閻 焱，盧曉翔

（上海江南長(zhǎng)興造船有限責(zé)任公司，上海 201913）

0 引 言

大型船舶，現(xiàn)在通常指15萬(wàn)t以上的船舶，此類(lèi)船舶主尺度大，對(duì)錨泊的操控要求高；錨系設(shè)計(jì)完整性強(qiáng)[1]，包含錨機(jī)、掣鏈器、錨鏈筒、凸臺(tái)錨唇等，各部分都可能對(duì)收放錨造成影響。在船舶營(yíng)運(yùn)過(guò)程中錨系發(fā)生問(wèn)題，輕則影響錨鏈?zhǔn)辗?，降低錨機(jī)的使用壽命；重則引起重大安全事故，造成經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。如船舶在靠泊放錨時(shí)發(fā)生問(wèn)題，就會(huì)有碰撞碼頭或其他船舶的潛在危險(xiǎn)；本船錨泊時(shí)遇其他船舶失控靠近需緊急起錨時(shí)不能操作，也會(huì)有避碰失敗的問(wèn)題。因此，錨系出現(xiàn)問(wèn)題將直接影響船舶的營(yíng)運(yùn)安全，值得重視。

1 常見(jiàn)不良運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

在大型船舶錨系運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的不良狀態(tài)很多，主要為3大問(wèn)題：爬鏈、倒鏈、收鏈位置不定。這3個(gè)問(wèn)題互相聯(lián)系且互相影響。

1.1 爬鏈的定義和危害

爬鏈?zhǔn)侵稿^鏈在收取過(guò)程中，不能在錨唇最低點(diǎn)處保持平衡，錨唇對(duì)錨鏈的反作用力R在水平方向產(chǎn)生分力R1，在水平分力R1的作用下，錨鏈沿著錨唇弧線向上滑動(dòng)，達(dá)到一個(gè)平衡位置時(shí)，錨鏈翻身下落回到錨唇最低點(diǎn)，然后重復(fù)這一過(guò)程，這就是“爬鏈現(xiàn)象”（見(jiàn)圖1）。

圖1 錨唇處正常受力與爬鏈時(shí)受力分析對(duì)比

其危害有：a) 對(duì)錨唇一側(cè)造成的磨損加劇，影響錨唇的使用壽命[2]；b) 對(duì)掣鏈器滾輪一側(cè)造成的磨損加劇，影響掣鏈器滾輪的使用壽命；c) 錨鏈翻轉(zhuǎn)下落過(guò)程中給錨機(jī)造成瞬間沖擊，使錨機(jī)的軸系受到傷害，影響錨機(jī)使用壽命；d) 通常會(huì)產(chǎn)生倒鏈現(xiàn)象。

1.2 倒鏈的定義和危害

倒鏈?zhǔn)侵冈阱^鏈?zhǔn)蘸玫那闆r下，應(yīng)該處于垂直狀態(tài)的錨鏈由于受外力影響，不能保持垂直，向一側(cè)傾倒的現(xiàn)象（見(jiàn)圖2）。

其危害有：a) 對(duì)掣鏈器滾輪一側(cè)造成的磨損加劇，影響掣鏈器滾輪的使用壽命；b) 掣鏈器合扇式閘刀一側(cè)無(wú)法合上，掣鏈器無(wú)法正常使用。

1.3 收鏈位置不定

收鏈位置不定有兩種情況，一是由于倒鏈造成的合扇式閘刀一側(cè)無(wú)法合上；另一種是錨鏈?zhǔn)掌鸷笞罱K位置不能保持一致，忽前忽后，閘刀位置無(wú)法確認(rèn)。貿(mào)然以其中一個(gè)位置定位，在拋錨試驗(yàn)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)其他情況：

a) 閘刀與錨鏈間距變大，合攏后錨爪太松，航行時(shí)反復(fù)磨損錨唇，影響錨和錨唇的使用壽命；b) 閘刀與錨鏈間距變小，閘刀卡住，不能順利合攏，船東必然會(huì)提出重新修改位置甚至再次試航。

2 問(wèn)題分析和解決方案

根據(jù)受力分析來(lái)判斷問(wèn)題產(chǎn)生的原因并解決問(wèn)題；通過(guò)改變受力，來(lái)減輕和消除錨鏈?zhǔn)辗胚^(guò)程中的3大問(wèn)題。

2.1 爬鏈原因分析及解決方案

由圖1可知，水平分力R1就是導(dǎo)致爬鏈的罪魁禍?zhǔn)?。這個(gè)R1在YZ平面之內(nèi)，對(duì)比左邊的正常受力分析圖，有這個(gè)力的存在，說(shuō)明整個(gè)錨唇處的受力并不是僅僅在XY平面之內(nèi)，即錨鏈拉力不是僅僅沿著X軸向的，在安裝中就表現(xiàn)為錨機(jī)滾輪中心、錨鏈筒中心、錨唇最低點(diǎn)不在同一平面XY內(nèi)（見(jiàn)圖3）。

嚴(yán)格意義上講，由于常見(jiàn)船舶錨鏈筒口處的外板具有雙向曲度，錨鏈也不能完全看成繩狀柔性體，因此錨唇最低點(diǎn)不一定是在X軸上，但也十分接近了，為簡(jiǎn)化受力分析，就默認(rèn)錨唇最低點(diǎn)就是在中心線上了。

爬鏈現(xiàn)象會(huì)直接導(dǎo)致后續(xù)倒鏈和閘刀無(wú)法定位，因此這個(gè)問(wèn)題是危害最嚴(yán)重且最為棘手。

解決方案 1：旋轉(zhuǎn)掣鏈器。錨機(jī)滾輪中心、錨鏈筒中心、錨唇最低點(diǎn)不在同一平面XY內(nèi)，實(shí)際上就是錨鏈筒或是錨唇裝偏了，這時(shí)通過(guò)掣鏈器旋轉(zhuǎn)角度變化，使得受力重新落在同一個(gè)平面X'Y，減少或消除水平分力R1（見(jiàn)圖4）。

圖3 爬鏈狀態(tài)在布置圖中的顯示

圖4 旋轉(zhuǎn)掣鏈器改善爬鏈

這樣修改會(huì)有一些弊端，如錨鏈在錨鏈筒中偏向一側(cè)，加劇了錨機(jī)滾輪的磨損，還有可能加劇倒鏈現(xiàn)象。如果錨唇最低點(diǎn)偏差較大，掣鏈器轉(zhuǎn)動(dòng)較大，錨鏈偏中現(xiàn)象會(huì)很明顯，船東可能會(huì)不接受。

修改實(shí)例：某船由于前期精度控制不利，錨唇安裝角度偏差，最低點(diǎn)偏中，通過(guò)此方案修改，改善了爬鏈現(xiàn)象，雖出現(xiàn)錨鏈偏中和輕微倒鏈的現(xiàn)象，但實(shí)際拋錨試驗(yàn)還是比較成功，船東接受。

方案 2：錨唇增加凸塊。直接作用于問(wèn)題根源點(diǎn)，在錨唇上增加凸塊（見(jiàn)圖5），給錨鏈一個(gè)反作用力，直接消除水平分力R1。

此方案雖效果很好，但實(shí)施起來(lái)困難很大，存在很多問(wèn)題：如凸塊的尺寸和位置難以確定，需反復(fù)試驗(yàn)；鑄鋼件焊接工藝復(fù)雜；施工位置懸空，安全性很差。

因?yàn)檫@一方案工藝和工期方面的問(wèn)題，罕有實(shí)船采用，也少有相關(guān)數(shù)據(jù)的積累供分析。有待進(jìn)一步研究。

圖5 錨唇增加凸塊

2.2 倒鏈原因分析及解決方案

倒鏈?zhǔn)怯捎赼) 爬鏈產(chǎn)生的后續(xù)影響，掣鏈器滾輪也會(huì)給垂直狀態(tài)的錨鏈一個(gè)類(lèi)似Rx的水平方向外力，導(dǎo)致側(cè)倒；b) 收鏈時(shí)錨翻轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)不靈，錨爪在錨唇上滑動(dòng)的扭轉(zhuǎn)力矩N不能消除，傳遞到垂直狀態(tài)的錨鏈上，導(dǎo)致側(cè)倒。針對(duì)由水平分力Rx或扭轉(zhuǎn)力矩N的不同情況，有不同的處理方案。

解決方案1：傾斜掣鏈器（見(jiàn)圖6）。

圖6 掣鏈器受力分析

圖6（a）所示，在水平力Rx和（或）扭轉(zhuǎn)力矩N的作用下，錨鏈會(huì)向右側(cè)倒；如果反向傾斜掣鏈器，支撐力F就會(huì)在水平方向產(chǎn)生分力Fx，減小甚至抵消Rx，而變大的F也會(huì)增加錨鏈和掣鏈器滾輪之間的摩擦力，其力矩也會(huì)在一定程度上抵消扭轉(zhuǎn)力矩N的作用（見(jiàn)圖6(b)）。

修改實(shí)例：某船出現(xiàn)倒鏈的現(xiàn)象，按此方案傾斜掣鏈器，明顯改善倒鏈現(xiàn)象，傾斜的角度也在廠家許可的范圍內(nèi)。實(shí)際拋錨試驗(yàn)工況正常，船東接受。

需要注意的是，傾斜掣鏈器需多次少量逐步調(diào)整，觀察錨鏈?zhǔn)芰η闆r的變化，不應(yīng)一次性修改過(guò)大。

方案2：潤(rùn)滑轉(zhuǎn)環(huán)。在沒(méi)有明顯爬鏈，卻出現(xiàn)錨鏈側(cè)倒的情況下，這是由于扭轉(zhuǎn)力矩N導(dǎo)致的。首先，應(yīng)排除轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)不靈的情況。

在收緊狀態(tài)下，在轉(zhuǎn)環(huán)內(nèi)外用石蠟筆劃一直線，再收放幾次，直線偏開(kāi)則說(shuō)明轉(zhuǎn)動(dòng)良好，如一直不變，說(shuō)明轉(zhuǎn)環(huán)已卡死。在轉(zhuǎn)環(huán)內(nèi)加入牛油潤(rùn)滑，確保轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)自如。

方案3：水平錨鏈下方增加凸塊。有時(shí)轉(zhuǎn)環(huán)已經(jīng)正常旋轉(zhuǎn)，但還有倒鏈，說(shuō)明僅靠轉(zhuǎn)環(huán)還未消除扭轉(zhuǎn)力矩N。在這種情況下只能采取直接干預(yù)，在倒鏈的錨鏈下一節(jié)的水平錨鏈下方加上凸塊，支撐力矩直接抵消扭轉(zhuǎn)力矩N（見(jiàn)圖7）。

修改實(shí)例：某船出現(xiàn)倒鏈的現(xiàn)象，采取方案1和方案2反復(fù)調(diào)整均無(wú)效果，最終采取增加凸塊干預(yù)的辦法，倒鏈現(xiàn)象消除，但這是非常規(guī)修改，船東勉強(qiáng)接受。加凸塊與倒鏈相比，船東還是不希望出現(xiàn)這種非常規(guī)的修改方式，可以適當(dāng)放寬倒鏈的接受程度，盡量通過(guò)常規(guī)方法調(diào)整掣鏈器。

方案4：采用深槽掣鏈器滾輪。掣鏈器滾輪分為深槽和淺槽。淺槽是水平鏈環(huán)與滾輪表面相離，豎直鏈環(huán)與滾輪槽底接觸；深槽是水平鏈環(huán)與滾輪表面接觸離，豎直鏈環(huán)與滾輪槽底相離。

但如果對(duì)鏈環(huán)的強(qiáng)度沒(méi)有把握，建議盡可能采用槽較深的淺槽滾輪。

圖7 水平錨鏈下方增加凸塊干預(yù)倒鏈

2.3 收鏈位置不定原因分析及解決方案

該現(xiàn)象是由于a) 倒鏈造成的閘刀一側(cè)無(wú)法合上，顯然原因歸結(jié)于倒鏈；b) 錨鏈?zhǔn)掌鸷笞罱K位置不能保持一致，又有幾種可能。原因一：錨系液壓系統(tǒng)有問(wèn)題，液壓油不潔或有跑冒滴漏現(xiàn)象，造成系統(tǒng)拉力反復(fù)，不能順利定位；原因二：錨爪和錨唇之間由于多次收放產(chǎn)生磨損凹痕，在數(shù)次拉力不足的情況下會(huì)造成凹痕加深，錨爪會(huì)卡在這個(gè)位置，再不能到達(dá)正確位置；原因三：錨的左右角度可能不完全一致，國(guó)標(biāo)規(guī)定的誤差為±1°，另外錨左翻轉(zhuǎn)、右翻轉(zhuǎn)、不翻轉(zhuǎn)幾種情況下錨爪最后在錨唇上的貼合位置也不一定一致，這也可能造成錨鏈?zhǔn)掌鸷笞罱K位置的不確定。

解決方案：?jiǎn)栴}a）已由2.2部分解決，在此不再敘述，主要解決b）所述的3個(gè)原因。

方案1：針對(duì)第1個(gè)原因，檢查液壓系統(tǒng)，確保工作狀態(tài)良好。系統(tǒng)安裝是否正確，是否有跑冒滴漏，壓力能否達(dá)到要求，冷卻系統(tǒng)是否運(yùn)轉(zhuǎn)等等，均應(yīng)該在液壓系統(tǒng)檢查范圍之內(nèi)，必須認(rèn)真仔細(xì)，不放過(guò)可疑之處。

也有些客觀原因會(huì)導(dǎo)致壓力變小，如系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致油溫升高，液壓油粘性下降，壓力降低，此時(shí)可以開(kāi)啟冷卻系統(tǒng)或停止泵運(yùn)行，回復(fù)正常狀態(tài)。

修改實(shí)例：某船初期調(diào)整時(shí)出現(xiàn)了幾次收鏈位置不同的情況，前后位置相差近 100mm，經(jīng)過(guò)液壓系統(tǒng)檢查，發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)中一個(gè)法蘭有問(wèn)題，平法蘭變成了凸肩法蘭，有壓力損失。修改后順利定位。

方案2：針對(duì)第2個(gè)原因，在錨唇上涂牛油，光順錨爪的運(yùn)動(dòng)。僅在船廠調(diào)整時(shí)使用，應(yīng)注意CCS技術(shù)通函-《美國(guó)環(huán)保署關(guān)于“船舶油水界面使用環(huán)保潤(rùn)滑油”的規(guī)定》的要求。

方案3：針對(duì)第2個(gè)原因，掣鏈器微調(diào)一個(gè)角度，改變收錨時(shí)錨爪的位置。不要看只是微調(diào)，但實(shí)際上確實(shí)可以在一定程度上改變受力情況，可能由此就改變錨爪卡住的情況。不能保證一定有效，但一定要嘗試。

修改實(shí)例：某船經(jīng)過(guò)吊籠近距離觀察錨唇處發(fā)現(xiàn)錨爪卡住的問(wèn)題，加牛油潤(rùn)滑后，同時(shí)改變掣鏈器一個(gè)小角度，之后錨爪運(yùn)動(dòng)正常，系統(tǒng)順利提交。

方案4：針對(duì)第3個(gè)原因和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，取最優(yōu)點(diǎn)來(lái)定位。錨爪的角度和翻轉(zhuǎn)情況均是不可控的，只有多次試驗(yàn)取最合適的點(diǎn)來(lái)定位。多次試驗(yàn)，盡量覆蓋每一種狀態(tài)。多次試驗(yàn)，在掣鏈器上對(duì)應(yīng)標(biāo)注收鏈后需卡住哪節(jié)錨鏈的不同?？课恢茫〕霈F(xiàn)概率最高最密集的幾個(gè)位置為基準(zhǔn)定位，以此作為定位基準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)重新調(diào)整掣鏈器，忽略其他位置。在實(shí)際校驗(yàn)中，收放錨鏈可允許一兩次失敗的，以備查找故障原因。

3 相關(guān)工藝和精度控制解決方案

錨系是一個(gè)不可分割的整體，任一部分出現(xiàn)問(wèn)題均會(huì)影響錨鏈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如等到最后提交時(shí)再來(lái)解決問(wèn)題已經(jīng)晚了，而且解決效果也不一定好，最好把問(wèn)題扼殺在萌芽之中。

嚴(yán)格控制錨臺(tái)、錨唇、錨鏈筒安裝精度，錨機(jī)中心、錨鏈筒中心、錨唇最低點(diǎn)三點(diǎn)一線必須要保證好；錨唇偏中，一定會(huì)有爬鏈和倒鏈的現(xiàn)象，光靠掣鏈器的調(diào)整根本無(wú)法徹底解決！

前面實(shí)例中也提到，雖然通過(guò)掣鏈器的調(diào)整減輕了爬鏈，能達(dá)到規(guī)范要求，船東也接受了，但憑心而論，收放鏈的效果并不是很好。所以，在分段安裝階段，必須控制好安裝精度。

為此，編制了“錨臺(tái)、錨唇、錨鏈筒裝焊工藝”。利用劃線定位安裝，嚴(yán)格按照工藝圖紙尺寸開(kāi)孔、安裝定位等。

如錨鏈筒安裝需：依據(jù)分段船體中心線、錨鏈筒中心位置肋位線、錨鏈管中心位置肋位線，分別劃出錨鏈筒在主甲板上的中心點(diǎn)和錨鏈管在主甲板上的中心點(diǎn)；在外板上找出的肋位基準(zhǔn)線、甲板邊線，按照圍長(zhǎng)數(shù)據(jù)劃出錨鏈筒在外板上的中心點(diǎn)（由專業(yè)人員使用全站儀校核錨鏈筒在外板上的中心點(diǎn)）。

通過(guò)給出細(xì)致的的安裝劃線尺寸圖紙和嚴(yán)格的精度控制要求，可以確保安裝時(shí)對(duì)中良好，降低錨系不良運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生的可能。

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)

選擇合適的掣鏈器型式，可以減少調(diào)整的難度。常見(jiàn)掣鏈器的型式有：閘刀掣鏈器、螺旋掣鏈器、滾輪閘刀掣鏈器、導(dǎo)軌滾輪舌型等等。常用的掣鏈器型式為滾輪閘刀掣鏈器和液壓式導(dǎo)軌滾輪合扇式掣鏈器（見(jiàn)圖8、9）。

圖8 滾輪閘刀掣鏈器

圖9 液壓式導(dǎo)軌滾輪合扇式掣鏈器

在不同類(lèi)型掣鏈器的調(diào)整過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)掣鏈器型式不同對(duì)錨鏈運(yùn)動(dòng)調(diào)整也有很大的影響。

通過(guò)兩種不同的掣鏈器型式的對(duì)比（見(jiàn)表1），雖然液壓式導(dǎo)軌滾輪合扇式掣鏈器在操作性和錨鏈運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性上有著一定的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)錨系運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)問(wèn)題的容錯(cuò)性很差，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，就將會(huì)給錨鏈調(diào)整帶來(lái)很多困難，特定的情況下，有的問(wèn)題幾乎無(wú)法解決。而滾輪閘刀掣鏈器構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便，在調(diào)整過(guò)程中更加具有適應(yīng)性。

表1 兩種掣鏈器的性能對(duì)照表

5 結(jié) 語(yǔ)

大型船舶的建造過(guò)程中，錨系是一個(gè)主要系統(tǒng)，直接影響船舶的安全和營(yíng)運(yùn)，船東必將越來(lái)越嚴(yán)格要求，這意味著錨系的交驗(yàn)過(guò)程將越來(lái)越困難。由于錨系運(yùn)動(dòng)不良的情況而導(dǎo)致錨唇重新安裝甚至更換艏部分段的情況也時(shí)有發(fā)生。這對(duì)船廠提出了更高的要求。

對(duì)錨系不良運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了歸類(lèi)，主要?dú)w結(jié)于3大問(wèn)題：爬鏈、倒鏈、收鏈位置不定。通過(guò)受力分析的方法得出這些問(wèn)題產(chǎn)生的原因，并有針對(duì)性地提出解決辦法，同時(shí)對(duì)問(wèn)題的預(yù)防也從建造工藝、精度控制以及設(shè)計(jì)選型方面提出了見(jiàn)解，希望對(duì)大家有所幫助。

錨系運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題都可以通過(guò)受力分析的方法來(lái)找原因。然而實(shí)際上錨鏈運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和受力情況都相當(dāng)復(fù)雜，并不是簡(jiǎn)單的分析就可以全面覆蓋的。所以在理論分析的同時(shí)還需現(xiàn)場(chǎng)不斷的調(diào)整，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整的實(shí)際情況進(jìn)一步完善受力分析。

反復(fù)的嘗試是有益的，只要有想法，都可以在調(diào)整的過(guò)程中進(jìn)行嘗試，往往一個(gè)小小的角度變化，都可以帶來(lái)令人振奮的結(jié)果。

[1] 中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司、中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司、中國(guó)造船工程學(xué)會(huì). 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，2013.

[2] 凌世豪. 船舶錨唇設(shè)計(jì)[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1979.