錨體在錨穴底部固定軌道上運(yùn)行的分析與研究

廉國(guó)利

(天津新港船舶重工有限責(zé)任公司 天津300452)

錨體在錨穴底部固定軌道上運(yùn)行的分析與研究

廉國(guó)利

(天津新港船舶重工有限責(zé)任公司 天津300452)

錨穴的主要功能是把錨體儲(chǔ)藏在船體的外板內(nèi)部。其目的主要有防止錨體與其他物體(碼頭、船塢、等)碰撞，航行時(shí)能減少水浪對(duì)錨體本身的沖擊，減輕風(fēng)阻，減小對(duì)航速的負(fù)面影響等。最終能有效的把錨體沿設(shè)計(jì)的軌跡進(jìn)入錨穴，并且順利的與錨穴底板完全貼合，完成整個(gè)拉錨過(guò)程。由于一些錨穴在現(xiàn)代船舶建造中，受船體型線的制約，滿足不了起錨任務(wù)。從而開展了從錨穴本身來(lái)改變錨體的運(yùn)行軌跡的研究，利用錨穴底部的固定軌道將錨體順利進(jìn)入錨穴，最終完成起錨任務(wù)。

船舶 錨穴 運(yùn)行軌跡 固定軌道

0 引 言

隨著現(xiàn)代化造船事業(yè)的發(fā)展，在提高船舶各種船體性能的同時(shí)，為了增大船體貨艙的艙容，相應(yīng)減小了首尖艙的艙容。這樣一來(lái)，樓甲板上的系泊及錨系結(jié)構(gòu)由于面積不夠而相對(duì)布置困難。在不影響航速的前提下，只有把設(shè)計(jì)水線以上型線加寬，從而達(dá)到艏樓甲板面積加大的目的。如圖 1、2所示，這種船型的艏錨在船體外板的出口處型線特殊。在起錨過(guò)程中，由于角 β(垂向線與錨鏈筒中心線)為 20～45,°，角 θ(垂向線與外板)為 45,°左右，角 γ(錨爪中心線與錨柄中心線)為40,°，導(dǎo)致角 φ(錨爪中心線與外板)小于 90,°，從而錨爪與船體外板卡死，錨爪不能向上翻轉(zhuǎn)，造成拉錨失敗。 結(jié)合以上的船體型線，對(duì)傳統(tǒng)錨穴和防卡式錨穴進(jìn)行分析與介紹。

1 傳統(tǒng)錨穴分析

在一般多用途貨船的首錨拉錨試驗(yàn)中，由于以上問(wèn)題給拉錨試驗(yàn)造成多次失敗。分析起來(lái)有以下幾點(diǎn)：①現(xiàn)代船型的首部為球鼻型，這種船型的艏錨在船體外板的出口處型線特殊，在起錨過(guò)程中，垂向線與錨鏈筒中心線夾角 β為 20～45,°，垂向線與外板夾角 θ為 45,°左右，錨爪中心線與錨柄中心線夾角γ為40 °，這樣就導(dǎo)致了錨爪中心線與船體外板的夾角 φ小于 90,°。只有夾角 φ大于 90,°時(shí)在起錨機(jī)拉力的作用下錨爪才能向上翻轉(zhuǎn)。夾角φ小于等于90,°時(shí)，錨柄剛進(jìn)入錨鏈筒一半，雙錨爪與外板卡死，錨爪不能向上翻轉(zhuǎn)，造成拉錨失敗。②出口點(diǎn)愈高，夾角φ相對(duì)愈小。降低出口點(diǎn)的高度，過(guò)小則解決不了問(wèn)題，過(guò)大則離設(shè)計(jì)水線太近，從而影響航速，且又違背設(shè)計(jì)要求。③甲板上錨鏈筒進(jìn)入口向船體中心移動(dòng)：若距離小了則根本無(wú)法解決問(wèn)題，若移動(dòng)距離太大，則甲板上的系泊裝置無(wú)法布置。向舷邊移動(dòng)，造成錨鏈筒長(zhǎng)度縮小，錨柄露出甲板面的后果，也就是錨的卸扣頂在摯鏈器上，因?yàn)殄^干長(zhǎng)度大于錨鏈筒長(zhǎng)度。錨冠距離錨唇距離過(guò)大，錨爪也不能和錨穴底面貼合。④起錨時(shí)在拉力F的作用下錨體向上運(yùn)動(dòng)。卸扣接近錨唇時(shí)，在合力的作用下卸扣大面接觸錨唇，錨柄進(jìn)入錨鏈筒后，只有錨柄橫截面的小面沿錨唇向上運(yùn)行。這樣改變不了運(yùn)行軌跡。錨爪與外板卡死，不能使錨爪向上翻轉(zhuǎn)。錨柄進(jìn)入錨鏈筒剖視圖如圖3所示。

圖1 錨鏈筒中心線在船體艏部的型線圖Fig.1 Profiles of the center line of hawse pipe at fore ship

圖2 錨體在錨鏈筒中心線面(A-A)_的剖視圖Fig.2 Section(A-A)of anchor at the center line of hawse pipe

圖3 錨柄進(jìn)入錨鏈筒剖視圖Fig.3 Section of anchor stick putting into hawse pipe

2 防卡式錨穴的設(shè)計(jì)

目的：在錨穴的底部與船體外板連接處設(shè)計(jì)一個(gè)固定軌道。讓錨柄橫截面的大面沿固定軌道運(yùn)行，促使錨爪向上翻轉(zhuǎn)，最終，拉錨成功。

任務(wù)：起錨過(guò)程中，錨柄還沒有進(jìn)入錨鏈筒前，在重力的作用下錨柄進(jìn)入固定軌道時(shí)，利用底部的固定軌道促使錨柄橫截面的一個(gè)大面沿固定軌道向上運(yùn)行，從而達(dá)到錨體的一個(gè)錨爪接近外板并與其相切，在F力的作用下，最終錨爪向上翻轉(zhuǎn)，促使錨體順利進(jìn)入錨穴。

3 基本原理

在原設(shè)計(jì)不變，不改變錨爪中心線與船體外板夾角(φ＜90,°)的情況下，改進(jìn)原設(shè)計(jì)錨穴的內(nèi)部剖面結(jié)構(gòu)，達(dá)到錨體沿設(shè)計(jì)的固定軌道向上運(yùn)行，促使錨爪向上翻轉(zhuǎn)的目的。

如圖4所示，在錨穴的底部設(shè)計(jì)一個(gè)固定凹槽。

圖4 凹槽剖視圖Fig.4 Section of recess

起錨時(shí)在拉力 F的作用下錨體向上運(yùn)動(dòng)。由于凹槽底線與重力(wg)方向相同，整體凹槽超出凹槽底線(垂向線)。起錨時(shí)錨體處于錨穴的前下方還是后下方，當(dāng)錨體露出水面后，靠重力(wg)錨鏈自然滑落凹槽內(nèi)，錨柄開始接近凹槽。在拉力 F、錨柄與凹槽的摩擦力、重力(wg)合力的作用下錨體向上運(yùn)行，錨柄進(jìn)入凹槽。從圖中看出，不管錨爪指向船體的前方還是后方，錨柄橫截面的一個(gè)大面總是和凹槽接觸。此時(shí)錨體的一個(gè)錨爪接觸外板，另一個(gè)錨爪處于懸空狀態(tài)。也就是說(shuō)，由原設(shè)計(jì)錨體的兩個(gè)錨爪接觸船體外板，改為錨體一個(gè)錨爪接觸船體外板并與其相切。這時(shí)錨桿還沒有接觸錨唇。錨柄進(jìn)入凹槽的剖視圖如圖5所示。

從圖 6～9看出：錨體的一個(gè)錨爪與外板接觸時(shí)，此刻的角φ＞90 °。錨爪方向不指向外板，而是與外板相切。在拉力F和外板對(duì)錨爪的反作用力的合力作用下，錨體的雙爪只能向上翻轉(zhuǎn)。在其向錨穴的運(yùn)行中有效地進(jìn)入錨穴。使兩個(gè)錨爪與錨穴底面良好的貼合，從而完成整個(gè)起錨過(guò)程 。

圖5 錨柄進(jìn)入凹槽的剖視圖Fig.5 Section of anchor stick putting into recess

圖6 錨柄進(jìn)入固定軌道錨的三維圖形(錨爪指向尾部)Fig.6 3-D picture of anchor stick putting into the fixed orbit (w ith fluke pointing to aft)

圖7 錨柄進(jìn)入固定軌道錨的三維圖形(錨爪指向首部)Fig.7 3-D picture of anchor stick putting into the fixed orbit (w ith fluke pointing to fore)

圖8 錨體翻轉(zhuǎn)后進(jìn)入錨穴并與其貼合的三維圖形Fig.8 3-D picture of anchor rolled into and p lying up the anchor pocket

圖9 錨體翻轉(zhuǎn)后進(jìn)入錨穴并與其貼合的二維剖視圖Fig.9 2-D section of anchor rolled into and p lying up the anchor pocket

4 應(yīng) 用

此錨穴在多用途貨船的拉錨試驗(yàn)中一次成功。為今后此類船型的拉錨試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)，加快了現(xiàn)代化造船的速度，為我公司解決了在此項(xiàng)目上多年的難題。

5 結(jié) 語(yǔ)

該設(shè)計(jì)發(fā)明，有效改變了原傳統(tǒng)錨穴在起錨過(guò)程中錨柄進(jìn)入錨穴底板時(shí)錨體的錨爪由向下改變?yōu)橄蛏系倪\(yùn)行軌跡。進(jìn)一步說(shuō)，在起錨過(guò)程中錨體只有一個(gè)固定運(yùn)行軌道沿傳統(tǒng)錨穴底板及錨唇進(jìn)入錨穴，從而造成雙爪接觸船體外板，使錨體的雙爪與船體外板卡死。而防卡式錨穴利用設(shè)定的固定軌道，在起錨過(guò)程中錨柄一個(gè)大面進(jìn)入固定軌道后，沿該軌道向上運(yùn)行，從而改變成錨體的單爪與船體外板相切，最后促使錨體向上翻轉(zhuǎn)，達(dá)到與錨穴底板完全貼合的目的?！?/p>

［1］ 中國(guó)船舶總公司. 船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)(船體分冊(cè))[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

［2］ 中國(guó)船舶總公司. 船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)(舾裝分冊(cè))[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

［3］ 漢斯海因里?！み~爾-彼得，弗蘭克·伯恩哈德. 船舶工程技術(shù)手冊(cè)[M]. 上海：上海交通大學(xué)出版社，1970.

［4］ 中國(guó)船級(jí)社. 國(guó)內(nèi)航行海船入級(jí)規(guī)則[S]. 2012.

［5］ 中國(guó)船級(jí)社. 材料與焊接規(guī)范[S]. 2009.

The Analysis and Research of Anchor M ovement along a Fixed Orbit at the Bottom of Anchor Pocket： Anti-locked Anchor Pocket

LIAN Guoli
(Tianjin XINGANG Shipbuilding Heavy Industry Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China)

The main function of anchor pocket is to store the anchor inside the hull plate．There are many design purposesof the anchor pocket．It can prevent the anchor from colliding w ith other objects such as quay，dock and so on．The anchor pocket can reduce the colliding of waves and surge w ith the anchor while sailing，and the w ind resistance so as to decrease the negative effect on ship speed．The anchor is able to be effectively put into the anchor pocket along the designed trajectory，and completely fit w ith the bottom of anchor pocket，then the whole process of draw ing anchor is completed．In modern shipbuilding，some anchor pockets cannot satisfy draw ing anchor test due to ship molded lines．In the study，anchor pocket itself was analyzed to change the running track of the anchor body．With the fixed orbit at the bottom of anchor pocket，the anchor finally entered anchor pocket smoothly，successfully fulfilling the draw ing anchor test.

ship；anchor pocket；running track；fixed orbit

U671.91+4

：A

：1006-8945(2015)10-0059-03

2015-09-03