船用滾輪閘刀掣鏈器設(shè)計

金林武 宋浩 吳茂倫 陳杰 李虎

摘 ? ?要：安全可靠的掣鏈器是拋錨固定船舶的重要保障，掣鏈器的設(shè)計、安裝、調(diào)整會影響收放錨效果。本文以國際船級社聯(lián)合會UR A3（2017）要求為基礎(chǔ)，詳細介紹了掣鏈器的結(jié)構(gòu)形式、影響因素和設(shè)計載荷。根據(jù)多型船設(shè)計經(jīng)驗，總結(jié)出滾輪閘刀型掣鏈器選型、設(shè)計、安裝時所遇的問題和解決方法，供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：閘刀型;掣鏈器;設(shè)計載荷;選型;經(jīng)濟性

中圖分類號：U671.91?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： Safe and reliable chain compressor is an important guarantee for ship anchoring. The design and installation adjustment of chain compressor will affect the effect of anchoring and releasing. Based on the requirements of UR A3 （2017）， this paper introduces the type， design factors and design load of the chain compressor in detail. Based on the design experience of multi-type ships， this paper summarizes the selection， design and installation of bar-type chain compressor.

Key words： Bar type; Chain compressor; Design load; Selection; Economy

1 ? ? 前言

掣鏈器是船舶在航行或拋錨時固定錨鏈的裝置。國際船級社聯(lián)合會UR A3規(guī)定：掣鏈器及其附件應(yīng)能承受80%的錨鏈最小破斷力，其受力部件不會產(chǎn)生永久變形[1]。

常用的掣鏈器形式有：閘刀掣鏈器、螺旋掣鏈器、滾輪閘刀掣鏈器和導軌滾輪舌形掣鏈器等。其中滾輪閘刀掣鏈器和導軌滾輪舌形掣鏈器在我國最為常用，其特點是結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、操作簡單。

作者長期接觸的掣鏈器均為滾輪閘刀掣鏈器，下面對滾輪閘刀掣鏈器進行簡要分析。

2 ? ?滾輪掣鏈器的分類

常用的滾輪掣鏈器主要有兩種：導軌滾輪舌形掣鏈器和滾輪閘刀掣鏈器，如圖1所示。

（1）導軌滾輪舌型掣鏈器

導軌滾輪舌型掣鏈器的止擋塊在錨鏈行走方向上進行旋轉(zhuǎn)，該止擋塊的工作位置由其旋轉(zhuǎn)角度決定;舌型止擋塊工作位置與錨鏈鏈環(huán)存在一定的調(diào)節(jié)空間，方便后期安裝調(diào)整及正反錨調(diào)試;掣鏈器配重沿錨鏈運動方向布置，掣鏈器兩側(cè)占用空間小;舌型止動塊轉(zhuǎn)軸位于錨鏈正上方，配重手柄位置較高，當鏈徑較大時需增設(shè)操作平臺;舌型掣鏈器因其結(jié)構(gòu)特點，對止擋塊所需止動的豎向鏈環(huán)位置沒有特殊要求，存在較大的設(shè)計靈活性。

（2）滾輪閘刀掣鏈器

閘刀掣鏈器采用閘刀止動塊，該止動塊沿錨鏈行走的垂直方向旋轉(zhuǎn);閘刀掣鏈器較舌形掣鏈器結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊，在各類大型船舶上均有采用。

根據(jù)閘刀作用點不同，閘刀掣鏈器又分為兩種形式：

① 一種如圖1 b）所示：閘刀擋塊通過與豎向鏈環(huán)接觸起到止動作用，大部分閘刀掣鏈器均采用該類設(shè)計，其具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、重量較輕、可靠性高等優(yōu)點;但也存在較大的局限，在后文詳細介紹。

② 第二種如圖2所示：閘刀與橫向平躺鏈環(huán)接觸起到止動作用，該類掣鏈器實際應(yīng)用較少。掣鏈器通過特制的閘刀卡住平躺鏈環(huán)，取消了止動鏈環(huán)必須為轉(zhuǎn)折鏈環(huán)的限制，可以將閘刀設(shè)置在滾輪后方，使掣鏈器主體結(jié)構(gòu)后移，改善了本體與錨鏈筒甲板法蘭干涉的情況;但該類閘刀掣鏈器存在結(jié)構(gòu)復雜、重量較大、長度較長不利于布置等缺點。

3 ? ?主要影響因素

掣鏈器是船舶拋錨時重要的受力部件，其主要影響因素如下：

3.1 ? 錨機鏈輪包角

在確定掣鏈器高度時，一定要保證錨機鏈輪的包角（或錨機鏈輪出鏈角）滿足錨機廠家要求。如果錨機鏈輪包角過小，容易引起錨鏈與錨機鏈輪接觸面積不足，導致錨機提升力不夠、錨機鏈輪過度磨損等情況，故錨機鏈輪的包角應(yīng)不小于115°，如圖3所示。

3.2 ? 滾輪上部導軌

根據(jù)錨鏈進入滾輪之前是否設(shè)置導軌，可分為普通滾輪掣鏈器和導軌滾輪掣鏈器兩種。在滾輪掣鏈器設(shè)計時，應(yīng)按照三環(huán)接觸的原則，即錨鏈在通過掣鏈器滾輪時應(yīng)保證三個鏈環(huán)同時接觸滾輪，這樣才能保證錨鏈的平穩(wěn)過渡和轉(zhuǎn)折。滾輪直徑越大，越容易實現(xiàn)三環(huán)接觸，錨鏈收放越平穩(wěn)。

大滾輪掣鏈器會出現(xiàn)滾輪與甲板間隙過小、本體結(jié)構(gòu)過大，不利于掣鏈器的使用和安裝。導軌滾輪掣鏈器正是基于這樣的原因，設(shè)計時在滾輪上端設(shè)置一段導軌，保證錨鏈運動平穩(wěn)過渡，在此基礎(chǔ)上可適當減少滾輪直徑。普通滾輪掣鏈器選用10倍錨鏈直徑的滾輪，該類掣鏈器結(jié)構(gòu)簡單、體積大、質(zhì)量重，閘刀型掣鏈器一般采用這種形式;導軌滾輪掣鏈器選用8倍錨鏈直徑滾輪，該類掣鏈器結(jié)構(gòu)略復雜、體積小、質(zhì)量輕，舌型掣鏈器一般采用這種形式。

3.3 ? 滾輪鏈槽深度

滾輪掣鏈器根據(jù)滾輪鏈槽的深淺，分為淺槽和深槽滾輪掣鏈器兩種：

（1）淺槽滾輪鏈槽

錨鏈通過時豎向鏈環(huán)的下部與鏈輪槽底部接觸。該豎向鏈環(huán)成為錨鏈轉(zhuǎn)折處主要受力鏈環(huán)。由于豎向鏈環(huán)與滾輪接觸，鏈環(huán)無法保持豎直，收放時錨鏈不易平穩(wěn)并且容易跳鏈，故淺槽滾輪應(yīng)用較少;

（2）深槽滾輪鏈槽

錨鏈通過時豎向鏈環(huán)與鏈輪槽底部不接觸，平躺的橫向鏈環(huán)成為錨鏈轉(zhuǎn)折處主要受力鏈環(huán)。由于錨鏈通過時豎向鏈環(huán)與滾輪不接觸，豎向鏈環(huán)保持豎直，收放時錨鏈的平穩(wěn)性有保證，不容易出現(xiàn)跳鏈。

目前掣鏈器中絕大多數(shù)都采用了深槽滾輪鏈槽， JIS和GB標準中采用的也是深槽滾輪掣鏈器。

3.4 ? 滾輪下部卡槽

為改善錨鏈收放時的扭轉(zhuǎn)情況，減少掣鏈器鏈輪磨損，可以在掣鏈器下部增設(shè)卡槽。收放錨鏈時卡槽一般不受力，只有錨鏈存在嚴重偏轉(zhuǎn)或者上下跳動幅度過大時，卡槽起到限制作用。大量木模試驗及實船證明，該部件效果良好，較好的解決了錨鏈的扭轉(zhuǎn)情況。下部卡槽示意圖，如圖4所示。

3.5 ? 設(shè)計載荷

掣鏈器及其附件應(yīng)能承受錨鏈最小破斷力的80%。在掣鏈器設(shè)計時，一般上部采用JIS標準掣鏈器結(jié)構(gòu)，強度不用校核;下部追加底座，需對其進行強度校核，并送船級社認可。

4 ? ?滾輪閘刀掣鏈器的優(yōu)化設(shè)計

由于船舶不斷大型化，閘刀型掣鏈器應(yīng)用最廣。閘刀型止動塊為接近或抵住錨鏈轉(zhuǎn)折處的豎向鏈環(huán)，往往高度較低、位置距錨鏈筒較近，所以掣鏈器設(shè)計時容易出現(xiàn)本體前傾嚴重、底座與錨鏈筒甲板法蘭干涉的情況。由于滾輪與甲板之間高度間隙較小，掣鏈器本體與錨鏈筒甲板法蘭干涉，會對現(xiàn)場安裝調(diào)節(jié)掣鏈器產(chǎn)生限制。以上這些因素需要在設(shè)計中重點考慮，降低現(xiàn)場調(diào)整難度和工作量。

下面具體介紹閘刀型掣鏈器在設(shè)計、調(diào)試和安裝過程中，遇到的問題和解決方案。

4.1 ? 閘刀與錨鏈間隙過大

船廠進行掣鏈器初步定位時，可能發(fā)現(xiàn)掣鏈器閘刀與錨鏈間隙過大，此問題一般發(fā)生在錨鏈轉(zhuǎn)環(huán)與第一節(jié)卸扣之間的鏈節(jié)數(shù)量設(shè)置錯誤，差了一個鏈環(huán)。由于錨鏈出廠時會進行拉力試驗，此時可以割除一個普通鏈環(huán)處理。

4.2 ? 閘刀與錨鏈間隙超差

船廠進行掣鏈器精確定位時，正反錨狀態(tài)下閘刀與錨鏈間隙差異較大，造成其中一種狀態(tài)間隙值過大。

AC-14大抓力錨因為其重量是普通錨的75%，可有效降低使用和維護成本，被廣泛使用。AC-14大抓力錨的錨爪在收錨時始終偏向一邊，再加上錨的轉(zhuǎn)動，錨進入錨唇時有內(nèi)爪和外爪兩種情況，其中內(nèi)爪容易卡住。為保證大抓力錨順利收納到位，錨唇的設(shè)計比較復雜，另外錨唇材質(zhì)為鑄鋼件，精度較難控制。

基于以上情況，JSQS要求收錨后止動塊與錨鏈間隙不超過25 mm。由于錨爪內(nèi)外爪開度、錨唇形狀誤差，以及轉(zhuǎn)環(huán)靈活度等因素影響，偶爾會引起掣鏈器閘刀與鏈環(huán)間隙超差。為此，建議采取對錨桿根部進行堆焊或打磨的方法控制錨桿與錨爪的相對開度，配合調(diào)整掣鏈器位置控制閘刀與鏈環(huán)間隙值在5～25 mm范圍內(nèi)。

另外，需注意掣鏈器底座高度需加100 mm余量交貨，便于現(xiàn)場逐步分多次調(diào)整，以免切割過量造成掣鏈器報廢[5]。

4.3 ? 閘刀操作手柄配重設(shè)置

在設(shè)計階段為得到最佳閘刀操作力方案，一方面調(diào)整配重大小，另一方面還應(yīng)注意配重臂與閘刀的夾角，以及配重操作力的力臂等：

（1）夾角越小，操作力越小;但夾角過小，閘刀在打開時配重位置會過于偏下，可能與掣鏈器本體干涉;

（2）力臂越長，操作力也越小;但過長的力臂會影響操作的便利性和掣鏈器的美觀性;

（3）閘刀加大打開角度，在一定程度上可以減少關(guān)閉閘刀時的操作力，但在旋轉(zhuǎn)過程中操作力變化并不大，并且更容易與本體干涉，所以不推薦該方案;

（4）掣鏈器閘刀打開和關(guān)閉操作時到底多少力合適的問題，作者認為中小型船舶掣鏈器閘刀的操作力應(yīng)以20 kg～30 kg為宜、大型船舶以25 kg～35 kg為宜。

4.4 ? 可調(diào)節(jié)掣鏈器設(shè)計

目前，越來越多的船東提出配置可調(diào)節(jié)掣鏈器的要求，其有兩個優(yōu)點：

（1）方便現(xiàn)場調(diào)試，更快得到擋塊與鏈環(huán)間隙配合位置，即安裝時可調(diào)節(jié);

（2）錨鏈長時間使用后會變形拉伸，擋塊與鏈環(huán)間隙加大，調(diào)整檔片可以縮小間隙。

圖6為兩種可調(diào)節(jié)掣鏈器的示意圖。

5 ? ?結(jié)論

掣鏈器的設(shè)計涉及掣鏈器選型、深淺槽選擇和強度校核等環(huán)節(jié)。設(shè)計者應(yīng)把握其核心部分，并參考以往的成熟設(shè)計經(jīng)驗，避免調(diào)試過程中產(chǎn)生不必要的工時。在建造過程中不斷發(fā)現(xiàn)和解決問題，總結(jié)經(jīng)驗，控制建造精度，造出質(zhì)量好的產(chǎn)品，為企業(yè)降本增效。

參考文獻

[1] IACS UR A3，Anchor windlass design Testing. [S]. 2017.

[2] CB/T 3179-2013，錨鏈輪 [S]，中華人民共和國船舶行業(yè)標準，2013.

[3] JIS F2031-1998，Chain Compressor [S]，JIS F 規(guī)格集（船體），日本船? ? 舶標準協(xié)會，2001.

[4] 閻 焱，盧曉翔. ?大型船舶錨系不良運動狀態(tài)解決方案[J] ，船海工程，?? ? ?2015 （ 3 ）：63-67.

[5] 黃金華. 82 000噸散貨船掣鏈器安裝分析及工藝改進[J]，廣東造船?? ? ?2013 （ 1 ）：61-63.