南极磷虾拖网加工船双桁架系统设计
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垂直
Fg Fc δ
93
定位
约 20 cm 。 展 开 时 ， 距 水 面 高 度 约 8.5 m ， 水深为 夹角 α 约为 21.2°。 4）钢索直径为 28 mm 或 32 mm 。
下渔网作用于桁杆的竖向力 （即网具阻力）F w = 490 kN ， 网口垂直高度约 19 m 。 6）考 虑 在 风 浪 扰 动 状 态 下 船 舶 的 横 摇 角 为
图 4 吊放状态示意图 Sketch map of tethered state of twin-truss trawl system
计算可得 F g F c 的表达式如下：
cos δ ìF = (F + G h ) g ï cos γ sin δ + cos δ sin γ w ï í cos γ ï (F + G h ) ïF c = cos γ sin δ + cos δ sin γ w î
cos δ = L cos γ
桁杆水平定位钢缆
H 2 + L2 - 2HL sin γ
进而得到如下计算公式：
拖网绞车 布置区域
图 3 南极磷虾捕捞加工船桁杆与船体的连接型式 Fig.3 Connection of twin-truss and hull of the antarctic krill trawl processing ship
Fig.4
z x
5）船舶以 3.5 kn 航速拖网航行时， 吊放状态
Fw
桁
杆
L=
20
m
γ
Gh
20° ， 根据中国船级社 《船舶与海上设施起重设备 殊作业工况进行设计， 同时满足 《钢制海船入级规 范 （2012） 》 相关要求。
规范 （2007） 》 的规定， 双桁架系统按照吊杆装置特 7）图 3 所示为南极磷虾拖网加工船桁杆与船
［3］
92
中
国
舰
船
研
究
网具 滑轮
第 12 卷
桁杆水平定位钢缆
桁杆 拖网绞车
（右舷与左舷对称）
（a）俯视图
桁杆垂向定位钢缆 滑轮 网具 船体门式钢架结构 （右舷与左舷对称）
网捕捞面临的重要技术问题是如何提高捕捞的效 率和确保虾体品质， 这也是南极磷虾捕捞技术研 究的重点。目前， 各国南极磷虾捕捞作业仍以传 统的拖网捕捞为主， 无法避免上述捕捞过程带来 的缺点。挪威等少数渔业强国已成熟运用了新型 双桁架拖网技术， 该技术可以有效避免南极磷虾 在拖网内长时间相互挤压， 从而保护其品质［5］。 本文将通过结构建模方法， 对双桁架系统在 吊放和拖网作业状态下的结构受力情况进行仿真 计算研究， 得到可以确保南极磷虾捕捞过程安全 有效的相关结构设计参数， 提出双桁架拖网设计 方案。采用该设计方案， 将可以极大地提高我国 南极磷虾捕捞、 加工的综合效率。
structure. This design can provide an optimal solution for the truss systems of national antarctic krill
0
引
言
全世界海产品捕获量的 2 倍， 因此， 开发利用潜力 巨大。南极磷虾主要用于食品、 制药、 美容、 养殖 业等领域。上世纪 70 年代， 许多国家就开始了南
南极磷虾拖网加工船双桁架系统结构如图 1
时的最大受力情况， 即最危险工况。
架结构的状态到水平放置过程中的垂直定位钢缆 和桁架进行受力分析， 以确定该钢缆的绞车以及 门式钢架结构处的结构加强， 计算出最大受力情况。 桁架、 水平和垂直定位钢缆以及拖网钢缆进行受 力分析， 计算出各钢缆的最大受力情况。该情况可 以作为风浪扰动状态下的特例， 即不用单独分析。 舶发生横摇， 横摇角 20°。在此工况下， 对桁架、 水 计算出最大受力情况［12-13］。 3）风浪扰动状态。在风浪扰动的状态下， 船 2）桁架平稳状态。桁架平稳拖网作业时， 对
鱼类有 200 多种， 磷虾类有 8 种， 年捕获量相当于
收稿日期： 2016 - 10 - 22
南Hale Waihona Puke Baidu水域蕴藏了丰富的海洋生物资源， 已知
极磷虾捕捞活动， 挪威近年来对南极磷虾进行深
基金项目： 国家高技术研究发展计划资助项目 （2012AA092304） 技术。
网络出版时间： 2017-5-12 12:01
文献标志码： A DOI： 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.013
Twin-truss system design for antarctic krill trawl processing ship
China Ship Development and Design Center， Wuhan 430064， China Abstract：Aiming to improve the fishing efficiency of antarctic krill processing ships by averting the potential crushing of krill in the trawl to meet quality requirements, a twin-truss system design is proposed ZHOU Chungkai， WANG Wei
which has higher efficiency compared with the traditional system installed in ships. To simulate this design, an analysis of forces acting on the twin-truss structure is conducted under tethered and operating conditions using the structure model method, and an appropriate distance between trawl winch and truss are obtained. It can also prevent the truss structure from breaking down, enabling the efficiency of trawling structure, as well as the range for limiting the distance of the horizontal locating cable and truss structure, and horizontal locating cables during fishing operations. The simulation shows that the new twin-truss processing ships. system design can improve the efficiency of trawl processing ships, whilst maintain the safety of the truss Key words： antarctic krill trawl processing ship； twin-truss design； mechanical analysis； trawl
平和垂直定位钢缆以及拖网钢缆进行受力分析，
2
2.1
系统设计目标和设计输入
设计目标
通过对桁架、 水平和垂直定位钢缆在吊放、 平
2.2
设计输入
设计输入说明如下： 1）船舶在航行状态和停泊状态时， 桁杆竖向
收起， 靠附在船体门式钢架结构上。同时， 桁杆在 平偏移角 β（范围 ±5°） 。
稳状态、 风浪扰动 3 种工况下的受力进行分析和 计算
南极磷虾拖网加工船双桁架系统设计
中国舰船研究设计中心， 湖北 武汉 430064
摘 要： ［目的］为了提高南极磷虾拖网加工船的捕捞效率， 避免拖网内磷虾长时间相互挤压以保护其虾体品
周春凯， 王威
质， ［方法］提出一种相较于常规南极磷虾尾拖网捕捞效率更高的新型双支架桁杆拖网设计方案。通过系统结 构建模方法， 对双桁架系统在吊放和作业状态下的受力与结构进行仿真分析， 得到拖网绞车与桁杆的距离， 以 及水平定位钢缆与桁杆距离的限制范围， 从而避免双桁架结构的构件发生受力突变， 确保拖网钢缆和水平定位 钢缆在捕捞作业时的有效性。 ［结果］仿真结果显示， 采用该双桁架系统能够在提高南极磷虾捕捞加工效率的同 时确保系统结构的安全性。 ［结论］该双桁架系统可作为未来我国南极磷虾拖网加工船桁架设计的优选方案。 关键词 ： 南极磷虾拖网加工船； 双桁架设计； 受力分析； 拖网 中图分类号 ： U674.45
Fig.2 Fig.1
图 1 双桁架系统构成图 Structure of twin-truss trawl system
（b）横剖面图
拖曳钢缆
泵吸软管 桁架 拖曳钢缆 桁架 泵吸软管
图 2 双桁架拖网捕捞示意图 Sketch map of twin-truss trawl fishing
1
双桁架渔法概述
体的连接型式， 矩形框为双桁架结构布置区域。 为保证拖网钢缆、 水平定位钢缆在作业时不会发 生纠缠及破坏双桁架结构， 拖网绞车与桁杆的距 离 L w 必须小于水平定位钢缆与桁杆的距离 L s ， 两者必须处于布置区域内， 即 L w＜ L s 29 m 。
Ls Lw
门式钢架
由图 4 的几何关系可知： H - L sin γ sin δ = 2 H + L2 - 2HL sin γ
1）桁架吊放状态。对桁架从垂直、 贴着门式钢
所示。双桁架拖网捕捞示意图如图 2 所示。双桁 杆、 船体门式钢架结构、 网具、 滑轮、 拖网钢缆、 水
架结构型式是在船舶左右舷对称布置， 主要由桁 平定位钢缆、 垂直定位钢缆等组成。双桁架拖网 渔法是指在船舶舯部的两舷各撑出 1 根桁杆， 桁 杆外端设置 1 个滑轮， 与网具相连的钢缆通过滑 轮与拖网绞车相连， 同时桁杆通过水平、 垂直定位 钢缆进行支撑。在拖网过程中， 通过网具末端泵 吸软管连接的吸鱼泵， 将网中的磷虾直接吸到甲 板上， 从而达到捕捞磷虾的目的。
第 12 卷 第 3 期 第2017 3期 年6月
中 国 舰 船 研 究 Chinese Journal of Ship Research
Vol.12 No.3 Jun. 2017
引用格式： 周春凯， 王威 . 南极磷虾拖网加工船双桁架系统设计 ［J］ . 中国舰船研究， 2017， 12 （3） ： 91-97. ZHOU C K， WANG W. Twin-truss system design for antarctic krill trawl processing ship ［J］ . Chinese Journal of Ship Research， 2017， 12 （3） ： 91-97.
作者简介： 周春凯 （通信作者） ， 男， 1973 年生， 硕士， 高级工程师。研究方向： 舰船总体设计与信息化 王威， 男， 1975 年生， 博士， 高级工程师。研究方向： 舰船结构设计
加工， 已 形 成 了 产 业 化［1-2］。 我 国 由 于 在 渔 机 渔 仪、 渔具渔法、 综合集成等方面的技术相对落后， 加之国外技术封锁， 尚不具备南极磷虾的商业性 捕捞能力 。随着我国近海海洋渔业资源的日渐 枯竭， 南极磷虾作为重要的战略资源， 对其进行海 上综合开发利用技术的自主研究具有重要意义。 我国自主设计的南极磷虾拖网加工船的作业 区位于南极罗斯等海域， 主要捕捞对象为南极磷 虾。由于磷虾在拖网内长时间挤压会造成虾壳中 高含量元素氟渗入虾体可食部分， 进而造成磷虾 体内的酶迅速分解， 引起肉质腐败， 因此必须在起 捕后的 1~3 h 内进行加工处理［4］， 可见南极磷虾拖
［6-11］
， 采用改变绞车的位置等方法， 设计以绞
水平方向可以 180° 角转动， 工作状态考虑桁杆水 2）拖网滑轮始终处于桁杆后方， 且桁杆端部
车最小受力为标准的双桁架系统， 避免以下工况
第3期
周春凯等： 南极磷虾拖网加工船双桁架系统设计
到 滑 轮 圆 心 钢 缆 长 度 L0 可 调 节 ， 本 文 按 照 L0 = 2.5~8.5 m 的取值范围计算。 3）门式钢架结构高 20 m ， 桁杆长 20 m ， 直径
Fg Fc δ
93
定位
约 20 cm 。 展 开 时 ， 距 水 面 高 度 约 8.5 m ， 水深为 夹角 α 约为 21.2°。 4）钢索直径为 28 mm 或 32 mm 。
下渔网作用于桁杆的竖向力 （即网具阻力）F w = 490 kN ， 网口垂直高度约 19 m 。 6）考 虑 在 风 浪 扰 动 状 态 下 船 舶 的 横 摇 角 为
图 4 吊放状态示意图 Sketch map of tethered state of twin-truss trawl system
计算可得 F g F c 的表达式如下：
cos δ ìF = (F + G h ) g ï cos γ sin δ + cos δ sin γ w ï í cos γ ï (F + G h ) ïF c = cos γ sin δ + cos δ sin γ w î
cos δ = L cos γ
桁杆水平定位钢缆
H 2 + L2 - 2HL sin γ
进而得到如下计算公式：
拖网绞车 布置区域
图 3 南极磷虾捕捞加工船桁杆与船体的连接型式 Fig.3 Connection of twin-truss and hull of the antarctic krill trawl processing ship
Fig.4
z x
5）船舶以 3.5 kn 航速拖网航行时， 吊放状态
Fw
桁
杆
L=
20
m
γ
Gh
20° ， 根据中国船级社 《船舶与海上设施起重设备 殊作业工况进行设计， 同时满足 《钢制海船入级规 范 （2012） 》 相关要求。
规范 （2007） 》 的规定， 双桁架系统按照吊杆装置特 7）图 3 所示为南极磷虾拖网加工船桁杆与船
［3］
92
中
国
舰
船
研
究
网具 滑轮
第 12 卷
桁杆水平定位钢缆
桁杆 拖网绞车
（右舷与左舷对称）
（a）俯视图
桁杆垂向定位钢缆 滑轮 网具 船体门式钢架结构 （右舷与左舷对称）
网捕捞面临的重要技术问题是如何提高捕捞的效 率和确保虾体品质， 这也是南极磷虾捕捞技术研 究的重点。目前， 各国南极磷虾捕捞作业仍以传 统的拖网捕捞为主， 无法避免上述捕捞过程带来 的缺点。挪威等少数渔业强国已成熟运用了新型 双桁架拖网技术， 该技术可以有效避免南极磷虾 在拖网内长时间相互挤压， 从而保护其品质［5］。 本文将通过结构建模方法， 对双桁架系统在 吊放和拖网作业状态下的结构受力情况进行仿真 计算研究， 得到可以确保南极磷虾捕捞过程安全 有效的相关结构设计参数， 提出双桁架拖网设计 方案。采用该设计方案， 将可以极大地提高我国 南极磷虾捕捞、 加工的综合效率。
structure. This design can provide an optimal solution for the truss systems of national antarctic krill
0
引
言
全世界海产品捕获量的 2 倍， 因此， 开发利用潜力 巨大。南极磷虾主要用于食品、 制药、 美容、 养殖 业等领域。上世纪 70 年代， 许多国家就开始了南
南极磷虾拖网加工船双桁架系统结构如图 1
时的最大受力情况， 即最危险工况。
架结构的状态到水平放置过程中的垂直定位钢缆 和桁架进行受力分析， 以确定该钢缆的绞车以及 门式钢架结构处的结构加强， 计算出最大受力情况。 桁架、 水平和垂直定位钢缆以及拖网钢缆进行受 力分析， 计算出各钢缆的最大受力情况。该情况可 以作为风浪扰动状态下的特例， 即不用单独分析。 舶发生横摇， 横摇角 20°。在此工况下， 对桁架、 水 计算出最大受力情况［12-13］。 3）风浪扰动状态。在风浪扰动的状态下， 船 2）桁架平稳状态。桁架平稳拖网作业时， 对
鱼类有 200 多种， 磷虾类有 8 种， 年捕获量相当于
收稿日期： 2016 - 10 - 22
南Hale Waihona Puke Baidu水域蕴藏了丰富的海洋生物资源， 已知
极磷虾捕捞活动， 挪威近年来对南极磷虾进行深
基金项目： 国家高技术研究发展计划资助项目 （2012AA092304） 技术。
网络出版时间： 2017-5-12 12:01
文献标志码： A DOI： 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.03.013
Twin-truss system design for antarctic krill trawl processing ship
China Ship Development and Design Center， Wuhan 430064， China Abstract：Aiming to improve the fishing efficiency of antarctic krill processing ships by averting the potential crushing of krill in the trawl to meet quality requirements, a twin-truss system design is proposed ZHOU Chungkai， WANG Wei
which has higher efficiency compared with the traditional system installed in ships. To simulate this design, an analysis of forces acting on the twin-truss structure is conducted under tethered and operating conditions using the structure model method, and an appropriate distance between trawl winch and truss are obtained. It can also prevent the truss structure from breaking down, enabling the efficiency of trawling structure, as well as the range for limiting the distance of the horizontal locating cable and truss structure, and horizontal locating cables during fishing operations. The simulation shows that the new twin-truss processing ships. system design can improve the efficiency of trawl processing ships, whilst maintain the safety of the truss Key words： antarctic krill trawl processing ship； twin-truss design； mechanical analysis； trawl
平和垂直定位钢缆以及拖网钢缆进行受力分析，
2
2.1
系统设计目标和设计输入
设计目标
通过对桁架、 水平和垂直定位钢缆在吊放、 平
2.2
设计输入
设计输入说明如下： 1）船舶在航行状态和停泊状态时， 桁杆竖向
收起， 靠附在船体门式钢架结构上。同时， 桁杆在 平偏移角 β（范围 ±5°） 。
稳状态、 风浪扰动 3 种工况下的受力进行分析和 计算
南极磷虾拖网加工船双桁架系统设计
中国舰船研究设计中心， 湖北 武汉 430064
摘 要： ［目的］为了提高南极磷虾拖网加工船的捕捞效率， 避免拖网内磷虾长时间相互挤压以保护其虾体品
周春凯， 王威
质， ［方法］提出一种相较于常规南极磷虾尾拖网捕捞效率更高的新型双支架桁杆拖网设计方案。通过系统结 构建模方法， 对双桁架系统在吊放和作业状态下的受力与结构进行仿真分析， 得到拖网绞车与桁杆的距离， 以 及水平定位钢缆与桁杆距离的限制范围， 从而避免双桁架结构的构件发生受力突变， 确保拖网钢缆和水平定位 钢缆在捕捞作业时的有效性。 ［结果］仿真结果显示， 采用该双桁架系统能够在提高南极磷虾捕捞加工效率的同 时确保系统结构的安全性。 ［结论］该双桁架系统可作为未来我国南极磷虾拖网加工船桁架设计的优选方案。 关键词 ： 南极磷虾拖网加工船； 双桁架设计； 受力分析； 拖网 中图分类号 ： U674.45
Fig.2 Fig.1
图 1 双桁架系统构成图 Structure of twin-truss trawl system
（b）横剖面图
拖曳钢缆
泵吸软管 桁架 拖曳钢缆 桁架 泵吸软管
图 2 双桁架拖网捕捞示意图 Sketch map of twin-truss trawl fishing
1
双桁架渔法概述
体的连接型式， 矩形框为双桁架结构布置区域。 为保证拖网钢缆、 水平定位钢缆在作业时不会发 生纠缠及破坏双桁架结构， 拖网绞车与桁杆的距 离 L w 必须小于水平定位钢缆与桁杆的距离 L s ， 两者必须处于布置区域内， 即 L w＜ L s 29 m 。
Ls Lw
门式钢架
由图 4 的几何关系可知： H - L sin γ sin δ = 2 H + L2 - 2HL sin γ
1）桁架吊放状态。对桁架从垂直、 贴着门式钢
所示。双桁架拖网捕捞示意图如图 2 所示。双桁 杆、 船体门式钢架结构、 网具、 滑轮、 拖网钢缆、 水
架结构型式是在船舶左右舷对称布置， 主要由桁 平定位钢缆、 垂直定位钢缆等组成。双桁架拖网 渔法是指在船舶舯部的两舷各撑出 1 根桁杆， 桁 杆外端设置 1 个滑轮， 与网具相连的钢缆通过滑 轮与拖网绞车相连， 同时桁杆通过水平、 垂直定位 钢缆进行支撑。在拖网过程中， 通过网具末端泵 吸软管连接的吸鱼泵， 将网中的磷虾直接吸到甲 板上， 从而达到捕捞磷虾的目的。
第 12 卷 第 3 期 第2017 3期 年6月
中 国 舰 船 研 究 Chinese Journal of Ship Research
Vol.12 No.3 Jun. 2017
引用格式： 周春凯， 王威 . 南极磷虾拖网加工船双桁架系统设计 ［J］ . 中国舰船研究， 2017， 12 （3） ： 91-97. ZHOU C K， WANG W. Twin-truss system design for antarctic krill trawl processing ship ［J］ . Chinese Journal of Ship Research， 2017， 12 （3） ： 91-97.
作者简介： 周春凯 （通信作者） ， 男， 1973 年生， 硕士， 高级工程师。研究方向： 舰船总体设计与信息化 王威， 男， 1975 年生， 博士， 高级工程师。研究方向： 舰船结构设计
加工， 已 形 成 了 产 业 化［1-2］。 我 国 由 于 在 渔 机 渔 仪、 渔具渔法、 综合集成等方面的技术相对落后， 加之国外技术封锁， 尚不具备南极磷虾的商业性 捕捞能力 。随着我国近海海洋渔业资源的日渐 枯竭， 南极磷虾作为重要的战略资源， 对其进行海 上综合开发利用技术的自主研究具有重要意义。 我国自主设计的南极磷虾拖网加工船的作业 区位于南极罗斯等海域， 主要捕捞对象为南极磷 虾。由于磷虾在拖网内长时间挤压会造成虾壳中 高含量元素氟渗入虾体可食部分， 进而造成磷虾 体内的酶迅速分解， 引起肉质腐败， 因此必须在起 捕后的 1~3 h 内进行加工处理［4］， 可见南极磷虾拖
［6-11］
， 采用改变绞车的位置等方法， 设计以绞
水平方向可以 180° 角转动， 工作状态考虑桁杆水 2）拖网滑轮始终处于桁杆后方， 且桁杆端部
车最小受力为标准的双桁架系统， 避免以下工况
第3期
周春凯等： 南极磷虾拖网加工船双桁架系统设计
到 滑 轮 圆 心 钢 缆 长 度 L0 可 调 节 ， 本 文 按 照 L0 = 2.5~8.5 m 的取值范围计算。 3）门式钢架结构高 20 m ， 桁杆长 20 m ， 直径