How realizes the ships automatically depends on to the wharf

郭伟明

Guo Wei-ming

[杭州港航管理局，杭州，310014]

[Port and shipping management bureau of Hangzhou，Hangzhou China，310014]

郭晓晓，丁驿帆

Guo Xiao-xiao,Ding Yi-fan

【内容提要】  船舶磁力系泊装置，利用磁力代替缆绳进行系泊，改变了几千年来手工带缆的方式和观念，使船舶能自动靠离码头（或其他船舶），是船舶全程实现无人化或自动化的一个关键步骤。通过简要介绍该装置的基本结构、工作原理和应用范围，说明该装置结构简单、容易制造、可靠性高和操作方便。船舶磁力系泊装置具有广泛的应用前景，能产生较好的经济和社会效益。

[ Abstracts ]   The ships magnetic force mooring installs, replaces the cable using the magnetic force to carry on mooring, changed several millenniums to come the manual belt cable the way and the idea, enabled the ships automatically to depend on to the wharf (or other ships), it was the ships entire journey realizes nobody to melt or an automated step, had the widespread application prospect, could have the good economy and the social efficiency. This article briefly introduced this equipment application scope, the basic structure and the principle of work.

关键词：船舶  磁力 系泊  应用

Key words :  Ships ; Magnetic force ; Mooring ; Application

随着汽笛一声长鸣，水手们解开缆绳，船舶缓缓离开码头，驶入宽阔的水面，在GPS等导航系统的控制下，自动航行，到达目的地后，当船舶缓缓靠上码头时，水手们系好缆绳，固定住船舶。几千年来，不管刮风下雨，还是冰天雪地，只要船舶靠离码头，水手们总是重复着这样的动作，虽然缆绳的材质从原始的植物纤维发展到了现代的高科技材料了，但是解缆、系缆的方式却几乎没有改变。

那么，有没有办法，不需要解缆、系缆就能让船舶自动靠离码头呢？在目前的科技水平下，实现船舶自动靠离码头，从而实现全程无人（或自动）驾驶，其方式是可以实现的。如示意图1所示，是船舶停靠在码头或并靠在其他船舶上的一个系统原理示意，通过磁力吸盘、弹性减震器和卷扬机等机构，不使用缆绳而使船舶达到系泊的目的。

示意图1

为此，我们需要解决磁力吸盘如何和船舶联结、控制等问题，以及解决示意图1中各部件相互配合、联动的问题，同时，我们还要考虑船员如何操作、驾驶的问题。

1,  磁力吸盘的简介及选用[1] [2]

目前，磁力吸盘已经广泛应用于冶金、起重、机械加工等行业，技术已经相当成熟,许多厂家设计生产的磁力吸盘，能产生每平方米600-1200KN的吸力，多数磁力吸盘内部有许多对按一定顺序排列的磁极，S-N极之间距离很小，磁力线很短，因此，离开吸盘表面很短的间距（10CM左右），就几乎感应不到磁力。吸盘有电磁式和永磁式等多种型式，而永磁式磁力吸盘按照退磁方式，又可以分为机械退磁、电力退磁和机械电力复合退磁的永磁式磁力吸盘。磁力吸盘是系泊装置的关键部件，正确选用合理型式，直接关系到船舶的安全。在船舶上使用时，因电磁式磁力吸盘需要电力才能产生磁力，在船舶停泊时，需要长期通电才能保持磁力达到系泊目的，不够经济，可靠性也不好，万一停电就会失去系泊作用，因此不能在船舶上使用。考虑到船舶的安全，应当采用机械电力复合退磁的永磁式磁力吸盘，这类磁力吸盘在不通电时具有额定的吸力，保证船舶的正常系泊；船舶在靠泊时，如遇特殊情况，吸盘的额定吸力不足于固定船舶时，可以通过控制设备反向通电，增加吸力，从而确保安全；正向通电时，吸力消失，使船舶离泊；在某些危急情况下，船舶必须和被系物（码头、船舶等）及时分离、而船舶又不能提供退磁电力时，能够通过机械（即人工）方式迅速退磁，就象用太平斧砍断缆绳一样。吸盘的面积（或直径），可根据船舶的大小和吸盘的数量（一般一舷艏艉各用1个、小船可只用1个）合理选择，如规范要求某船配备承受力为200KN的缆绳，使用磁力吸盘时，可以选择直径60CM左右的吸盘，理论上就可以满足要求，而这样的吸盘，直径比救生圈还要小。

2,  对码头等被系物的要求

众所周知，磁力只能对铁、镍等物质有吸引力，因此，在码头靠水的一侧，必须有铁质材料，最好是有一定面积和强度的钢板，该钢板在垂直方向上的长度应该满足高低水位变化的要求，以供磁力吸盘的吸引，从而达到系泊的目的。对于和钢质船之间的临时靠泊，只要被系船的船侧强度达到规范的要求，一般没有问题。

3,  如何实现磁力吸盘和船体的联结

磁力吸盘安装部位的船体强度应适当加强，同时由于吸盘是突出在船体外的一个构件，因此在防止碰撞、减少吸合瞬间的冲击和噪音、美观协调等方面有一定的要求。安装部位的船体如果条件许可，可以做成内凹的形式，这样，可以将磁力吸盘完全收入到船体内，就更加安全和美观了。

3．1,   弹性半稳定结构（见示意图2、3）

为了降低吸盘和其他物体直接碰撞时的冲击力，采用四组弹性减震器，每组弹性减震器的两端分别通过球形联接头与吸盘、船体联接，四组弹性减震器按前、后、上、下均匀安装，组成弹性半稳定结构，这样，吸盘不仅可以在前后上下方向能有一定的移动空间，还可以和船体在任意方向上发生一定角度的偏转（类似不倒翁玩具的运动）。

3．2,  吸盘防碰降噪措施

在吸盘的外端（及靠近吸合面）圆柱面上，设置一个防护橡胶圈，防止吸盘大角度和固定在码头上的钢板直接接触，以及防止其他物体直接碰撞吸盘，在吸盘和钢板吸合瞬间，最大程度地降低噪音。

3．3,  采用密封防护罩

该部件包复在磁力系泊装置的外表，具有一定的弹性（或伸缩性），起到密封防护作用，使整个磁力系泊装置除吸合面外全部被密封，防止弹簧减震器、球形联接器等构件直接暴露而受水、灰尘、空气等的侵蚀，延长这些构件的使用寿命，为和船舶保持整体美观或协调，其外表可以和船体涂以相同的颜色或其他个性化的图案颜色等。

4,  如何将船舶紧靠在码头

根据船舶和弹簧减震器的大小选择卷扬机及钢缆，钢缆的一端和吸盘的轴心位置固定，在靠泊时，当吸盘和码头侧面的钢板吸合后，启动卷扬机，用钢缆拉紧磁力吸盘使船舶靠向码头，并和码头保持规定的间隙范围，由于用钢缆拉紧磁力吸盘，使弹簧减震器受到压力，这个压力反作用于船舶，预先产生了一个强制使船舶保持稳定的作用力，降低船舶的横向摇摆幅度和频率，对于型宽相对较小的高速客船，其效果会特别明显，极大地增加旅客上下客船的安全性和舒适感。卷扬机的另外一个作用是，在船舶离泊时，能迅速放松钢缆，充分发挥弹簧减震器的弹力，在退磁的同时，利用弹力将船舶推离码头，使船舶能迅速离开码头，进入正常航行。

示意图2                  示意图3

5,  对控制器的功能要求

控制器的功能，关键是确保船舶在不同状态下的安全以及正常操作，其操作包括手动和自动，主要有以下几个方面：

一是在靠泊过程中，驾驶员可以根据自己的操作经验，选择不同程度的非完全退磁，减小磁力的目的是为了减小冲击力和噪音，在船基本停稳后，才使用额定磁力，其作用类似水手系缆时，逐渐放长缆绳，在船舶完全停稳后，才系紧缆绳。二是在停泊时，因装卸货物、旅客上下或水位变化等因素产生较大的吃水变化时，能进行退磁或非完全退磁，使吸盘和码头能发生相对滑动而保持船舶平稳。三是在离泊时，能在退磁同时控制卷扬机迅速松开钢缆。四是使用距离感应器，当有物体和吸盘的距离小于吸盘直径时，能自动快速退磁，防止因磁力吸盘的吸引而发生意外，控制器还应当有退磁电流、电压故障报警的功能。此外，为确保实现全程无人操作，控制器应当能和船舶自动航行系统[3]（包括GPS等定位系统和自动避碰系统[4]）联动，并受自动航行系统的控制，按照预定的程序自动操作。

6,  船员对船舶的操作趋于方便

船舶采用磁力系泊后，最大的进步就是可以使船舶真正实现了全程无人化航行，即使在不使用自动航行系统时，由于不再需要人工系缆和解缆，因此，操作将更加简便，一般情况下，船舶如果需要离开码头行驶时，驾驶员操作控制器控制卷扬机迅速松开钢缆，接着控制器自动控制磁力吸盘退磁，船舶在弹性减震器的弹力作用下，强制离开码头，然后由于惯性的原因，船舶继续漂离码头，当船舶和码头达到合适的距离后，驾驶员挂档，船舶航行。在航行途中，驾驶员可以进行将磁力吸盘收回船体侧的操作，防止吸盘和其他船舶或物体刮碰。在靠码头时，和通常的靠码头操作基本相同，不同之处就是利用磁力系泊后，无须水手带缆了，故在此就不作介绍。

7,  磁力系泊的应用范围[5]

一般来讲，磁力系泊适用所有中小型船舶，经常需要靠离固定码头上下乘客的高速客船特别适用。海事、公安、渔政等执法部门的执法船艇使用上述装置后，可以安全、迅速地靠离在航的钢质船舶，进行在航执法、拖带、施救等工作。在经常有钢质船舶临时停靠的码头和趸船上安装磁力系泊装置，可以方便钢质船舶临时停靠，适合于水上检查站点。磁力系泊原理也适用与拖轮对其他船舶之间的顶推、吊（傍）拖和钢质船舶之间的并靠。

总之，船舶磁力系泊装置，结构简单，造价低廉，操作方便，改变了几千年来人们手工系缆和解缆的方式，使船舶能自动靠离码头,这无疑是系泊方式及观念的一次革命性变革和进步。船舶磁力系泊装置，能将2-3人手工系缆靠离泊需要3-5分钟的时间降低到了只要十几秒钟的时间，而且只需驾驶员就能直接操作完成，在节约人力的同时极大地提高了效率，能充分利用当今的科技水平，使船舶能完全实现自动化，在微机和定位系统控制下，能完全实现船舶的无人化操纵。由于船舶磁力系泊装置在操作上的安全、高效的特性，为今后有条件的城市开通水上公共交通提供了便利，使船舶靠离专用码头能像公共汽车靠离站台那样快捷、方便，具有广泛的应用前景，能产生较好的经济和社会效益。

参考文献：

[1]宋后定.永磁材料及其应用[M].北京:机械工业出版社,1984.264～265.

[2]齐凤春.永磁起重技术的发展概况[J].磁性材料及器件,1999,30(4):57～58.

[3]王俊贤,等.船舶在局部区域内自动导航路径识别系统[J] .西安电子科技大学学报,1998(5):560-564.

[4]任茂东.船舶仿人智能自动避碰控制系统[J] .中国航海,1994,(1):1-7.

[5]郭伟明.一种用于船舶靠离的装置[P].中国：ZL2004201098738，2004.11.16.