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摘 要：随着长江航道通航服务要求，研发高效的山区航道维护作业工具，具有重要现实意义。本文针对竹制爪杆其结构简陋与功能性的不足，利用新材料和新结构，研制了新型的航道作业杆，并集成了多行业实用性的功能接头，实现了钩、拉、锯、砍等一杆多用的功能。经实际测试应用，该工具突破了传统爪杆的功能单一性，可提高航道维护现场作业效率，推动了航道维护手动工具的技术革新。
关键词：作业杆;多功能;航道作业
中图分类号：U676.6 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）05-0077-03
目前，山区航道水上常规作业，仍在采用传统的竹制爪杆工具（图1），即杆身材料为天然竹子，其中一头用线或铁丝绑有爪形弯钩，竹子具有较强的韧性和硬度，适合常规的水上捞、钩、挑、拉等作业。但是，其功能性单一，且竹制爪杆受材质的影响，型材无法人为控制，长江上游地区属于高潮湿区域，竹子受雨水、潮气以及太阳高温的暴晒，易造成竹杆的破裂和断裂（如图2）。同时，爪钩是通过线或铁丝捆绑的方式固定在竹杆身上，在作业时存在爪钩脱落的隐患。作为航道水上作业工具，竹制爪杆无法进行人工保养维护，只能对损坏的爪杆进行替换，设备消耗量较大。
针对目前传统竹制爪杆出现的情况，结合长江上、中、下游通用因素调查发现：不同的航道维护船只，使用的爪杆长度都不同，一个常规维护站，需要配备多根粗细长短不同的爪杆。例如，常规趸船和行船上使用的是3-5m长的爪杆，而快艇作业上需要使用2m左右细短杆，且工作范围单一，无法伸缩携带，取放不便，只能用于打捞渣草、水上漂浮物等辅助性工作，不能全方位适应现在航道水上作业的需求。
综上所述，本文针对航道水上作业范围进行统筹调研，综合现代航道维护中的工作环境，开展新一代的多功能航道作业杆研制。
1 航道多功能水下作业杆设计
1.1总体思路
经过对传统竹制爪杆的研究调查发现：一是传统爪杆主材选用天然竹子，长短粗细和具体尺寸无法进行精确控制，爪杆功能单一;二是传统爪杆采用线绳绑扎的方式，在竹竿的一端绑扎单头钩或双头钩，如果同时需要单头钩或双头钩，则只能制作两根各自独立竹制爪杆。针对传统爪杆的功能单一、材料易损坏、使用不方便等诸多缺点，本项目根据航道维护作业需求，研制一套刚韧性强、操作安全快捷、作业范围广、携带方便等特点的新型航道作业杆，其总体研发原则如图3所示。
1.2功能需求分析及方案设计
因航道水上作业受流速和流向的影响，为保证生产作业的安全性，新型的航道作业杆须具有组装简单、易操作、重量轻、强度大的特点。多功能接头应紧贴生产实际，能满足常规作业中的钩、拉、切、砍、锯等功能，为适应现在航道全方位作业的需求，还要拓展出水下可视化作业的功能（如图4所示）。
1.3航道多功能水下作业杆研制关键技术
1.3.1结构设计
该套工具主要结构包括：杆身、000杆身连接螺杆、钩头（单头钩、双头钩等）、功能拓展组件（图2，图3）。杆身采用分离式连接套杆设计，分别制作杆径统一，长度为30cm、50cm、1m、1.5m、2m的碳纤管内嵌式连接螺纹杆，共5根为一套的完整连接系统。每根作业杆可进行任意连接，也可以单独构成各自独立的作业系统。
1.3.2材料选择
杆身采用高强度的碳纤维作为杆身材料，碳纤维有"外柔内刚"，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，碳纤维是一种力学性能优异的新型材料，因此作为杆身材料最为合适。
1.3.3工具装配
使用时根据实际工作需求，选择合适长度的作业杆，将公母螺纹接头，进行旋转连接，再根据生产环境选择连接所需功能接头，完成整体组装。
2 航道多功能水下作业杆系统集成
因航道作业的特殊性，以及水上作业环境的多变性，为了保障航道作业的安全和提高生产效率，所以研制的新型航道作业杆，根据以上特性和实际生产所需，设计了作业杆系统集成。
2.1集成系统功能分析
按照项目设计的基本思路，最终研制的作业杆，须实现以下几种功能：
功能一：杆身材料刚韧性强
新型作业杆的杆身应满足刚韧性，能满足航道生产作业中的推、拉、拉切、推切等高强度和高韧性的使用环境。
功能二：杆身的长度能自由调节
杆身的长短，可根据工作的需要，任意伸长、拆短。
功能三：多功能拓展
作业杆可以根据不同工作范围和工作特性，快速选用和装换作业需要的功能头，实现多功能快速拓展和转换的灵活性。
功能四：耐腐蚀、耐高温
功能五：带有传统测水功能
因水上作业环境特殊，新型作业杆需满足耐高温和耐腐蚀的特性，且维护简单，能进行长久甚至永久使用。
2.2水下可视子系统
水下可视模组（图8）采用专业水下检查设备，能对船舶水下情况和水下部件进行观察或自检，用于正常船舶维护和船只突发事故的水下受损情况的快速评估、定损。
3 应用与测试
3.1应用
该套工具研制成功后，先后在长江泸州航道局所属的泸州航道处、榕山航道处和江阳航道处进行了不同水域环境下的试用（图9、图10）。通过各单位在不同时段的应用，得到了广大一线职工的肯定，取得了良好的应用效果，特别是在灵活轻便、快捷安全上，得到了一致好评。现已成为一套功能完善、性能稳定的成熟产品（图11）。
以前需要使用不同長度和不同功能的作业杆来进行的作业，现在只需要调节新型作业杆杆身长度并更换功能接头即可有效完成作业，使工作效率提升了70%。传统的竹制作业杆，因其制作材料采用竹子为主要材料，开采及购买费用约为90元/根，现在国家正处于环境生态保护的重要阶段，竹子的开采受到限制，很难买到适合制作作业杆的竹子，价格涨幅到了150元/根，据统计我局每年航道维护需要竹子100根左右，其总价约为15000元/年。新研制的航道作业杆，因其材料耐高温、耐腐蚀的特殊性，在定期简单维护保养后，使用期限能达到5年以上，且维修维护成本低，整体造价在9000元/套，相比竹制作业杆其成本大大降低，使用时间更长，工作效率更高。
3.2测试
通过一年多的应用试验，该套工具完全突破了传统爪杆的概念，成为方便实用、节能环保的现代化工具。特别是水下可视功能的开发，解决了过去航道船舶被网状杂物缠绕，必须上墩检查处理的生产难题，可借助该设备直接清理即可。节约了维修成本，也减轻了职工的劳动强度。但受长江水流杂质的影响，在中、洪水期，其可视功能受到一定程度的影响，有待于进一步的研讨、解决。
4 结语
在水上各行业的生产作业中，一根竹制爪杆是必不可少的生产工具，该工具应用了多种新材料和先进的制造技术，创建更安全、高效、广泛的工作环境和功能，被航道职工们亲切的称之为“航道人的如意金箍棒”。今后在更多的水上行业中，会逐渐出现该型号作业杆更为广泛的应用。
参考文献：
[1]张旭，汪闩林，吕庆海，等.船舶岸电接电相序自动转换与断相保护装置的研制与应用[J].中国水运.航道科技，2018（3）：21-25
[2]柯喆.港口危险货物集装箱堆场防雷设计[J].中国水运，2019（3）：43-45
[3]易丁.多功能机械手装置在航道维护上的应用[J].中国水运，航道科技.2018（5）：23-28
[4]薛国标.轮机管理中的创新[J].中国水运，2019（6）：74-75.
关键词：作业杆;多功能;航道作业
中图分类号：U676.6 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）05-0077-03
目前，山区航道水上常规作业，仍在采用传统的竹制爪杆工具（图1），即杆身材料为天然竹子，其中一头用线或铁丝绑有爪形弯钩，竹子具有较强的韧性和硬度，适合常规的水上捞、钩、挑、拉等作业。但是，其功能性单一，且竹制爪杆受材质的影响，型材无法人为控制，长江上游地区属于高潮湿区域，竹子受雨水、潮气以及太阳高温的暴晒，易造成竹杆的破裂和断裂（如图2）。同时，爪钩是通过线或铁丝捆绑的方式固定在竹杆身上，在作业时存在爪钩脱落的隐患。作为航道水上作业工具，竹制爪杆无法进行人工保养维护，只能对损坏的爪杆进行替换，设备消耗量较大。
针对目前传统竹制爪杆出现的情况，结合长江上、中、下游通用因素调查发现：不同的航道维护船只，使用的爪杆长度都不同，一个常规维护站，需要配备多根粗细长短不同的爪杆。例如，常规趸船和行船上使用的是3-5m长的爪杆，而快艇作业上需要使用2m左右细短杆，且工作范围单一，无法伸缩携带，取放不便，只能用于打捞渣草、水上漂浮物等辅助性工作，不能全方位适应现在航道水上作业的需求。
综上所述，本文针对航道水上作业范围进行统筹调研，综合现代航道维护中的工作环境，开展新一代的多功能航道作业杆研制。
1 航道多功能水下作业杆设计
1.1总体思路
经过对传统竹制爪杆的研究调查发现：一是传统爪杆主材选用天然竹子，长短粗细和具体尺寸无法进行精确控制，爪杆功能单一;二是传统爪杆采用线绳绑扎的方式，在竹竿的一端绑扎单头钩或双头钩，如果同时需要单头钩或双头钩，则只能制作两根各自独立竹制爪杆。针对传统爪杆的功能单一、材料易损坏、使用不方便等诸多缺点，本项目根据航道维护作业需求，研制一套刚韧性强、操作安全快捷、作业范围广、携带方便等特点的新型航道作业杆，其总体研发原则如图3所示。
1.2功能需求分析及方案设计
因航道水上作业受流速和流向的影响，为保证生产作业的安全性，新型的航道作业杆须具有组装简单、易操作、重量轻、强度大的特点。多功能接头应紧贴生产实际，能满足常规作业中的钩、拉、切、砍、锯等功能，为适应现在航道全方位作业的需求，还要拓展出水下可视化作业的功能（如图4所示）。
1.3航道多功能水下作业杆研制关键技术
1.3.1结构设计
该套工具主要结构包括：杆身、000杆身连接螺杆、钩头（单头钩、双头钩等）、功能拓展组件（图2，图3）。杆身采用分离式连接套杆设计，分别制作杆径统一，长度为30cm、50cm、1m、1.5m、2m的碳纤管内嵌式连接螺纹杆，共5根为一套的完整连接系统。每根作业杆可进行任意连接，也可以单独构成各自独立的作业系统。
1.3.2材料选择
杆身采用高强度的碳纤维作为杆身材料，碳纤维有"外柔内刚"，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，碳纤维是一种力学性能优异的新型材料，因此作为杆身材料最为合适。
1.3.3工具装配
使用时根据实际工作需求，选择合适长度的作业杆，将公母螺纹接头，进行旋转连接，再根据生产环境选择连接所需功能接头，完成整体组装。
2 航道多功能水下作业杆系统集成
因航道作业的特殊性，以及水上作业环境的多变性，为了保障航道作业的安全和提高生产效率，所以研制的新型航道作业杆，根据以上特性和实际生产所需，设计了作业杆系统集成。
2.1集成系统功能分析
按照项目设计的基本思路，最终研制的作业杆，须实现以下几种功能：
功能一：杆身材料刚韧性强
新型作业杆的杆身应满足刚韧性，能满足航道生产作业中的推、拉、拉切、推切等高强度和高韧性的使用环境。
功能二：杆身的长度能自由调节
杆身的长短，可根据工作的需要，任意伸长、拆短。
功能三：多功能拓展
作业杆可以根据不同工作范围和工作特性，快速选用和装换作业需要的功能头，实现多功能快速拓展和转换的灵活性。
功能四：耐腐蚀、耐高温
功能五：带有传统测水功能
因水上作业环境特殊，新型作业杆需满足耐高温和耐腐蚀的特性，且维护简单，能进行长久甚至永久使用。
2.2水下可视子系统
水下可视模组（图8）采用专业水下检查设备，能对船舶水下情况和水下部件进行观察或自检，用于正常船舶维护和船只突发事故的水下受损情况的快速评估、定损。
3 应用与测试
3.1应用
该套工具研制成功后，先后在长江泸州航道局所属的泸州航道处、榕山航道处和江阳航道处进行了不同水域环境下的试用（图9、图10）。通过各单位在不同时段的应用，得到了广大一线职工的肯定，取得了良好的应用效果，特别是在灵活轻便、快捷安全上，得到了一致好评。现已成为一套功能完善、性能稳定的成熟产品（图11）。
以前需要使用不同長度和不同功能的作业杆来进行的作业，现在只需要调节新型作业杆杆身长度并更换功能接头即可有效完成作业，使工作效率提升了70%。传统的竹制作业杆，因其制作材料采用竹子为主要材料，开采及购买费用约为90元/根，现在国家正处于环境生态保护的重要阶段，竹子的开采受到限制，很难买到适合制作作业杆的竹子，价格涨幅到了150元/根，据统计我局每年航道维护需要竹子100根左右，其总价约为15000元/年。新研制的航道作业杆，因其材料耐高温、耐腐蚀的特殊性，在定期简单维护保养后，使用期限能达到5年以上，且维修维护成本低，整体造价在9000元/套，相比竹制作业杆其成本大大降低，使用时间更长，工作效率更高。
3.2测试
通过一年多的应用试验，该套工具完全突破了传统爪杆的概念，成为方便实用、节能环保的现代化工具。特别是水下可视功能的开发，解决了过去航道船舶被网状杂物缠绕，必须上墩检查处理的生产难题，可借助该设备直接清理即可。节约了维修成本，也减轻了职工的劳动强度。但受长江水流杂质的影响，在中、洪水期，其可视功能受到一定程度的影响，有待于进一步的研讨、解决。
4 结语
在水上各行业的生产作业中，一根竹制爪杆是必不可少的生产工具，该工具应用了多种新材料和先进的制造技术，创建更安全、高效、广泛的工作环境和功能，被航道职工们亲切的称之为“航道人的如意金箍棒”。今后在更多的水上行业中，会逐渐出现该型号作业杆更为广泛的应用。
参考文献：
[1]张旭，汪闩林，吕庆海，等.船舶岸电接电相序自动转换与断相保护装置的研制与应用[J].中国水运.航道科技，2018（3）：21-25
[2]柯喆.港口危险货物集装箱堆场防雷设计[J].中国水运，2019（3）：43-45
[3]易丁.多功能机械手装置在航道维护上的应用[J].中国水运，航道科技.2018（5）：23-28
[4]薛国标.轮机管理中的创新[J].中国水运，2019（6）：74-75.