国内鲨鱼钳装置的研究现状

杨 松，王 欢，刘 翔，张 明（武汉船用机械有限责任公司，湖北 武汉 430084）

综 述

国内鲨鱼钳装置的研究现状

杨 松，王 欢，刘 翔，张 明
（武汉船用机械有限责任公司，湖北 武汉 430084）

鲨鱼钳装置是现代海洋工程船实施打捞、深水起抛锚及海上平台供给等作业不可或缺的重要装备之一，主要用于钳住锚链或缆绳，并防止锚链或缆绳滑动，鲨鱼钳装置可与拖缆机、起重机、艉滚筒等配合使用。依据鲨鱼钳装置结构不同，将国内鲨鱼钳装置分为连杆式和叉式，其中根据鲨鱼钳及拖销所处位置不同，又将连杆式鲨鱼钳装置分为分体式和组合式。对各型鲨鱼钳装置的总体结构、研究现状进行概述，指出分体式及组合式鲨鱼钳装置在海洋工程船装配及使用过程中的优点，并对鲨鱼钳曲柄摇杆机构的工作过程进行归纳；详细阐述倾斜及竖直布置拖销的结构形式，对油缸驱动和几何限位等实现拖销旋转运动的2种方式进行详细介绍。

工程船舶；鲨鱼钳；装置；现状

0 引 言

鲨鱼钳装置是三用拖船、海洋救助船和油田守护船等具有海上拖曳作业功能的多功能海洋工程船以及其他从事打捞救助工作的拖船上必不可少的重要设备。作为海洋工程船的重点装备之一，鲨鱼钳装置较多地布置在船体主甲板上，上层建筑后方、拖缆机和艉滚筒之间，用于钳住锚链、缆绳或钢绳，从而防止锚链、缆绳的滑动，并能承受载荷。鲨鱼钳与拖缆机、起重机（旋转起重机或折臂起重机）及艉滚筒等配合使用，可实现海洋工程船打捞、深水起抛锚作业、海上救援及海洋平台供给等多项服务功能［1-3］。

当鲨鱼钳装置与拖缆机通过缆绳配合作业时，需依次完成以下步骤：① 操纵电控系统使液压泵站驱动鲨鱼钳及拖销升起，取下鲨鱼钳的盖板并打开钳口；② 将与拖带对象连接好的钢丝绳末端从两拖销之间穿过，并置于鲨鱼钳钳口，合上钳口以夹住钢丝绳的末端套环；③ 将拖缆机的钢丝绳与拖带对象的钢丝绳连接，并用拖缆机拉紧钢丝绳；④ 打开鲨鱼钳钳口，降下鲨鱼钳，装上鲨鱼钳盖板，适当放出一段钢丝绳即可进行拖带作业。因被拖带对象的钢丝绳由鲨鱼钳夹住，故连接钢丝绳时不会因风浪影响而产生危险；在拖带过程中，钢丝绳始终处于两拖销之间，使钢丝绳在船体转弯时不会左右摆动，从而避免损坏船舷或钢丝绳。

鲨鱼钳装置由安装在船艉甲板的鲨鱼钳、拖销及其电液控制部分组成，本文主要针对鲨鱼钳装置的机械部分进行研究，其中鲨鱼钳（shark jaw）又称液压链索制动器或液压缆钳，分两种型式：一种为连杆式（Triplex shark jaw），一种为叉式（Fork jaw）［4］；拖销分为圆柱形拖销（无盖板）和带有盖板的圆柱形拖销。

1 国内连杆式鲨鱼钳装置的研究现状

连杆式鲨鱼钳装置的鲨鱼钳机构采用曲柄摇杆结构，其拖销为圆柱形呈倾斜或竖直布置。根据鲨鱼钳和拖销所处位置的不同，连杆式鲨鱼钳装置可分为分体式（鲨鱼钳和拖销相互独立布置）和组合式（鲨鱼钳和拖销装配在同一机架）。当鲨鱼钳和拖销分体设置［5］时，其结构见图1，其中：拖销由分体式拖销和拖销机架组成；鲨鱼钳由分体式鲨鱼钳和鲨鱼钳机架组成。分体式鲨鱼钳装置的有益之处在于船厂可根据实际需要布置鲨鱼钳和拖销之间的位置而不增加机架的结构；其不足之处在于分体式鲨鱼钳装置控制协调性、安装性较组合式差。

钳体形式为连杆式的组合式鲨鱼钳装置，主要由钳体组件、拖销组件、顶销组件和机架等组成，其鲨鱼钳通过钳板上的钩角钳住锚链或缆绳，通过更换钳板的型号可使鲨鱼钳装置适应不同链索规格或缆绳直径的工作要求。

宁波捷恒机械有限公司［6］研制的一种组合式鲨鱼钳装置见图2。在其机架的上面板开有顶销孔、拖销孔及钳体孔，其中两拖销孔及两钳体孔分别对称布置；其钳体上安装有钳板，钳板的上部设置有钩角，用于钳住锚链；其拖销上部安装有拖销盖，两拖销盖与拖销形成封闭环用于限制锚链或缆绳的摆动范围；其顶销为升降型，设置在两鲨鱼钳钳板之间用于将下垂的链索顶起至两钳板顶部，以便于拆装卸扣。

图1 分体布置的鲨鱼钳装置

图2 组合式鲨鱼钳

该鲨鱼钳装置的顶销组件、钳体组件及拖销组件均由油缸驱动，顶销油缸竖直布置，拖销油缸沿拖销轴向布置。该鲨鱼钳装置的钳体组件是采用油缸（置于机架外侧）驱动的曲柄摇杆机构（见图3），当钳体组件不工作时，钳体位于机架上面板钳体孔内并处于水平状态；当钳体组件工作时，钳体油缸回缩，此时摇杆绕销轴①转动并带动连杆，连杆驱动钳体绕销轴⑤转动至竖直状态，此时连杆与摇杆处于同一直线。当钳板受链索作用有向回翻转趋势时，因连杆与摇杆的压力角为90°（机构处于止点位置），从而可使机构锁紧并减少对油缸及液压系统的冲击。该装置的拖销呈倾斜布置，其拖销盖非工作时位于上面板的销孔内；当处于工作状态时，拖销沿拖销轴向移动直至两拖销盖相接处。

区别于上述连杆式鲨鱼钳装置，无锡市海联舰船附件有限公司［7］研制的一种连杆式鲨鱼钳链/绳限位装置见图4，其鲨鱼钳油缸置于机架内部，拖销组件呈竖直布置且拖销上部安装有盖板。

图3 钳体组件曲柄摇杆机构

图4 鲨鱼钳链/绳限位装置

该型装置的鲨鱼钳机构采用曲柄摇杆机构，整体位于机架内侧，主要由钳体、连杆、摇杆、油缸、油缸座及销轴等组成（见图5），其工作原理与图3所示的曲柄摇杆机构类似，当油缸伸出到极限位置时，钳板与机架上面板平齐；当油缸回缩至极限位置时，钳板与机架上面板垂直且两钳板的钩角相接触。

该装置的拖销在下端极限位置时（非工作状态），拖销盖板背向两机架中心线指向外侧（见图4）；拖销在上端极限位置时（工作状态），拖销油缸伸出使拖销上升并旋转 180°至拖销盖板相向机架中心线指向内侧。拖销的结构示意见图6，在油缸推力作用下，安装在拖销上的导向柱首先沿套筒下直槽向上做直线运动，然后沿螺旋槽向上做螺旋运动（旋转角由套筒上的螺旋槽角度决定），再沿套筒上直槽做直线运动至拖销上限位。

图5 钳体组件曲柄摇杆机构

图6 拖销结构示意

与分体式鲨鱼钳装置相比，组合式鲨鱼钳装置的鲨鱼钳组件及拖销组件共同设置在机架上，因而可直接将装置安装在船体与机架相配合的开口上，并可避免分别安装鲨鱼钳和拖销需计算接口间距的问题。组合式鲨鱼钳装置提高了鲨鱼钳组件和拖销组件动作协调性，简化了鲨鱼钳和拖销的控制操作流程。同时，机架上设置的顶销组件能够将设置在船体上的链条或缆绳顶起并运送至钳板钩角处，从而提高系统的安全性。

2 国内叉式鲨鱼钳装置的研究现状

叉式鲨鱼钳装置与连杆式鲨鱼钳装置类似，主要由钳体组件、拖销组件和箱体等组成，其钳体组件的顶部通过U形叉（下称钳嘴）卡住锚链或缆绳。叉式鲨鱼钳装置的钳体为圆柱形，可在箱体套筒内上下滑动（油缸驱动）；其拖销组件为门式升降型，拖销体为圆柱形可在箱体套筒内上下滑动（油缸驱动），拖销顶部设置有盖板以挡住锚链或缆绳。拖销组件的旋转运动通过两种型式实现，一种为油缸驱动；一种为几何限位。

2.1 油缸驱动拖销旋转

图7为武汉船用机械有限责任公司［8］研制的一种叉式鲨鱼钳装置，其箱体内部开有钳体孔及2个对称布置的拖销孔；钳体上部安装有钳嘴，通过更换钳嘴的型号可使鲨鱼钳装置适应不同链索规格或缆绳直径的工作要求；其拖销组件竖直布置（见图8a），主要由盖板、拖销、滑动块、旋转套、套筒及油缸等组成，拖销底部焊接的导向块嵌入在旋转套滑动槽内并可上下滑动。在油缸Ⅰ的作用下，拖销沿旋转套滑动槽向上做直线运动；当拖销到达上限位时，油缸Ⅱ推动旋转套沿拖销轴线做旋转运动至两拖销盖板相接触（见图7）。

2.2 几何限位拖销旋转

武汉船用机械有限责任公司研制［9］的一种叉式鲨鱼钳装置的拖销组件由盖板、拖销、套筒、油缸、旋转套及导向块等组成（见图8b）。在油缸驱动作用下，拖销首先沿导向槽的直线段向上做直线运动；当拖销上升至套筒壁的螺旋槽时，其做螺旋线运动，其旋转角度由螺旋槽在套筒壁上的圆周角度决定。与油缸驱动拖销旋转型式比较，几何限位式拖销组件结构简单，能够减少鲨鱼钳装置的装配流程，降低制造成本，缩小装置在舱体内占用空间；其存在的不足是拖销上升过程中振动大、运动不平稳且导向块易磨损。

图7 叉式组合鲨鱼钳

图8 拖销组件

3 结 语

鲨鱼钳装置是海洋工程船必不可少的重要设备，主要用于钳住锚链或缆绳，从而防止锚链或缆绳滑动并承受载荷。鲨鱼钳装置与拖缆机、起重机及艉滚筒等配合使用，可实现海洋工程船打捞、深水起抛锚及平台供给等多项服务功能。

1）依据鲨鱼钳结构型式的不同，将鲨鱼钳装置分为连杆式和叉式；根据鲨鱼钳及拖销所处位置的不同，又将连杆式鲨鱼钳分为分体式和组合式。

2）论述了各型鲨鱼钳装置的总体结构，指出了分体式及组合式鲨鱼钳装置在海洋工程船装配及使用过程中的优点，并对鲨鱼钳曲柄摇杆机构的工作过程作了归纳。

3）详细阐述了倾斜及竖直布置拖销的结构型式，特别介绍了油缸驱动和几何限位两种实现拖销旋转运动的结构及过程。

［1］ 邵优华. 海洋救助拖船救助功能与配置研究［J］. 船舶设计通讯，2013 （136）： 5-9.

［2］ 蔡钿，梁天山，周国平. 16000kW深水工作船开发设计研究［J］. 船舶设计通讯，2013 （135）： 1-5.

［3］ 闫秋莲，周国平. 10000kW深水动力定位工作船抛起锚稳定性研究［J］. 船舶标准化工程师，2012 （5）： 47-51.

［4］ 张勇勇，王祺，徐兵，等. 叉式鲨鱼钳的机构设计探讨［J］. 船舶与海工，2014 （9）： 72-76.

［5］ 海洋石油支持船论坛. 鲨鱼钳［J］. 懒猴航海，2010，3 （1）： 1-23.

［6］ 宁波捷恒机械有限公司. 一种组合式鲨鱼钳：中国，201220077508.8［P］. 2012-11-21.

［7］ 无锡市海联舰船附件有限公司. 一种船用鲨鱼钳链/绳限位机构：中国，201310592222.2［P］. 2014-3-5.

［8］ 武汉船用机械有限责任公司. 一种鲨鱼钳装置：中国，291319151643.4［P］. 2013-7-31.

［9］ 武汉船用机械有限责任公司. 挡缆桩和挡缆装置：中国，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

国家发改委项目（GJYF-017）

杨松，男，助理工程师，1985年生。2013年毕业于华中农业大学机械工程专业，现从事船用甲板机械工艺研制工作。