适用于冰区的船舶水面A架装置及其作业系统的制作方法

本发明涉及一种船舶甲板用a架装置及作业系统，尤其涉及一种适用于极地冰区和浮冰区、海洋科考或海洋工程领域的船舶甲板作业用水面a架及其作业系统。

背景技术：

中国作为北半球最大的发展中国家，受北极地区气候与环境变化的影响快速而深远。自1999年中国首次组织开展北极考察以来，至2018年，已经进行了9次北极科学考察，学科涉及海冰、大气、水文、生物、新型环境、地质、地球物理等领域，取得的成果越来越多，但海冰对科考作业过程的影响和对科考设备的威胁一直没有得到解决。

当在冰区进行定点调查取样作业时，由于科考船的漂流速度与海冰的漂移速度不一致，经常出现钢缆挂到海冰上并随海冰漂移的现象，俗称“挂冰”，挂冰后如果处置不及时，钢缆与a架定滑轮的夹角太大，可能出现钢缆从滑轮中脱出的脱槽现象，导致设备无法回收，只能将钢缆砍断，造成钢缆和水下设备丢失；当在浮冰区进行如浅地层剖面、地震勘探、重力测量等拖曳式调查时，设备遇到浮冰会出现拉拽、弹跳，导致测量结果无法使用；而微塑料拖网、底栖生物拖网、岩石拖网等走航式取样设备的作业更是需要避开海冰，如遇较大浮冰，需要紧急收回设备或者调整航向，否则可能出现设备损坏或丢失的状况。在全覆盖的冰区更是不能利用常规方法进行拖曳式的调查和取样工作。

为了应对浮冰对科考作业过程的影响，新修造的雪龙2号极地考察船已经为定点作业的水文调查专门设立了月池，来防止海冰对ctd等水文调查设备的影响，但对拖曳式的调查取样、艉甲板的地质定点调查取样来说，仍没有好的办法可以避免海冰对取样过程的影响。对现在的雪龙号以及其他大洋科考船来说，更是没有相应的设备来避免冰区作业时海冰对作业过程的影响，只能依靠甲板作业人员的观察以及与船舶驾驶人员的沟通，采取避让的方式来避免挂冰，这不仅大大增加了科考设备丢失或损坏的风险，也降低了作业效率，增加了科考成本。除了科考作业外，在冰区铺设海底线缆等其他作业过程，也同样会受到浮冰的影响，威胁作业安全。

因此，设计一种适用于冰区的船舶甲板作业装置，避免极地科考、海底线缆铺设过程中海冰对作业的影响，提高作业的效率和质量，是亟待解决的问题。本发明所涉及的一种适用于冰区的船舶甲板作业装置，只要将其安装在破冰船的艉部，即可保证在极地科考或海底线缆铺设作业过程中，不会因为钢缆、线缆接触到海冰而发生断裂、破坏等状况，有效降低了作业风险，保障科考设备及线缆的安全。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于在极地冰区作业的船舶水面a架及其作业系统，以避免极地科考、海底线缆铺设过程中海冰对作业的影响，提高极地冰区作业的效率和质量。

一种适用于极地冰区作业的船舶水面a架装置，其特征在于该装置包括位于甲板艉部的水面a架、水面a架顶部中间的线缆保护装置、驱动线缆保护装置转动的液压螺旋推进杆，以及安装于艉部边缘、水面a架下方正中位置的甲板定滑轮；水面a架包括安装在艉部的两个水面a架底座，水面a架底座的尾端通过转动轴连接水面门形架，所述水面门形架由两根竖梁和一根横梁组成，两根竖梁均为伸缩式结构，且两根竖梁可同步伸缩；所述转动轴上还设有连接杆，水面a架底座通过转轴与液压杆一的固定端相连，该液压杆一的伸缩端通过转轴与所述连接杆连接；所述连接杆的外侧通过转轴与液压杆二相连，该液压杆二的伸缩端通过转轴与水面门形架的竖梁连接；水面门形架顶部横梁的中间位置设有一圆柱轴，线缆保护装置的旋转轴套套在该圆柱轴上，且所述旋转轴套可绕圆柱轴转动，进而带动整个线缆保护装置旋转，旋转轴套侧面连接与之垂直的外筒，外筒内部套有内筒，外筒的外壁上安装有液压控制杆，通过液压控制杆对内筒进行驱动以实现内筒在外筒中的伸缩，外筒的顶端安装有两个并排的定滑轮，以减小线缆收放时的阻力，内筒的下端设有旋转盘，旋转盘底部并排设有两个定滑轮，当线缆受水动力作用发生偏移时，旋转盘可根据线缆的偏移方向进行旋转，最大程度的保护线缆安全；旋转轴套的外表面一端开有一凹槽，凹槽的走向与旋转轴套的轴线方向平行；所述液压螺旋推进杆的固定端通过固定座固定在水面门形架的顶部横梁上，其活动端设有旋转拨块，旋转拨块卡在所述凹槽中，通过液压螺旋推进杆的伸缩转动和旋转拨块对凹槽施加作用力实现线缆保护装置绕圆柱轴的转动。

适用于极地冰区的船舶甲板作业用水面a架及其作业系统，当其配合目前海洋调查船上广泛使用的传统a架使用时，其特征在于该系统包括上文所述的船舶水面a架装置与传统a架；其中，传统a架包括a架底座、a架液压杆、门形架和a架定滑轮，传统a架通过其a架底座安装于甲板的艉部；所述门形架由两根竖梁和一根横梁组成，横梁中部下方安装a架定滑轮，所述门形架通过两根竖梁底部的转轴固定在a架底座上，a架液压杆的固定端通过转轴安装于a架底座上，a架液压杆的伸缩端通过转轴与门形架的竖梁连接，通过a架液压杆的伸缩可以控制门形架的摆动；所述水面a架底座装在甲板上表面的艉部边缘、且位于a架底座内侧的位置；水面门形架的两根竖梁同步回缩至最大后，利用液压杆一和液压杆二的伸缩，可以使所述水面a架在传统a架的内侧摆动。

水面门形架两侧竖梁的伸缩是同步的；与水面门形架两侧竖梁连接，控制水面门形架摆动的两个液压杆二的伸缩是同步的、两个液压杆一的伸缩也是同步的；与传统a架两侧竖梁连接，控制传统a架摆动的两个a架液压杆的伸缩也是同步的；

显然，本发明结构合理，不仅可以方便的安装到新建的科考船上，在已安装传统a架的科考船上，也可以方便的进行安装和使用；通过本发明所述设备，可以很好的避免冰区科考、海底线缆铺设过程中海冰对作业的影响，提高科考作业的效率和质量，同时，可以保证在作业过程中，不会因为线缆接触到海冰而发生弯折、断裂、破坏、脱槽等状况，最大限度的降低作业成本、保证作业安全。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是传统a架2的结构及其与甲板定滑轮6的相对位置示意图。

图3是水面a架3的结构示意图。

图4是线缆保护装置4的结构示意图。

图5是线缆保护装置4与液压螺旋推进杆5的相对位置示意图。

图6是液压螺旋推进杆5的结构示意图。

其中，1、甲板，2、传统a架，3、水面a架，4、线缆保护装置，5、液压螺旋推进杆，6、甲板定滑轮，7、线缆，21、a架底座，22、a架液压杆，23、门形架，24、a架定滑轮，31、水面a架底座，32、水面门形架，33、液压杆一，34、连接杆，35、液压杆二，36、转动轴，37、圆柱轴，41、旋转轴套，42、外筒，43、内筒，44、旋转盘，45、液压控制杆，46、定滑轮，47、凹槽，51、固定座，52、旋转拨块。

具体实施方式

一种适用于冰区的船舶水面a架及其作业系统，

如图1所示，其特征在于包括位于甲板1艉部的传统a架2、水面a架3、水面a架3顶部中间的线缆保护装置4、驱动线缆保护装置4转动的液压螺旋推进杆5，以及安装于甲板1艉部边缘、水面a架3下方正中位置的甲板定滑轮6。

如图2所示，传统a架2包括a架底座21、a架液压杆22、门形架23和a架定滑轮24，传统a架2通过a架底座21安装于甲板1的艉部，门形架23由两根竖梁和一根横梁组成，横梁中部下方安装a架定滑轮24，门形架23通过两根竖梁底部的转轴固定在a架底座21，a架液压杆22的两端分别连接门形架23的竖梁和a架底座21，通过a架液压杆22的伸缩可以控制门形架23的摆动。

如图3所示，水面a架3包括安装在艉部的两个水面a架底座31，水面a架底座31的尾端通过转动轴36连接水面门形架32，所述水面门形架32由两根竖梁和一根横梁组成，两根竖梁均为伸缩式结构，且两根竖梁可同步伸缩；所述转动轴36上还设有连接杆34，水面a架底座31通过转轴与液压杆一33的固定端相连，该液压杆一33的伸缩端通过转轴与所述连接杆34连接；所述连接杆34的外侧通过转轴与液压杆二35相连，该液压杆二35的伸缩端通过转轴与水面门形架32的竖梁连接，水面门形架32顶部横梁的中间设有一圆柱轴37。

如图1、2、3所示，水面a架底座31装在甲板1上表面的艉部边缘、a架底座21的内侧；当水面门形架32的两根竖梁同步回缩至最大后，利用液压杆一33和液压杆二35的伸缩，可以使所述水面a架3在传统a架2的内侧摆动。

如图4、5所示，线缆保护装置4通过其旋转轴套41连接到圆柱轴37上，且旋转轴套41可绕圆柱轴37转动，进而带动整个线缆保护装置4旋转，旋转轴套41侧面连接与之垂直的外筒42，外筒42内侧套有内筒43，外筒42的外壁上安装有液压控制杆45，通过液压控制杆45对内筒43的驱动以实现内筒43在外筒42中的伸缩，外筒42的顶端安装有两个并排的定滑轮46，以减小线缆7收放时的阻力，内筒43的下部设有旋转盘44，旋转盘44底部设有并排的两个定滑轮46，当线缆7受水动力作用发生偏移时，旋转盘44可以根据线缆7的偏移方向进行旋转，最大程度的保护线缆安全。

如图5、6所示，旋转轴套41的外表面一端开有一凹槽47，且凹槽47的走向与旋转轴套41的轴线方向平行；所述液压螺旋推进杆5的固定端通过固定座51固定在水面门形架32的顶部横梁上，其活动端设有旋转拨块52，旋转拨块52卡在所述凹槽47中，通过液压螺旋推进杆5的伸缩转动和旋转拨块52对凹槽47施加作用力实现线缆保护装置4绕圆柱轴37的转动。

利用所述的适用于极地冰区的水面a架装置和甲板定滑轮6进行冰区海底线缆铺设时，其工作过程如下：

（1）操作液压控制杆45使内筒43回缩至外筒42内，操作液压杆一33和液压杆二35使水面门形架32回摆至最大状态，操作液压螺旋推进杆5使线缆保护装置4的外筒42处于所需姿态；

（2）将线缆依次穿过外筒42顶端的两个定滑轮46之间、外筒42、内筒43、旋转盘44底部的两个定滑轮46之间后，将线缆拉出；

（3）将线缆与接点连接完成后，操作液压杆一33和液压杆二35使水面门形架32往外摆，当水面门形架32摆至水平状态时，线缆落于甲板定滑轮6中，此时应注意观察甲板附近海域冰情，利用小的无冰区，通过水面门形架32竖梁、液压杆一33和液压杆二35的外伸将水面门形架32的横梁摆至海平面；

（4）利用液压螺旋推进杆5将线缆保护装置4的外筒42调至所需姿态，同时，根据作业海区浪高、冰厚情况，利用液压控制杆45将线缆保护装置4的内筒43伸出至所需长度，保证线缆保护装置4的顶端在冰面之上，底端一直在冰底面以下，从而使穿过线缆保护装置4内部的线缆不受周围海冰影响；

（5）操作线缆绞车的放缆和船的移动，完成海底线缆铺设作业；

（6）作业完成后，操作液压控制杆45使内筒43回缩至外筒42内，利用水面门形架32竖梁、液压杆一33和液压杆二35的回缩、液压螺旋推进杆5的伸缩分别将水面门形架32、线缆保护装置4回摆至初始位置。

利用所述的适用于极地冰区的水面a架系统和传统a架2进行冰区科考作业时，其工作过程如下：

（1）利用a架液压杆22使门形架23回摆至最大状态，操作液压杆一33和液压杆二35使水面门形架32处于竖直状态，操作液压控制杆45使内筒43回缩至外筒42内，操作液压螺旋推进杆5使线缆保护装置4的外筒42处于水平状态；

（2）将绞车钢缆依次穿过a架定滑轮24、外筒42顶端的两个定滑轮46之间、外筒42、内筒43，并从旋转盘44底部的两个定滑轮46之间穿出后，与相应的科考设备连接，设备组装准备工作完成；

（3）科考作业时，首先将水面门形架32摆至所需位置，利用绞车收钢缆，使科考设备离开甲板1的作业面，操作液压杆一33和液压杆二35使水面门形架32往外摆，同时应通过绞车的收放使科考设备保持在所需高度；

（4）当水面门形架32摆至水平状态时，应注意观察甲板附近海域冰情，利用小的无冰区，通过快速放缆使科考设备浸入海面以下，通过水面门形架32竖梁、液压杆一33和液压杆二35的外伸将水面门形架32的横梁摆至海平面；

（5）利用液压螺旋推进杆5将线缆保护装置4的外筒42调至垂直状态，同时，根据浪高、冰厚等实际情况，利用液压控制杆45将线缆保护装置4的内筒43伸出至所需长度，保证线缆保护装置4的顶端在冰面之上，底端一直在冰底面以下，从而使穿过线缆保护装置4内部的钢缆不受周围海冰影响；

（6）操作绞车收放和船的移动完成定点式或拖曳式科考作业：

作业完成后，绞车回收钢缆，当回收至科考设备离线缆保护装置4的距离为20-30米，且线缆保护装置4附近无冰时，操作液压控制杆45使内筒43回缩至外筒42内，通过水面门形架32竖梁、液压杆一33和液压杆二35的回缩将水面门形架32回摆至预定高度，继续收缆，直至使科考设备相对于甲板1保持在设定的高度；

（7）操作液压杆一33和液压杆二35使水面门形架32往回摆，同时利用液压螺旋推进杆5使线缆保护装置4的外筒42保持在所需的方向，这个过程中应利用绞车的收放使科考设备保持在所需的高度，直至科考设备落于甲板1上。