特殊設(shè)計系泊屬具的應(yīng)用

倪偉平，戴瑪麗，王豐

（上海船舶研究設(shè)計院，上海 201203）

0 前言

船舶系泊屬具主要指帶纜樁、導(dǎo)纜孔、滾輪導(dǎo)纜器、滾柱導(dǎo)纜器等服務(wù)于船舶系泊和拖帶系統(tǒng)的鐵舾件（以下簡稱系泊屬具），并依據(jù)系泊屬具標(biāo)準(zhǔn)對型式、規(guī)格、材料、焊接和強(qiáng)度等方面進(jìn)行約束［1］。作為船舶系泊和拖帶的重要組成分，系泊屬具并非一成不變， 往往在船舶實際營運中演化和變更，甚至被設(shè)計成特殊形式，比如為減少系泊索摩擦而出現(xiàn)的方形導(dǎo)纜孔［2-3］，船用滾輪由A 型和B 型擴(kuò)充至C 型［4-5］，一種新型導(dǎo)纜孔裝置則在導(dǎo)纜孔本體中間增加了滾筒機(jī)構(gòu)［6］，安全系泊式絞車帶纜樁則將絞車和帶纜樁結(jié)合在一起［7］。

船舶系泊設(shè)計時， 通常按照系泊屬具標(biāo)準(zhǔn)選型，特殊情況則要突破標(biāo)準(zhǔn)，對系泊屬具進(jìn)行特殊設(shè)計以優(yōu)化系泊設(shè)計，比如已經(jīng)用于實船或已取得發(fā)明專利的組合帶纜樁、雙孔導(dǎo)纜器、升高式羊角滾輪和姐妹羊角滾輪。 本文結(jié)合不同船舶在系泊設(shè)計時遇到的問題，介紹這些系泊屬具的設(shè)計思路和應(yīng)用，分析其組成特點和適配性，為其他船舶系泊設(shè)計提供參考。

1 組合帶纜樁的應(yīng)用

按照巴拿馬運河規(guī)則，巴拿馬型船舶需在尾部向船首方向12～16 m 之間、24～28 m 之間分別設(shè)置指定規(guī)格的導(dǎo)纜孔（以下簡稱巴拿馬導(dǎo)纜孔）和與之匹配的帶纜樁，以滿足運河的系泊和拖帶要求［8］。某巴拿馬型散貨船系泊設(shè)計時，在尾部向船首12 m和27 m 處分別設(shè)置巴拿馬導(dǎo)纜孔，并配置帶纜樁，系泊索在上述導(dǎo)纜孔和絞車卷筒之間借助帶羊角滾輪導(dǎo)纜器（以下簡稱羊角滾輪）調(diào)整方向，如圖1所示。 該區(qū)域是甲板立柱、尾部舷梯集中布置區(qū)域，位于27 m 處巴拿馬導(dǎo)纜孔的帶纜樁內(nèi)側(cè)為通道所需空間，外側(cè)靠近甲板立柱，對系泊索操作有一定影響。

圖1 某巴拿馬型散貨船尾部系泊局部示意圖

考慮過道、系纜空間和舷梯存放等因素，需要對系泊設(shè)計進(jìn)行局部優(yōu)化，即將上述帶纜樁和鄰近的羊角滾輪進(jìn)行特殊設(shè)計。 根據(jù)導(dǎo)纜要求保留羊角滾輪的基本定位和帶纜樁自身特點，沿著系泊索走向布置并使其外側(cè)樁柱與羊角滾輪中心保持一致；根據(jù)系泊索高度方向調(diào)整羊角滾輪高度，保證系泊索順暢導(dǎo)向； 將帶纜樁外側(cè)樁柱適當(dāng)降低高度，作為羊角滾輪的基座，并保留系纜所需高度；帶纜樁內(nèi)側(cè)較高的樁柱滿足系泊索系固和拖帶功能。 這種將羊角滾輪和帶纜樁進(jìn)行組合的系泊屬具稱之為組合帶纜樁。 該巴拿馬型散貨船由于采用組合帶纜樁，可有效解決甲板面空間限制問題，保證系泊索導(dǎo)向，滿足運河要求的帶纜樁系纜模式，其局部優(yōu)化方案參見圖2。

圖2 采用組合帶纜樁的系泊優(yōu)化方案

組合帶纜樁由帶纜樁和羊角滾輪組成，羊角滾輪位于帶纜樁樁柱上方， 羊角滾輪可依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選型，其在樁柱上的高度可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，帶纜樁為有基座型式和無基座型式。 單式組合帶纜樁如圖3 所示，雙式組合帶纜樁如圖4 所示。

圖3 單式組合帶纜樁

圖4 雙式組合帶纜樁

2 雙孔導(dǎo)纜器的應(yīng)用

經(jīng)過圣勞斯運河的船舶，需要根據(jù)船長大小不同， 在首尾不同位置各增加1 個圣勞倫斯導(dǎo)纜器，并規(guī)定系纜模式，其中尾部系纜模式是2 根系泊索分別穿過圣勞倫斯導(dǎo)纜器的立柱向上以88°的角度引至圣勞斯運河系泊設(shè)備，系泊索在圣勞倫斯導(dǎo)纜器立柱的水平角度為45°［9］。該模式為圣勞倫斯運河特有模式，也被稱為圣勞倫斯系泊模式。 某多用途船在尾樓甲板左右舷設(shè)置圣勞倫斯導(dǎo)纜器，該導(dǎo)纜器外側(cè)接近最大船寬，對應(yīng)圣勞倫斯系泊模式如圖5所示。 當(dāng)系泊索從圣勞倫斯導(dǎo)纜器的水平滾柱引出時，角度接近84°，被上層甲板面遮擋，如果系泊索按照88°引出，遮擋量會更大。 由于該船尾樓甲板上含有多層甲板，且有居住甲板和相關(guān)設(shè)備，不能通過切割上層甲板面的方式解決上述干涉問題。 另外，圣勞倫斯導(dǎo)纜器由相互垂直的水平滾柱和垂直立柱組成，從正面看上去纜孔被限制在一個“方形孔”內(nèi)，系泊索在通過垂直立柱沿水平滾柱移動時，容易被滾柱卡緊，被鎖緊在“方形孔”的角落，不利于系泊索收放。

圖5 某多用途船的圣勞倫斯系泊模式

經(jīng)與運河當(dāng)局確認(rèn)，采用雙孔導(dǎo)纜器替代該圣勞倫斯導(dǎo)纜器，如圖6 所示。 雙孔導(dǎo)纜器包含兩個導(dǎo)纜孔體， 孔體間距根據(jù)甲板面和系泊要求調(diào)整，通常小于兩個導(dǎo)纜孔并排布置的最小間距，即兩個導(dǎo)纜孔連為一體。 系泊索通過孔體的圓弧部分以呈88°向上延伸，可完全避開上層甲板的干涉，保證上層甲板面的完成性。 系泊索在孔體內(nèi)各方向移動時，沒有死角，不會出現(xiàn)鎖緊問題。 此外，雙孔導(dǎo)纜器可作為巴拿馬導(dǎo)纜孔，兼顧其他系泊要求。 同等規(guī)格的導(dǎo)纜孔相對圣勞倫斯運河導(dǎo)纜器，所占用空間較小，靈活度較高，更適用于系泊空間狹小的船舶。

圖6 某多用途船采用雙聯(lián)導(dǎo)纜孔的系泊模式

3 升高式羊角滾輪的應(yīng)用

某化學(xué)品船在系泊設(shè)計時，船東要求最大程度地增加系泊索走向， 并采用直徑為350 mm 的滾輪導(dǎo)纜器進(jìn)行系泊索導(dǎo)向。 以首部系泊布置為例，在錨絞機(jī)和位于甲板邊緣的導(dǎo)纜孔和導(dǎo)纜滾輪之間設(shè)置羊角滾輪進(jìn)行系泊索導(dǎo)向，其基本系泊布置如圖7 所示。 以主卷筒W1 為牽引端的系泊索路徑包括W1-E1-D1 和W1-E1-C0/C1， 以主卷筒W2 為牽引端的系泊索路徑為W2-D2-E2-C2 和W2-D2-E2-R1， 以副卷筒W3 為牽引端的系泊索路徑包括W3-E2-C2/C1、W3-E2-D1、W3-E2-R1 和W3-E2-E1-C1/C0，其中由編號為E1 和E2 的羊角滾輪（以下分別簡稱E1 和E2）實現(xiàn)系泊索導(dǎo)向。

圖7 某化學(xué)品船首部系泊布置（右舷）

為保證系泊索能夠順利導(dǎo)向，系泊索應(yīng)落在羊角滾輪的中心工作區(qū)，該區(qū)又稱導(dǎo)槽。 系泊索在張緊狀態(tài)下如果超出滾輪導(dǎo)纜槽的高度，會遭受滾輪摩擦，容易發(fā)生跳纜、傷人等事故。 系泊索相對甲板面有一定高度，因此羊角滾輪一般將其所在位置的系泊索高度作為其中心高度，并以實船拉線定位為準(zhǔn)。 在系泊設(shè)計階段，為確定此高度，通常進(jìn)行拉纜投影，即將某一系泊索路徑投影在垂直面上。 對經(jīng)由E1 和E2 進(jìn)行導(dǎo)向的系泊索進(jìn)行拉纜投影，如圖8 所示，同時確定E1 和E2 的中心高度，取整后分別為h1和h2，見表1。

從圖8 和表1 可以看出，羊角滾輪的中心高度隨著系泊索路徑發(fā)生變化： 服務(wù)于以W1 為牽引端的系泊索時，E1 中心高度從595 mm 增加到820 mm；服務(wù)于以W3 為牽引端的系泊索時，E1 中心高度從600 mm 增加到800 mm；服務(wù)于以W2 為牽引端、經(jīng)由D2 的系泊索時，E2 的中心高度不超過600 mm；服務(wù)于以W3 為牽引端的系泊索時，E2 中心高度最小為600 mm，最大為925 mm。 對于直徑為350 mm的羊角滾輪，其導(dǎo)槽最大高度約為203 mm［10］，E1 和E2 將無法保證所有系泊索導(dǎo)向，需要特殊處理。

圖8 某化學(xué)品船首部系泊拉纜投影

表1 某化學(xué)品船首部拉纜投影時羊角滾輪中心高度

為解決上述問題，可采用可調(diào)節(jié)高度的羊角滾輪導(dǎo)纜器，即升高式羊角滾輪。 如圖9 所示，升高式羊角滾輪由羊角滾輪和基座組成，滾輪可依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選型，基座包括固定基座和活動基座。 固定基座依照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，活動基座可通過轉(zhuǎn)動軸和鎖緊裝置實現(xiàn)滾輪的升降， 從而提高了滾輪導(dǎo)槽的有效高度，擴(kuò)大了滾輪導(dǎo)向工作區(qū)。 升高式羊角滾輪不易被系泊索高度變化限制，增加導(dǎo)纜的靈活性。

圖9 升高式羊角滾輪

4 姐妹羊角滾輪的應(yīng)用

在上述化學(xué)品船首部系泊設(shè)計中，利用升高式羊角滾輪可實現(xiàn)單一系泊索多向?qū)Ю|目標(biāo)，但不能解決多根系泊索的同步導(dǎo)向問題。 以圖7 中系泊索路徑W2-D2-E2-C2 和W3-E2-R1 為例，以W2 為牽引端的系泊索， 經(jīng)由D2、E2 和C2 后系固于船舶之外的設(shè)備， 系泊索在E2 處于張緊狀態(tài)，E2 的滾輪部分處于相對靜止?fàn)顟B(tài)， 當(dāng)以W3 為牽引端的系泊索經(jīng)由E2 導(dǎo)向后到達(dá)R1 時，E2 因滾輪無法轉(zhuǎn)動而不能實現(xiàn)該系泊索導(dǎo)向。 為實現(xiàn)以W3 為牽引端的系泊索能夠在E2 處進(jìn)行導(dǎo)向， 必須額外增加導(dǎo)向裝置，比如在E2 附近增加羊角滾輪。 受甲板空間限制，兩個羊角滾輪相互接近，其基座之間狹小，焊接難度增大，而且不利于船員操作系泊索。

為解決不同系泊索獨立導(dǎo)向， 兼顧系泊索高度變化， 考慮到甲板空間限制和系泊索操作等因素，將相互靠近的羊角滾輪基座合并，同時根據(jù)需要調(diào)整滾輪中心高度或滾輪偏轉(zhuǎn)角度， 形成并聯(lián)式羊角滾輪導(dǎo)纜器， 由于并排布置的羊角滾輪形似一對姐妹，該系泊屬具又稱姐妹羊角滾輪。 采用高低配置的姐妹羊角滾輪對該化學(xué)品船的首部系泊布置進(jìn)行優(yōu)化，如圖10 所示，不同牽引端的系泊索相互獨立導(dǎo)向，突破了不同系泊索對滾輪高度的限制，增加了帶纜靈活性，提高了船員操作系泊索的安全性和甲板面的利用率，避免了狹小空間的焊接問題。

圖10 姐妹羊角滾輪導(dǎo)纜示意

姐妹羊角滾輪主要由兩個羊角導(dǎo)纜滾輪和基座組成，如圖11 所示。 羊角滾輪參照標(biāo)準(zhǔn)選定，可為相同型號，也可為不同型號，可水平安裝也可傾斜安裝，其中心可高可低。 基座一般由鋼結(jié)構(gòu)組成，包括圍板、滾輪支撐面和內(nèi)部肘板。 此外姐妹羊角滾輪可根據(jù)需要設(shè)置3 個滾輪甚至多個滾輪。

圖11 姐妹羊角滾輪

5 結(jié)語

航經(jīng)巴拿馬運河和圣勞倫斯運河時，船舶需按照運河規(guī)則配置特定的系泊屬具并滿足指定的系泊模式。 為保證系泊的安全便捷，需要根據(jù)船舶自身的特點進(jìn)行調(diào)整，在無法配置指定形式的系泊屬具時應(yīng)采用特殊形式的系泊屬具進(jìn)行替代。 羊角滾輪由于自身導(dǎo)槽尺寸限制，很難滿足單一系泊索在不同高度的導(dǎo)向要求，而單一羊角滾輪很難實現(xiàn)不同系泊索的獨立導(dǎo)向功能，羊角滾輪需借助特殊設(shè)計以解決系泊索的導(dǎo)向問題。

組合式帶纜樁既能實現(xiàn)系泊索導(dǎo)向，又能保證帶纜樁的系固模式，節(jié)省甲板空間，便于系泊索操作，具有較強(qiáng)的適配性。 用于替代圣勞倫斯運河導(dǎo)纜器的雙聯(lián)導(dǎo)纜孔充分利用導(dǎo)纜孔的特點，在保持上層甲板面結(jié)構(gòu)完整性的情況下，解決系泊索垂向大角度系泊問題， 同時避免出現(xiàn)系泊索鎖緊問題，可用于其他系纜模式， 更適用于狹小的甲板空間。升高式羊角滾輪能夠增大導(dǎo)槽有效高度，突破系泊索高度對羊角滾輪的限制，保證系泊索在不同高度平順導(dǎo)向。 姐妹羊角滾輪可兼顧不同系泊索的獨立導(dǎo)向功能，提高系泊靈活性，提高甲板空間的利用率。

特殊設(shè)計系泊屬具以標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，通過合理設(shè)計突破標(biāo)準(zhǔn)，形式靈活多變，適配性更高，對其他船舶的系泊設(shè)計具有參考價值。