國內(nèi)鯊魚鉗裝置的研究現(xiàn)狀

楊 松，王 歡，劉 翔，張 明（武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430084）

綜 述

國內(nèi)鯊魚鉗裝置的研究現(xiàn)狀

楊 松，王 歡，劉 翔，張 明
（武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430084）

鯊魚鉗裝置是現(xiàn)代海洋工程船實(shí)施打撈、深水起拋錨及海上平臺(tái)供給等作業(yè)不可或缺的重要裝備之一，主要用于鉗住錨鏈或纜繩，并防止錨鏈或纜繩滑動(dòng)，鯊魚鉗裝置可與拖纜機(jī)、起重機(jī)、艉滾筒等配合使用。依據(jù)鯊魚鉗裝置結(jié)構(gòu)不同，將國內(nèi)鯊魚鉗裝置分為連桿式和叉式，其中根據(jù)鯊魚鉗及拖銷所處位置不同，又將連桿式鯊魚鉗裝置分為分體式和組合式。對(duì)各型鯊魚鉗裝置的總體結(jié)構(gòu)、研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述，指出分體式及組合式鯊魚鉗裝置在海洋工程船裝配及使用過程中的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)鯊魚鉗曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的工作過程進(jìn)行歸納；詳細(xì)闡述傾斜及豎直布置拖銷的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)油缸驅(qū)動(dòng)和幾何限位等實(shí)現(xiàn)拖銷旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的2種方式進(jìn)行詳細(xì)介紹。

工程船舶；鯊魚鉗；裝置；現(xiàn)狀

0 引 言

鯊魚鉗裝置是三用拖船、海洋救助船和油田守護(hù)船等具有海上拖曳作業(yè)功能的多功能海洋工程船以及其他從事打撈救助工作的拖船上必不可少的重要設(shè)備。作為海洋工程船的重點(diǎn)裝備之一，鯊魚鉗裝置較多地布置在船體主甲板上，上層建筑后方、拖纜機(jī)和艉滾筒之間，用于鉗住錨鏈、纜繩或鋼繩，從而防止錨鏈、纜繩的滑動(dòng)，并能承受載荷。鯊魚鉗與拖纜機(jī)、起重機(jī)（旋轉(zhuǎn)起重機(jī)或折臂起重機(jī)）及艉滾筒等配合使用，可實(shí)現(xiàn)海洋工程船打撈、深水起拋錨作業(yè)、海上救援及海洋平臺(tái)供給等多項(xiàng)服務(wù)功能［1-3］。

當(dāng)鯊魚鉗裝置與拖纜機(jī)通過纜繩配合作業(yè)時(shí)，需依次完成以下步驟：① 操縱電控系統(tǒng)使液壓泵站驅(qū)動(dòng)鯊魚鉗及拖銷升起，取下鯊魚鉗的蓋板并打開鉗口；② 將與拖帶對(duì)象連接好的鋼絲繩末端從兩拖銷之間穿過，并置于鯊魚鉗鉗口，合上鉗口以夾住鋼絲繩的末端套環(huán)；③ 將拖纜機(jī)的鋼絲繩與拖帶對(duì)象的鋼絲繩連接，并用拖纜機(jī)拉緊鋼絲繩；④ 打開鯊魚鉗鉗口，降下鯊魚鉗，裝上鯊魚鉗蓋板，適當(dāng)放出一段鋼絲繩即可進(jìn)行拖帶作業(yè)。因被拖帶對(duì)象的鋼絲繩由鯊魚鉗夾住，故連接鋼絲繩時(shí)不會(huì)因風(fēng)浪影響而產(chǎn)生危險(xiǎn)；在拖帶過程中，鋼絲繩始終處于兩拖銷之間，使鋼絲繩在船體轉(zhuǎn)彎時(shí)不會(huì)左右擺動(dòng)，從而避免損壞船舷或鋼絲繩。

鯊魚鉗裝置由安裝在船艉甲板的鯊魚鉗、拖銷及其電液控制部分組成，本文主要針對(duì)鯊魚鉗裝置的機(jī)械部分進(jìn)行研究，其中鯊魚鉗（shark jaw）又稱液壓鏈索制動(dòng)器或液壓纜鉗，分兩種型式：一種為連桿式（Triplex shark jaw），一種為叉式（Fork jaw）［4］；拖銷分為圓柱形拖銷（無蓋板）和帶有蓋板的圓柱形拖銷。

1 國內(nèi)連桿式鯊魚鉗裝置的研究現(xiàn)狀

連桿式鯊魚鉗裝置的鯊魚鉗機(jī)構(gòu)采用曲柄搖桿結(jié)構(gòu)，其拖銷為圓柱形呈傾斜或豎直布置。根據(jù)鯊魚鉗和拖銷所處位置的不同，連桿式鯊魚鉗裝置可分為分體式（鯊魚鉗和拖銷相互獨(dú)立布置）和組合式（鯊魚鉗和拖銷裝配在同一機(jī)架）。當(dāng)鯊魚鉗和拖銷分體設(shè)置［5］時(shí)，其結(jié)構(gòu)見圖1，其中：拖銷由分體式拖銷和拖銷機(jī)架組成；鯊魚鉗由分體式鯊魚鉗和鯊魚鉗機(jī)架組成。分體式鯊魚鉗裝置的有益之處在于船廠可根據(jù)實(shí)際需要布置鯊魚鉗和拖銷之間的位置而不增加機(jī)架的結(jié)構(gòu)；其不足之處在于分體式鯊魚鉗裝置控制協(xié)調(diào)性、安裝性較組合式差。

鉗體形式為連桿式的組合式鯊魚鉗裝置，主要由鉗體組件、拖銷組件、頂銷組件和機(jī)架等組成，其鯊魚鉗通過鉗板上的鉤角鉗住錨鏈或纜繩，通過更換鉗板的型號(hào)可使鯊魚鉗裝置適應(yīng)不同鏈索規(guī)格或纜繩直徑的工作要求。

寧波捷恒機(jī)械有限公司［6］研制的一種組合式鯊魚鉗裝置見圖2。在其機(jī)架的上面板開有頂銷孔、拖銷孔及鉗體孔，其中兩拖銷孔及兩鉗體孔分別對(duì)稱布置；其鉗體上安裝有鉗板，鉗板的上部設(shè)置有鉤角，用于鉗住錨鏈；其拖銷上部安裝有拖銷蓋，兩拖銷蓋與拖銷形成封閉環(huán)用于限制錨鏈或纜繩的擺動(dòng)范圍；其頂銷為升降型，設(shè)置在兩鯊魚鉗鉗板之間用于將下垂的鏈索頂起至兩鉗板頂部，以便于拆裝卸扣。

圖1 分體布置的鯊魚鉗裝置

圖2 組合式鯊魚鉗

該鯊魚鉗裝置的頂銷組件、鉗體組件及拖銷組件均由油缸驅(qū)動(dòng)，頂銷油缸豎直布置，拖銷油缸沿拖銷軸向布置。該鯊魚鉗裝置的鉗體組件是采用油缸（置于機(jī)架外側(cè)）驅(qū)動(dòng)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（見圖3），當(dāng)鉗體組件不工作時(shí)，鉗體位于機(jī)架上面板鉗體孔內(nèi)并處于水平狀態(tài)；當(dāng)鉗體組件工作時(shí)，鉗體油缸回縮，此時(shí)搖桿繞銷軸①轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)連桿，連桿驅(qū)動(dòng)鉗體繞銷軸⑤轉(zhuǎn)動(dòng)至豎直狀態(tài)，此時(shí)連桿與搖桿處于同一直線。當(dāng)鉗板受鏈索作用有向回翻轉(zhuǎn)趨勢(shì)時(shí)，因連桿與搖桿的壓力角為90°（機(jī)構(gòu)處于止點(diǎn)位置），從而可使機(jī)構(gòu)鎖緊并減少對(duì)油缸及液壓系統(tǒng)的沖擊。該裝置的拖銷呈傾斜布置，其拖銷蓋非工作時(shí)位于上面板的銷孔內(nèi)；當(dāng)處于工作狀態(tài)時(shí)，拖銷沿拖銷軸向移動(dòng)直至兩拖銷蓋相接處。

區(qū)別于上述連桿式鯊魚鉗裝置，無錫市海聯(lián)艦船附件有限公司［7］研制的一種連桿式鯊魚鉗鏈/繩限位裝置見圖4，其鯊魚鉗油缸置于機(jī)架內(nèi)部，拖銷組件呈豎直布置且拖銷上部安裝有蓋板。

圖3 鉗體組件曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

圖4 鯊魚鉗鏈/繩限位裝置

該型裝置的鯊魚鉗機(jī)構(gòu)采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，整體位于機(jī)架內(nèi)側(cè)，主要由鉗體、連桿、搖桿、油缸、油缸座及銷軸等組成（見圖5），其工作原理與圖3所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)類似，當(dāng)油缸伸出到極限位置時(shí)，鉗板與機(jī)架上面板平齊；當(dāng)油缸回縮至極限位置時(shí)，鉗板與機(jī)架上面板垂直且兩鉗板的鉤角相接觸。

該裝置的拖銷在下端極限位置時(shí)（非工作狀態(tài)），拖銷蓋板背向兩機(jī)架中心線指向外側(cè)（見圖4）；拖銷在上端極限位置時(shí)（工作狀態(tài)），拖銷油缸伸出使拖銷上升并旋轉(zhuǎn) 180°至拖銷蓋板相向機(jī)架中心線指向內(nèi)側(cè)。拖銷的結(jié)構(gòu)示意見圖6，在油缸推力作用下，安裝在拖銷上的導(dǎo)向柱首先沿套筒下直槽向上做直線運(yùn)動(dòng)，然后沿螺旋槽向上做螺旋運(yùn)動(dòng)（旋轉(zhuǎn)角由套筒上的螺旋槽角度決定），再沿套筒上直槽做直線運(yùn)動(dòng)至拖銷上限位。

圖5 鉗體組件曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

圖6 拖銷結(jié)構(gòu)示意

與分體式鯊魚鉗裝置相比，組合式鯊魚鉗裝置的鯊魚鉗組件及拖銷組件共同設(shè)置在機(jī)架上，因而可直接將裝置安裝在船體與機(jī)架相配合的開口上，并可避免分別安裝鯊魚鉗和拖銷需計(jì)算接口間距的問題。組合式鯊魚鉗裝置提高了鯊魚鉗組件和拖銷組件動(dòng)作協(xié)調(diào)性，簡化了鯊魚鉗和拖銷的控制操作流程。同時(shí)，機(jī)架上設(shè)置的頂銷組件能夠?qū)⒃O(shè)置在船體上的鏈條或纜繩頂起并運(yùn)送至鉗板鉤角處，從而提高系統(tǒng)的安全性。

2 國內(nèi)叉式鯊魚鉗裝置的研究現(xiàn)狀

叉式鯊魚鉗裝置與連桿式鯊魚鉗裝置類似，主要由鉗體組件、拖銷組件和箱體等組成，其鉗體組件的頂部通過U形叉（下稱鉗嘴）卡住錨鏈或纜繩。叉式鯊魚鉗裝置的鉗體為圓柱形，可在箱體套筒內(nèi)上下滑動(dòng)（油缸驅(qū)動(dòng)）；其拖銷組件為門式升降型，拖銷體為圓柱形可在箱體套筒內(nèi)上下滑動(dòng)（油缸驅(qū)動(dòng)），拖銷頂部設(shè)置有蓋板以擋住錨鏈或纜繩。拖銷組件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過兩種型式實(shí)現(xiàn)，一種為油缸驅(qū)動(dòng)；一種為幾何限位。

2.1 油缸驅(qū)動(dòng)拖銷旋轉(zhuǎn)

圖7為武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司［8］研制的一種叉式鯊魚鉗裝置，其箱體內(nèi)部開有鉗體孔及2個(gè)對(duì)稱布置的拖銷孔；鉗體上部安裝有鉗嘴，通過更換鉗嘴的型號(hào)可使鯊魚鉗裝置適應(yīng)不同鏈索規(guī)格或纜繩直徑的工作要求；其拖銷組件豎直布置（見圖8a），主要由蓋板、拖銷、滑動(dòng)塊、旋轉(zhuǎn)套、套筒及油缸等組成，拖銷底部焊接的導(dǎo)向塊嵌入在旋轉(zhuǎn)套滑動(dòng)槽內(nèi)并可上下滑動(dòng)。在油缸Ⅰ的作用下，拖銷沿旋轉(zhuǎn)套滑動(dòng)槽向上做直線運(yùn)動(dòng)；當(dāng)拖銷到達(dá)上限位時(shí)，油缸Ⅱ推動(dòng)旋轉(zhuǎn)套沿拖銷軸線做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)至兩拖銷蓋板相接觸（見圖7）。

2.2 幾何限位拖銷旋轉(zhuǎn)

武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司研制［9］的一種叉式鯊魚鉗裝置的拖銷組件由蓋板、拖銷、套筒、油缸、旋轉(zhuǎn)套及導(dǎo)向塊等組成（見圖8b）。在油缸驅(qū)動(dòng)作用下，拖銷首先沿導(dǎo)向槽的直線段向上做直線運(yùn)動(dòng)；當(dāng)拖銷上升至套筒壁的螺旋槽時(shí)，其做螺旋線運(yùn)動(dòng)，其旋轉(zhuǎn)角度由螺旋槽在套筒壁上的圓周角度決定。與油缸驅(qū)動(dòng)拖銷旋轉(zhuǎn)型式比較，幾何限位式拖銷組件結(jié)構(gòu)簡單，能夠減少鯊魚鉗裝置的裝配流程，降低制造成本，縮小裝置在艙體內(nèi)占用空間；其存在的不足是拖銷上升過程中振動(dòng)大、運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)且導(dǎo)向塊易磨損。

圖7 叉式組合鯊魚鉗

圖8 拖銷組件

3 結(jié) 語

鯊魚鉗裝置是海洋工程船必不可少的重要設(shè)備，主要用于鉗住錨鏈或纜繩，從而防止錨鏈或纜繩滑動(dòng)并承受載荷。鯊魚鉗裝置與拖纜機(jī)、起重機(jī)及艉滾筒等配合使用，可實(shí)現(xiàn)海洋工程船打撈、深水起拋錨及平臺(tái)供給等多項(xiàng)服務(wù)功能。

1）依據(jù)鯊魚鉗結(jié)構(gòu)型式的不同，將鯊魚鉗裝置分為連桿式和叉式；根據(jù)鯊魚鉗及拖銷所處位置的不同，又將連桿式鯊魚鉗分為分體式和組合式。

2）論述了各型鯊魚鉗裝置的總體結(jié)構(gòu)，指出了分體式及組合式鯊魚鉗裝置在海洋工程船裝配及使用過程中的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)鯊魚鉗曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的工作過程作了歸納。

3）詳細(xì)闡述了傾斜及豎直布置拖銷的結(jié)構(gòu)型式，特別介紹了油缸驅(qū)動(dòng)和幾何限位兩種實(shí)現(xiàn)拖銷旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)及過程。

［1］ 邵優(yōu)華. 海洋救助拖船救助功能與配置研究［J］. 船舶設(shè)計(jì)通訊，2013 （136）： 5-9.

［2］ 蔡鈿，梁天山，周國平. 16000kW深水工作船開發(fā)設(shè)計(jì)研究［J］. 船舶設(shè)計(jì)通訊，2013 （135）： 1-5.

［3］ 閆秋蓮，周國平. 10000kW深水動(dòng)力定位工作船拋起錨穩(wěn)定性研究［J］. 船舶標(biāo)準(zhǔn)化工程師，2012 （5）： 47-51.

［4］ 張勇勇，王祺，徐兵，等. 叉式鯊魚鉗的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)探討［J］. 船舶與海工，2014 （9）： 72-76.

［5］ 海洋石油支持船論壇. 鯊魚鉗［J］. 懶猴航海，2010，3 （1）： 1-23.

［6］ 寧波捷恒機(jī)械有限公司. 一種組合式鯊魚鉗：中國，201220077508.8［P］. 2012-11-21.

［7］ 無錫市海聯(lián)艦船附件有限公司. 一種船用鯊魚鉗鏈/繩限位機(jī)構(gòu)：中國，201310592222.2［P］. 2014-3-5.

［8］ 武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司. 一種鯊魚鉗裝置：中國，291319151643.4［P］. 2013-7-31.

［9］ 武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司. 擋纜樁和擋纜裝置：中國，201410080552.8［P］. 2014-7-16.

Domestic Research on the Shark Jaw Device

YANG Song， WANG Huan， LIU Xiang， ZHANG Ming
（Wuhan Marine Machinery Plant Co.， Ltd.， Wuhan 430084， China）

Shark jaw device is one of the key equipment for modern engineering vessels to perform salvage， deep water anchor handing and offshore platform support operation. Its main function is to grip the anchor or mooring lines to prevent them from slippery. Shark jaw device works along with towing winch， crane， stern-roller and so on. Therefore， it can be divided into two forms of triplex shark jaw device and fork jaw device depending on their structure， And then the triplex shark jaw device can be further divided into the independent shark jaw device and the combined shark jaw device according to the location of shark jaw and towing pin. This paper gives an overview on the structures and research status quo of the shark jaw devices， points out the advantages of both the combined shark jaw device and independent shark jaw device applied to offshore vessels， summarizes the working principle of crank-rocker mechanism of triplex shark jaw device， elaborates the inclined and vertical towing pin structural forms， and explains in detail how to realize the towing pin rotary motion with both cylinder drive method and the geometry spacing method.

engineering vessel； shark jaw device； status quo

U664.4

A

2095-4069 （2016） 04-0001-04

10.14056/j.cnki.naoe.2016.04.001

2015-08-21

國家發(fā)改委項(xiàng)目（GJYF-017）

楊松，男，助理工程師，1985年生。2013年畢業(yè)于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)，現(xiàn)從事船用甲板機(jī)械工藝研制工作。