25 000 DWT化学品船计算机电子辅助拉锚实验

赵学春，刘志强，董 帆

(1.中航鼎衡造船有限公司，江苏 扬州 225217；2.江苏科技大学 机械工程学院，江苏 镇江 212003)

25000DWT化学品船计算机电子辅助拉锚实验

赵学春1，刘志强2，董 帆1

(1.中航鼎衡造船有限公司，江苏 扬州 225217；2.江苏科技大学 机械工程学院，江苏 镇江 212003)

对25 000 DWT双相不锈钢化学品船锚系运用计算机虚拟拉锚仿真实验系统实现了锚系三维模型的虚拟建模以及虚拟装配，并且对船舶锚系泊锚系统进行运动仿真分析，重点对锚唇与锚座进行优化设计分析，最终确定船舶锚系的修改方案。实践证明:这项虚拟模拟仿真比当下根据制作木模或者刚模确定方案的方法更加精准快捷。

化学品船；三维模型；虚拟；拉锚；仿真实验；设计；装配

0 引言

船舶锚系的收放运动受众多因素影响，比如拉锚时的航速、海水的流速和海面上的风力等。假如船舶锚系各个组成部分(锚链舱、导链滚轮、锚唇等)的设计与装配不当，那么很有可能在船舶锚系泊锚系统工作过程中出现异常。

目前,大多数船厂采用传统的制作1∶1钢模或者木模拉锚实验，经过反复拉锚实验对锚系部件形状和位置进行调整，直至达到理想的效果，其中最为重要的就是锚唇与锚台的外形尺寸与相对位置关系。木模拉锚试验存在如下问题：

(1)木模拉锚试验往往安排在详细的生产设计后期，一旦木模拉锚出现问题，修改约束条件较大，影响其他专业设计。

(2)由于木模表面木质摩擦系数与钢摩擦系数存在差异并且密度存在差异，时常造成木模拉锚试验没有问题，但在后期建造过程中发现各种问题。

随着计算机在造船行业的应用和发展，近年来研制出不少优秀的电子拉锚系统以替代木模拉锚试验的方法。电子拉锚系统采用计算机虚拟样机技术确定锚系设计，并建立虚拟三维模型、开展虚拟实验，从而摆脱钢模或木模拉锚试验。其优点如下：

(1)三维设计模型比二维图纸更为直观，便于确定其布置角度，找到贴合点和碰撞点。

(2)虚拟拉锚试验代替手工木模拉锚试验，可大大缩短工期，从而节省大量的人力物力。另外，在做模拟仿真时，部件与部件之间采用的是钢的摩擦系数，比制作木模实验更加精准，比制作刚模实验更加省时省力。

(3)可以模拟船舶的横倾、纵倾拉锚情况，这种考虑计算了影响船舶航行的多种因素，使得这种虚拟拉锚试验更加实用、安全、可靠。

(4)可以在设计初期阶段就开展锚系设计验证，提前发现问题，找到优化的设计方案。

(5)可以利用三维模型辅助快速获得锚台放样图、锚台样板图、安装定位点等生产设计信息，从而使计算机辅助放样代替手工放样，节约了大量时间和人力成本，提高了放样精度。

本文以某25 000 DWT双相不锈钢化学品船的锚系为研究对象,应用计算机虚拟拉锚仿真实验系统实现了船舶锚系从三维设计建模到装配最后运动仿真的整个过程。通过这项试验，对锚系起抛锚运动以及最终锚爪与锚唇贴合状态进行了更加深入的分析测试和研究。

1 锚系虚拟拉锚试验方法

1.1虚拟锚泊系统环境建立

当前的船厂、设计所大部分面临着船舶锚系方案设计中选型、结构优化效率不高的问题。锚链筒角度与锚唇形状尺寸、相对位置设计等因素在锚系部件中是否合理，对于整个拉锚或者放锚运动具有非常大的影响。同时，锚唇与锚台形状尺寸优化设计的完善性与锚座相贴合的完美性有着很大的关系。为了锚座与锚唇完美的配合，根据仿真结果将锚唇外形做适当的调整是必要的。

船舶锚系虚拟样机收放锚的运动仿真运动一般流程如图1所示。

采用这种虚拟试验技术，以某25 000 DWT双相不锈钢化学品船的锚系为例，利用CAE对其整个锚系进行运动仿真，而锚系设计的修改是根据所得的运动仿真结果进行的。该技术应用模拟拉锚试验技术代替反复制作木模的方法，便于对最终的设计方案进行优化与确定。

本文利用图2的船舶拉锚试验仿真平台开展25 000 DWT双相不锈钢化学品船锚系的拉锚试验工作。

1.2三维几何锚系布置模型的建立

众所周知,一般的船舶建造都是单件或小批量定单方式生产,所以每艘船具有其独特的差异性。本船大抓力锚为外购件，由锚专业制造企业生产,与国家标准没有细化部分的尺寸存在差异，因此锚详细零件图一般根据零件图绘制。

按本船的锚系布置图、锚唇结构图、锚链筒结构图、锚台结构图等二维初始设计工程图进行锚系三维建模。平面结构布置图和三维虚拟装配图如图3所示。

在拉锚虚拟实验中若发现一些结构不当或者装配尺寸不合理等问题,可以按要求直接调整相应设计模型,进而重新进行拉锚仿真试验，循环验证优化直到满足要求，之后得到满足要求的设计工程图并投入建造。该方法可大量节省锚系实验成本，提前在设计初期发现设计存在的问题，避免后期的损失。

1.3拉锚运动仿真检测要点

(1)起锚是否碰球鼻艏检测：在此起抛锚运动仿真过程中，锚链与锚座会因为一些外力发生轻微摆动，沿着锚唇边缘垂直上升。若拉锚过程中出现干涉碰撞，虚拟实验程序将会报错停止实验，此时则需要稍微修改锚台伸出尺寸。同时，可以检测横倾、纵倾情况。

(2)锚与锚唇最终贴合仿真检测：目的是检查锚唇与锚座、锚爪的接触状态，包括锚唇与锚座接触数量、锚杆在锚链筒的位置等。

(3)锚翻转状态检测：目的是检查锚杆进入锚链筒后，能否正常翻转贴合，特别是锚尖指向外板状态时，是否能翻正贴合。

2 实船锚系锚唇贴合仿真试验结果分析

25 000 DWT双相不锈钢化学品船选用抓重比大的改进型平衡式大抓力锚，起锚过程中尤其要注意锚尖指向外板时翻正贴合情况。图4和图5分别为进行虚拟拉锚运动仿真实验后最终得到的锚座与锚唇贴合的侧视图与正面图。本次实验锚座和锚唇运动配合状态良好,各项系数都在正常水平。

如果仿真时出现卡锚现象或者配合不精准，之后可根据锚与球鼻艏起始状态、锚与锚唇最终贴合状态以及锚的翻转状态进行针对性的修改和完善，再进行实验仿真。这样仅仅通过计算机设计以及进行实验验证就大大节省了上述修改木模或者重做钢模所需耗费的大量工时。

利用计算机技术的1∶1虚拟拉锚实验可以直观逼真地展示锚系从起始状态到最终锚爪与锚座配合状态的整个过程。与此同时，如果在配合状态完成之前出现锚爪翻转情况，工作人员可以清楚地看到并记录下来。在仿真完成之后还利用该三维设计技术获得了二维工程图和安装点坐标等信息。

3 结语

综上所述，在整个船舶锚系的设计中，锚链筒与锚唇相对角度以及外形尺寸最为重要，直接影响锚系整体的建造误差，从而导致一些不良事件发生。针对25 000 DWT双相不锈钢化学品船锚系设计采用专用锚系设计软件，进行了起锚状态检测、翻转状态检测、贴合状态检测,并输出了锚台二维展开图、样板图和安装点坐标等。利用三维设计代替二维设计，计算机电子拉锚代替木模拉锚，计算机辅助放样代替手工放样，既提高了船舶锚系设计的精度，又大大缩减了锚系的生产周期。

经过多次反复实践可以证明，计算机虚拟拉锚仿真实验系统实现锚系三维模型的虚拟设计和虚拟装配技术可以代替制作木模或钢模进行模拟拉锚实验，从而更加准确地确定船舶锚系设计方案并及时改进完善，达到明显降低生产成本，大大缩减制造周期等目的。计算机虚拟拉锚仿真实验技术确实是值得在船舶行业推广使用的技术。

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U664.4

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2016-04-12

赵学春(1980—)，男，工程师，主要从事船舶舾装设计工作。