇和纵倾的发生，设备应考虑船用设备的使用工况问题；3）该设备处理毛竹和定制网具效果不错，但若处理长江口水域的钢丝绳和锚具，就无从下手，是否考虑将吊臂前的铲斗改成多功能机械手，能包含锚索夹具、液压剪、抓斗等功能；4）执法船实为船＋机械的简单累加，是否考虑将设备直接建在船上，这样既可以综合考虑设备操作时候的视野盲区问题，减少安全隐患，对于船舶来说，又能减轻设备的重量以提高船舶的稳性效果。图2为现有的拆除定制网重型设备。

图2 网箱拆除重型设备

2 新型网具钢丝绳清理装置

2.1 装置的工作原理及主要技术参数

新型网具钢丝绳清理装置方案的主要原理是，重新设计新的便携式钢丝绳剪切设备，增加新的功能模块，通过便携式液压剪的设计使执法人员简单快速地剪切钢丝绳等违法用具。工作时，执法人员手持该液压剪靠近需要剪切的地方，然后把液压剪安装在钢丝绳上插好插销，最后按下液压泵的按钮即可快速简单地剪断钢丝绳等，其工作原理为：通过施加在油缸上的动力完成刀刃的开合，完成对钢丝绳的预夹紧，通过手工移动来吊调整钢丝绳及液压剪的位置，然后进行剪切[7-9]。其主要特点是：液压剪切断强度大，工作效率高，可剪切钢丝绳、金属结构管道，特别是条状的金属材料；刀具采用可重磨的工具钢制造，刀片可更换，从而可延长产品的使用寿命；使用安装简便，只需一个操作人员将插销固定即可，剪切位置可随意挑选，符合工程学的刀型设计能自然地把被剪材料推向剪切力量最大的刀片中，从而在水下进行自由的切割工作[10]。

新型网具钢丝绳清理装置的主要技术参数如表1所示。配备的液压泵的参数如表2所示。

表1 新型网具钢丝绳清理装置主要技术参数

表2 液压泵参数

续表2：

2.2 结构设计

根据前期调研结果，分析实际网具钢丝绳清理中遇到的问题及瓶颈，设计出一种新型的钢丝绳清理液压剪装置，如图3所示。钢丝绳剪切装置零件表见表3。

图3 钢丝绳剪切装置结构

表3 钢丝绳剪切装置零件表

该装置主要包括液压缸、动刀、定刀、固定销钉、活动销钉、快速接头、钢丝绳孔径调整块等。同时，系统配备的高压泵具有重量轻、体积小、机动性高的优点，其发动机冷却条件好，可长时间使用，是理想的液压机动泵。该泵的使用范围广，噪声低，无需准备时间，在执法过程中可保持连接状态[11]。

操作阀具有保持液压载荷功能，可逐级保持载荷。专用力值指示表直接显示输出力值，且力值指示表可360°旋转，方便在任何角度观察并且工作可靠，径向柱塞泵有排气方便、使用寿命长、操作简单、维护方便等特点[12]。液压泵见图4。

图4 液压泵

3 钢丝绳切割器样机试制及试验

根据结构设计思路，试制了钢丝绳切割器样机。样机工作时，动刀固定在液压缸活塞上，定刀用销钉固定在液压缸切刀座上，待切钢丝绳穿过动刀与定刀之间的孔，当给液压缸供油时，活塞带动动刀移动，对钢丝绳进行剪切。钢丝绳挡块阻止钢丝绳因剪切扭矩而进行偏转，有助于提高刀的使用寿命[13-14]。切断后停止供油，活塞将在复位弹簧的作用下复位。该钢丝绳切断器在液压力的作用下，活塞推动刀片移动，对钢丝绳进行冷切断。该切断器具有切割速度快、工作效率高等特点。由于是手持式切断器，因此该钢丝绳液压剪在使用时具有灵活随意且操作方便的特点。同时，该装置配有小型超高压本站或在其他机械液压系统中安装增压泵以提供液压源，因此使用环境较为广泛。该剪切器采用冷切的方式，在剪切过程中不产生火花等危险因素，所以特别适合船舶或者其他海工特种行业[15]，见图 5。

图5 钢丝绳剪切装置样机

根据长江口快速清理装置的设计要求及目的，结合前期陆地上的试验结果，进行现场船试并顺利完成了剪切钢丝绳的海试。试验中共对长江口非法捕捞网上的钢丝绳进行了5次剪切，钢丝绳的直径约为22 mm。

结果表明，钢丝绳均被快速顺利地剪断，平均用时5 s，且钢丝绳切口平整，整个剪切过程中未发生液压剪卡顿现象，完全达到了设计要求和使用目的。该液压剪在试验中表现出了很好的可靠性及操作便利性。具体试验图如图6和图7所示。

图6 海上现场试验

图7 海上现场试验

4 结论

本文设计并试制了新型的快速拆除非法张网网具的专业化机械设备，并依托渔业执法船，利用专业化机械设备高效清理深水区非法张网渔具，以提高非法捕捞的生产成本，减小非法渔民获利空间，利用专业化的网具快速破除装备，提高渔业执法效率和安全性，加快取缔非法张网捕捞渔具，恢复该水域正常的渔业生产，为渔业生态修复和资源保护提供高效执法装备技术支撑。

通过设计研究和样机试制，为今后海洋流域内非法网具的清理装备设计及制作、材料的选择及工艺流程提供了理论依据和参考，大大提高了设计的效率和水平，为我国渔业的可持续发展提供了技术支撑和保障。