2024年4月28日发(作者：)

第39卷第4期

圆园20年7月

第4期

浙江海洋大学学报穴自然科学版雪

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July熏圆园20

文章编号

押2096原4730穴圆园20雪园4原0353原05

深水拖网捕捞绞车系统设计与试验

渊1.中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所袁上海

王志勇

1,2

,徐志强

2

,江

200092曰2.农业部远洋渔船与装备重点实验室袁上海

涛

2

200092冤

摘要：

为满足深水拖网捕捞需要袁研制了深水拖网绞车系统袁设计深水拖网绞车额定拉力为60kN袁绞车滚筒容绳量

为2500m袁平均起网速度为100m窑min

-1

遥分析了拖网绞车曳纲张力和速度控制系统的结构原理袁完成了主回路液压泵站和

液压马达的参数选型设计遥以绞车曳纲张力为控制目标袁设计了拖网恒张力控制系统袁系统通过设定减压阀压力值袁调节先

导溢流阀开口大小袁改变液压马达进出口的压差实现控制液压马达扭矩恒定袁保证拖网过程中张力恒定遥该拖网绞车系统在

远洋渔船上开展了试验和应用袁实验海域水深200耀510m袁拖网过程中渔船拖速在3.2耀3.5kn左右袁拖网绞车工作压力为

深水捕捞需求遥

12.5耀17MPa袁渔船拖网时间为2h遥试验结果表明该深水拖网绞车参数性能达到了设计要求袁能满足882kW拖网渔船开展

关键词：

深水捕捞曰拖网绞车曰液压控制曰速度控制曰恒张力

中图分类号：

TH137

文献标识码：

A

DesignandTestofDeep-WaterTrawlWinchSystem

渊yMachineryandInstrumentResearchInstitute,ChineseAcademyof

andEquipment,MinistryofAgriculture,Shanghai200092,China)

WANGZhi-yong

1,2

袁XUZhi-qiang

2

,JIANGTao

2

FisheryScience,Shanghai200092曰oratoryofOceanFishingVessel

temisdesignedthattrawlwinchratedpullof60kN,capacityof2500m,andanaverage

haulingspeedof100m窑min

-1

.Thehydraulicdrivingcircuitofdeep-watertrawlwinchisdesigned,andthe

parametthetensionand

speedoftrawlwarpascontrolobjectives,thestructureandprincipleoftractiontensionandspeedcontrolsys原

wlwinchcontrolledbyhydraulicmotorconstanttorqueusingpropor原

tionalpressurereducingvalveandtheproportionalreliefvalvetochangingthepressuredifferencebetweeninlet

wlwinchsystemhasbeentestedandappliedonanoceanfishingvessel.

Abstract:Inordertomeettheneedofdeep-watertrawlfishing,adeep-watertrawlwinchsystemisde原

sureis12.5-17MPa,andthetrawler忆rationperformanceofwinchisfullyverified

byseaexperiment,thetestresultshowsthattheparametersandperformanceofthedeep-watertrawlwinchmeet

Thewaterdepthoftheseaareais200-510m,thetowingspeedisabout3.2-3.5kn,thetrawler忆sworkingpres原

收稿日期

院2019-09-20

基金项目

院国家科技支撑计划渊2013BAD13B02冤

作者简介

院王志勇渊1979-冤袁男袁河南汝南人袁副研究员袁研究方向院海洋渔业设施.E-mail院***************

354

浙江海洋大学学报穴自然科学版雪第39卷

thedesignrequirements,whichcanmeetthedeep-waterfishingrequirementsof882kWtrawler.

Keywords:deep-waterfishing;trawlwinch;hydrauliccontrol;speedcontrol;constanttension

拖网捕捞是我国远洋渔业最重要的作业方式之一袁拖网绞车作为最主要的捕捞设备袁主要用来起放网

具尧绞收曳纲遥拖网过程中通过调节曳纲长度尧拖速来保持网具不同的水层位置袁拖网绞车性能好坏直接影

响拖网作业的效率

[1]

遥

由于世界海洋捕捞技术的进步及开发保障能力的提升袁在开发程度最高的海区和世界渔业捕捞主要

查评估袁在世界海洋200耀2000m水深内袁鱼类和非鱼类的捕捞量可望达到3000伊10

4

t左右袁相当于目前

渔场袁捕捞强度已经接近极限袁为了增加捕捞产量袁全球海洋捕捞水域越来越广袁也越来越深遥根据日本调

世界渔业总产量的1/4袁深海捕捞的开发潜力很大遥目前国外渔业发达国家渔船装备机械化尧自动化程度

很高袁拖网渔船能满足500耀2000m以上水深作业遥原苏联早在20世纪50年代初就开始在大西洋800耀

1100m水深开展拖网捕捞袁捕获高附加值深海鱼类遥挪威从2008-2014年深海捕捞渔船数量从17艘迅

速增加到64艘袁国内外学者先后开展了很多相关研究袁研究了大西洋深海渔业的分布和捕捞模式遥中国在

在深远海拖网捕捞作业方面应用很少

[2-5]

遥目前我国捕捞海洋深层渔类的拖网渔船中袁只有20艘左右大型拖

20世纪60年代末到70年代初曾经制造数台13700m绳长底栖拖网绞车袁但主要用于水文尧地质取样袁

网加工船袁能在世界主要海域从事大陆斜坡千米以内的深海捕捞袁均为购买国外二手旧船袁这些渔船船龄较

长袁总体性能差袁能耗高袁各类设备陈旧落后遥其余拖网渔船都是中小型渔船袁主要集结在近海0耀200m水深

以内进行捕捞作业袁捕捞作业空间非常有限袁发展潜力受到限制遥因此袁开展远洋深海捕捞相关技术研究袁积

极开发新的远洋捕捞品种袁是继大洋性渔业之后又一重要的渔业开发领域袁其开发得到广泛重视

[6]

遥

1材料与方法

1.1

功能分析

在深海区拖网作业时袁起放网的操作过程和在近海区的操作类似遥放网时袁网具沉降速度取决于船速

和曳纲松放速度袁在放网过程保证船速和曳纲松放速度相适应袁并根据捕捞种类随时调整参数遥深海拖网

捕捞的一个重要特点是袁放网的曳纲比近海作业长很多袁曳纲增长使网具阻力大大增加袁需要拖网绞车和

渔船具有巨大的绞拉力和功率袁并且拖网绞车的绳索滚筒有更大的容绳量袁绞车关键部分同时要有足够的

结构强度遥另一个重要特点是袁由于曳纲很长袁花费在松放和绞收曳纲上的时间大为增加遥在传统渔场生

产袁松放和绞收曳纲的时间占用拖曳时间的一半以下袁而深海拖网用于绞收和松放曳纲的时间袁将会大大

增加袁这样投网次数就会减少袁导致深海拖网经济效益下降

[7]

遥因此袁必须合理设计绞车拉力和起网速度袁

选择合适水深袁减少起放网时间袁增加放网次数袁才能达到合理捕捞效益遥

1.2

总体结构设计及工作原理

深水拖网绞车由动力驱动装置尧滚筒容绳装置尧制动装置尧液压离合装置和自动排绳装置以及集中操

作控制台组成袁拖网绞车总体设计为分离式结构袁有左尧右机之分袁左尧右机为对称结构遥总体结构采用分离

式设计能将驱动功率平分于2台绞

车袁减少了结构件尺寸袁集中控制台设

置在两绞车中间袁方便操作控制遥传动

流程是2台液压马达分两组袁分别从

绞车一侧通过齿轮减速器驱动绞车主

轴袁再通过主轴与滚筒间的牙签离合

器驱动滚筒工作袁分别牵引左右曳纲

拖曳网具遥

1.3

拖网绞车性能参数设计

1援操控台曰2援动力传动装置曰3援排绳装置曰4援滚筒储绳装置曰5援制动装置曰6援液压离合装置

图

1

深水拖网绞车总体设计

额定拉力尧起网速度是拖网绞车

Fig.1Designofdeep-watertrawlwinch

第4期

王志勇等院深水拖网捕捞绞车系统设计与试验

355

主要性能参数袁绞车起网时的拉力值与渔船尺度尧海浪情况尧网具规

格以及起网速度等许多因素有关袁设计比较复杂遥绞车拉力设计过

小袁不能满足捕捞作业需求曰拉力设计过大袁其效率不能合理使用袁另

外袁设备初期投资高袁设备体积大袁增加渔业捕捞成本遥因此对拖网绞

车额定拉力和起网速度进行分析研究袁设计合理的性能参数至关重

要遥绞车参数设计流程一般是根据作业海域确定船的尺度袁再按捕捞

所需拖速及网具尺度确定渔船主机功率袁最后根据一定的网具阻力

图

2

拖网绞车受力分析图

和起网速度及渔船航速确定拖网绞车功率

[8-10]

遥网具在拖曳过程中袁

Fig.2Forceanalysisdiagramoftrawlwinch

绞车纲绳受力按照悬索理论计算袁由图2中拖网绞车受力分析计算可得绞车拉力公式为:

T=[(F

0

/2+F

2

+F

3

)

2

+(G

1

+G

2

)

2

]

1/2

+F

1

(1)

手纲水阻力袁kN曰F

3

为网板正面阻力袁kN曰G

1

为曳纲在水中的重量袁kN曰G

2

为手纲在水中的重量袁kN遥

F

1

越K

1

窑L

1

窑d

1

(V

1

sin兹+V

C

)

2

公式中T为拖网绞车拉力袁kN曰F

0

为网具及渔获物在起网时的水阻力袁kN曰F

1

为曳纲水阻力袁kN曰F

2

为

渊2冤

网时船速袁m窑s

-1

曰

K

1

为水阻力系数曰L

1

为艉拖网具曳纲长度袁m曰d

1

为曳纲直径袁mm曰V

1

为绞车起网速度袁m窑s

-1

曰V

C

为起

由公式渊1冤和渊2冤可知袁在网具和网板确定情况下袁拖网绞车曳纲张力主要和曳纲长度有关袁随着放网

深度增加袁曳纲张力也会增加

[11]

遥

该深水拖网绞车示范应用渔船参数为院船长33.8m袁主机功率882kW袁船宽8.5m遥配置网具参数为院

网具总长118m袁网口周长280m袁上纲长度61.92m袁下纲长度80.25m袁网口网目数56目袁由模型网水动

力实验数据可知袁该网具在水平扩张L/S渊袖端间距与下纲长度的比冤为0.45尧拖速3.0耀4.0kn时袁网具阻力

在40耀50kN之间袁对应的渔具功率消耗分别为73.73kW和98.9kW袁占主机总功率的8.4%尧11.2%遥

根据设计经验袁一般渔具总阻力约占渔船总拖力的80%耀85%袁但是袁在设计网具时袁由于针对的捕捞

品种尧作业海底底质尧作业方式等差异袁网具尧网板尧渔船三者占渔船总拖力的比例也各不相同遥结合该示范

渔船功率匹配要求袁设计拖网绞车额定拉力为60kN袁钢丝绳直径为议24mm袁捕捞作业最大水深为500m遥

绞车滚筒容绳量一般为水深3耀5倍袁设计滚筒容绳量为2500m遥深水拖网起网时间由绞车平均起网速度

决定袁而起网速度影响拖网绞车传动功率和曳纲张力袁为了减少起放网时间袁增加放网次数袁设计绞车平均

起网速度为100m窑min

-1

遥

1.4

液压控制系统设计及计算

1.4.1液压控制系统设计

根据拖网作业工况深水绞车控制系统采用开式液压回

路袁液压泵选用变量柱塞泵和叶片泵遥液压站采用船舶主机

前端输出驱动袁液压系统主要由液压泵尧油箱尧溢流阀等组

成袁液压系统原理设计如图3所示遥

在起网和拖曳时袁高压油液经过柱塞泵后由P口进入比

例换向阀袁比例换向阀工作在左位袁经过换向阀进入绞车马

达口袁驱动拖网绞车正转起网袁在比例换向阀阀芯处于左位

或者右位时袁通过改变换向阀的流量袁来稳定比例换向阀进

出油口压差袁避免负载的变化对流量控制的影响袁从而实现

比例流量控制遥在放网过程中袁绞车处于负负载的工况袁此时

比例换向阀处于右位袁为保证系统能在负负载的工况下能进

行速度控制袁在绞车马达上设置了1个平衡阀袁可有效保证

绞车在网具阻力作用下速度可控袁绞车不失速遥在负负载工

1援过滤器曰2援液压泵曰3援液控换向阀曰4援平衡阀曰5.先导溢流

11援控制手柄曰12援定值减压阀曰13援离合油缸曰14.电磁阀

阀曰6援单向阀曰7援绞车曰8援溢流阀曰9援蓄能器曰10援导压级阀曰

图

3

液压系统控制原理

Fig.3Controlprincipleofhydraulicsystem

况放网时袁平衡阀在回路中起到正向负载作用袁以保证系统在负负载工况下能进行拖网绞车的速度控制遥

356

浙江海洋大学学报穴自然科学版雪第39卷

1.4.2拖网绞车恒张力控制

深水拖网作业海况复杂袁由于波浪起伏造成船体升沉摇摆袁绞车在拖曳过程中曳纲张力不断变化袁甚

至曳纲承受的拉力超过纲绳最大负荷而发生断裂袁对拖网绞车的安全和寿命产生很大的影响遥另外袁深水

拖网捕捞由于纲绳较长袁拖网作业响应缓慢且动态难以预测遥渔船在进行捕捞作业时袁需要不停的调整航

速以及曳纲长度来瞄准目标鱼群进行捕捞袁导致网具上的水阻力不断发生变化袁也会对绞车曳纲张力有很

大的影响遥因此袁深水捕捞时拖网绞车要求具有恒张力功能袁正反转的速度范围要大袁并能无级变速曰起网

速度减小时袁力矩要增大曰在超载时袁能够自动停止起网或松出曳纲

[12-17]

遥

液压系统通过张力值调节阀袁调节起网工况系统压力遥在正常起放网时袁先导溢流阀关闭袁对绞车的操

作不起任何影响袁液压泵给液压绞车上的液压马达提供动力遥拖曳作业时袁通过导压级阀设定值袁控制先导

溢流阀压力袁保证绞车油路两端恒定油压差值袁从而保证绞车恒张力遥由于拖网绞车惯性大袁拖网绞车难以

迅速反应袁曳纲张力采用闭环控制设计袁可补偿外干扰对拖网系统的影响

[18-21]

遥在绞车拖曳过程中袁要求纲

绳长度保持在设定范围内袁以实现网具稳定在目标水层袁因而对曳纲长度进行闭环控制遥通过预先设定的

拖网曳纲长度及张力控制范围袁即可确保拖网作业顺利进

1.4.3液压系统参数计算

行袁拖网绞车系统恒张力控制如图4所示遥

P

0

绞车额定拉力T=60kN袁绞车起网速度V=100m窑min

-1

袁

根据绞车输出的扭矩和速度袁对液压马达进行选型设

绞车起网功率P=TV=100kW遥

计袁系统采用中高压系统渊压力16耀18MPa之间冤遥绞车所需

的输出速度100m窑min

袁考虑马达的泄漏袁确定马达的工作

-1

图

4

Fig.4

拖网绞车恒张力控制方框图

trawlwinch

流量袁选用HMB-325型轴向柱塞大扭矩马达袁保证绞车可

靠性遥

Constanttensioncontrolblockdiagramof

马达参数为排量5.31L窑r

-1

袁最高转速100r窑min

-1

袁单位扭矩79.4N窑m窑bar

-1

袁最大输出功率140kW遥

基于马达参数尧齿轮箱减速比以及绞车卷筒规格等以上数据计算液压系统的参数为院液压系统工作压

力17.5MPa袁系统流量院530L窑min

-1

遥

为满足系统流量要求袁液压系统设计采用双泵袁总流量为600L窑min

-1

袁其中一个泵为变量泵袁可根据

系统的要求改变系统总流量袁另一个泵为齿轮泵袁同时作为控制油源与离合油缸的油源遥由于控制油和离

合油缸油压不一致袁在油压回路设置定值减压阀袁输出不同压力以满足控制油要求遥另外袁齿轮泵受到船舶

发动机的影响袁出油压力不稳定袁液压系统在泵出油口串入囊式蓄能器袁用来缓冲压力波动对系统的影响遥

2实验与分析

5月27日-6月5日进行袁试验地点为西非加纳海域袁试验海域水深200耀510m遥在渔船到达试验海域后开

始放网袁渔船减速航行袁船上操作人员将网囊从艉滑道抛入海中袁依靠水的阻力将网具尧手纲和网板拖入水

中遥操作人员手动操纵拖网绞车松放曳纲袁放网时保持曳纲处于张紧受力状态袁因为松放曳纲速度过快袁就

会使网具扭转遥放网接近预定深度时袁船速减到2kn左右袁使网具快速沉降到海底袁然后开始拖曳遥

绞车空载试验过程中排绳器尧离合器运转顺畅袁正车尧倒车时拖网绞车工作正常袁观测操作台压力表正

车压力为8MPa袁倒车压力为5MPa遥拖曳阶段时间为2h袁渔船匀速拖曳袁渔船平均拖速为3.2耀3.5kn袁绞

车工作压力为12.5耀17MPa袁渔船起网时船速为2.0耀2.5kn袁整个起网用时30min遥当放纲长度和作业水深

不变时袁拖网曳纲基本处于平衡状态袁主要受水动力尧曳纲自重和水中渔具的阻力作用袁曳纲张力始终在一

定范围内波动遥拖网过程中可以通过调节拖曳速度大小和放纲长度来控制网具位置袁由于提高拖速会造成

网口高度下降尧增加渔船功率消耗袁一般通过改变曳纲放出长度来控制和调节拖网在水层中位置遥

我国目前仅在东非莫桑比克从事深水拖网袁捕捞深水虾等品种袁所用渔船和渔具均引进自西班牙遥而

深水拖网绞车于2017年5月安装在加纳野远渔904号冶拖网渔船上袁试验应用如图5所示遥海上试验

第4期

王志勇等院深水拖网捕捞绞车系统设计与试验

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西非渔业受渔船尧捕捞网具等限制袁尚未开展深水区域的捕捞

作业遥依托国家科技支撑计划课题研制了该深水拖网绞车袁海

上试验对该深水绞车主要功能要求院包括拉力尧起网速度等设

计参数以及机械和控制系统的操作性能都进行了验证袁根据海

上试验结果袁该深水绞车系统能够满足深水拖网作业要求袁为

拓展过洋性渔业渔场提供了技术支撑遥

3结论

该深水拖网绞车液压系统采用先导溢流阀恒张力控制袁减

图

5

深水拖网绞车试验及应用

少负载冲击袁缓解船舶升沉起伏对绞车负载影响遥绞车换向采用

压力补偿设计袁有效控制绞车起放网及转向袁提高了控制系统的

Fig.5Testandapplicationofdeep-waterwinch

操作性能曰液压系统设计定值减压阀模块袁泵站出口加装稳压蓄能模块袁解决了齿轮泵受到船舶发动机的影

响袁出油压力不稳定的问题遥

深海拖网捕捞对渔船及捕捞装备技术水平要求很高袁不仅渔船尧拖网绞车要求有足够大的功率和拖

力袁拖网作业也要配备性能良好的垂直探鱼仪袁以探测能达到作业要求的深度袁拖网网具上还应装置有网

位仪袁以随时监测网具作业性能和掌握鱼群进网状况袁因此可靠的捕捞设备对保障深海捕捞可持续发展是

十分重要的遥

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