船用滚轮闸刀掣链器设计

2020-03-31金林武宋浩吴茂伦陈杰李虎

广东造船 2020年6期

金林武宋浩吴茂伦陈杰李虎

摘要：安全可靠的掣链器是抛锚固定船舶的重要保障，掣链器的设计、安装、调整会影响收放锚效果。本文以国际船级社联合会UR A3（2017）要求为基础，详细介绍了掣链器的结构形式、影响因素和设计载荷。根据多型船设计经验，总结出滚轮闸刀型掣链器选型、设计、安装时所遇的问题和解决方法，供相关人员参考。

关键词：闸刀型;掣链器;设计载荷;选型;经济性

中图分类号：U671.91 文献标识码：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

掣链器是船舶在航行或抛锚时固定锚链的装置。国际船级社联合会UR A3规定：掣链器及其附件应能承受80%的锚链最小破断力，其受力部件不会产生永久变形[1]。

常用的掣链器形式有：闸刀掣链器、螺旋掣链器、滚轮闸刀掣链器和导轨滚轮舌形掣链器等。其中滚轮闸刀掣链器和导轨滚轮舌形掣链器在我国最为常用，其特点是结构紧凑、安装方便、操作简单。

作者长期接触的掣链器均为滚轮闸刀掣链器，下面对滚轮闸刀掣链器进行简要分析。

2 滚轮掣链器的分类

常用的滚轮掣链器主要有两种：导轨滚轮舌形掣链器和滚轮闸刀掣链器，如图1所示。

（1）导轨滚轮舌型掣链器

导轨滚轮舌型掣链器的止挡块在锚链行走方向上进行旋转，该止挡块的工作位置由其旋转角度决定;舌型止挡块工作位置与锚链链环存在一定的调节空间，方便后期安装调整及正反锚调试;掣链器配重沿锚链运動方向布置，掣链器两侧占用空间小;舌型止动块转轴位于锚链正上方，配重手柄位置较高，当链径较大时需增设操作平台;舌型掣链器因其结构特点，对止挡块所需止动的竖向链环位置没有特殊要求，存在较大的设计灵活性。

（2）滚轮闸刀掣链器

闸刀掣链器采用闸刀止动块，该止动块沿锚链行走的垂直方向旋转;闸刀掣链器较舌形掣链器结构更加简单紧凑，在各类大型船舶上均有采用。

根据闸刀作用点不同，闸刀掣链器又分为两种形式：

① 一种如图1 b）所示：闸刀挡块通过与竖向链环接触起到止动作用，大部分闸刀掣链器均采用该类设计，其具有结构简单、操作方便、重量较轻、可靠性高等优点;但也存在较大的局限，在后文详细介绍。

② 第二种如图2所示：闸刀与横向平躺链环接触起到止动作用，该类掣链器实际应用较少。掣链器通过特制的闸刀卡住平躺链环，取消了止动链环必须为转折链环的限制，可以将闸刀设置在滚轮后方，使掣链器主体结构后移，改善了本体与锚链筒甲板法兰干涉的情况;但该类闸刀掣链器存在结构复杂、重量较大、长度较长不利于布置等缺点。

3 主要影响因素

掣链器是船舶抛锚时重要的受力部件，其主要影响因素如下：

3.1 锚机链轮包角

在确定掣链器高度时，一定要保证锚机链轮的包角（或锚机链轮出链角）满足锚机厂家要求。如果锚机链轮包角过小，容易引起锚链与锚机链轮接触面积不足，导致锚机提升力不够、锚机链轮过度磨损等情况，故锚机链轮的包角应不小于115°，如图3所示。

3.2 滚轮上部导轨

根据锚链进入滚轮之前是否设置导轨，可分为普通滚轮掣链器和导轨滚轮掣链器两种。在滚轮掣链器设计时，应按照三环接触的原则，即锚链在通过掣链器滚轮时应保证三个链环同时接触滚轮，这样才能保证锚链的平稳过渡和转折。滚轮直径越大，越容易实现三环接触，锚链收放越平稳。

大滚轮掣链器会出现滚轮与甲板间隙过小、本体结构过大，不利于掣链器的使用和安装。导轨滚轮掣链器正是基于这样的原因，设计时在滚轮上端设置一段导轨，保证锚链运动平稳过渡，在此基础上可适当减少滚轮直径。普通滚轮掣链器选用10倍锚链直径的滚轮，该类掣链器结构简单、体积大、质量重，闸刀型掣链器一般采用这种形式;导轨滚轮掣链器选用8倍锚链直径滚轮，该类掣链器结构略复杂、体积小、质量轻，舌型掣链器一般采用这种形式。

3.3 滚轮链槽深度

滚轮掣链器根据滚轮链槽的深浅，分为浅槽和深槽滚轮掣链器两种：

（1）浅槽滚轮链槽

锚链通过时竖向链环的下部与链轮槽底部接触。该竖向链环成为锚链转折处主要受力链环。由于竖向链环与滚轮接触，链环无法保持竖直，收放时锚链不易平稳并且容易跳链，故浅槽滚轮应用较少;

（2）深槽滚轮链槽

锚链通过时竖向链环与链轮槽底部不接触，平躺的横向链环成为锚链转折处主要受力链环。由于锚链通过时竖向链环与滚轮不接触，竖向链环保持竖直，收放时锚链的平稳性有保证，不容易出现跳链。

目前掣链器中绝大多数都采用了深槽滚轮链槽， JIS和GB标准中采用的也是深槽滚轮掣链器。

3.4 滚轮下部卡槽

为改善锚链收放时的扭转情况，减少掣链器链轮磨损，可以在掣链器下部增设卡槽。收放锚链时卡槽一般不受力，只有锚链存在严重偏转或者上下跳动幅度过大时，卡槽起到限制作用。大量木模试验及实船证明，该部件效果良好，较好的解决了锚链的扭转情况。下部卡槽示意图，如图4所示。

3.5 設计载荷

掣链器及其附件应能承受锚链最小破断力的80%。在掣链器设计时，一般上部采用JIS标准掣链器结构，强度不用校核;下部追加底座，需对其进行强度校核，并送船级社认可。

4 滚轮闸刀掣链器的优化设计

由于船舶不断大型化，闸刀型掣链器应用最广。闸刀型止动块为接近或抵住锚链转折处的竖向链环，往往高度较低、位置距锚链筒较近，所以掣链器设计时容易出现本体前倾严重、底座与锚链筒甲板法兰干涉的情况。由于滚轮与甲板之间高度间隙较小，掣链器本体与锚链筒甲板法兰干涉，会对现场安装调节掣链器产生限制。以上这些因素需要在设计中重点考虑，降低现场调整难度和工作量。

下面具体介绍闸刀型掣链器在设计、调试和安装过程中，遇到的问题和解决方案。

4.1 闸刀与锚链间隙过大

船厂进行掣链器初步定位时，可能发现掣链器闸刀与锚链间隙过大，此问题一般发生在锚链转环与第一节卸扣之间的链节数量设置错误，差了一个链环。由于锚链出厂时会进行拉力试验，此时可以割除一个普通链环处理。

4.2 闸刀与锚链间隙超差

船厂进行掣链器精确定位时，正反锚状态下闸刀与锚链间隙差异较大，造成其中一种状态间隙值过大。

AC-14大抓力锚因为其重量是普通锚的75%，可有效降低使用和维护成本，被广泛使用。AC-14大抓力锚的锚爪在收锚时始终偏向一边，再加上锚的转动，锚进入锚唇时有内爪和外爪两种情况，其中内爪容易卡住。为保证大抓力锚顺利收纳到位，锚唇的设计比较复杂，另外锚唇材质为铸钢件，精度较难控制。

基于以上情况，JSQS要求收锚后止动块与锚链间隙不超过25 mm。由于锚爪内外爪开度、锚唇形状误差，以及转环灵活度等因素影响，偶尔会引起掣链器闸刀与链环间隙超差。为此，建议采取对锚杆根部进行堆焊或打磨的方法控制锚杆与锚爪的相对开度，配合调整掣链器位置控制闸刀与链环间隙值在5～25 mm范围内。

另外，需注意掣链器底座高度需加100 mm余量交货，便于现场逐步分多次调整，以免切割过量造成掣链器报废[5]。

4.3 闸刀操作手柄配重设置

在设计阶段为得到最佳闸刀操作力方案，一方面调整配重大小，另一方面还应注意配重臂与闸刀的夹角，以及配重操作力的力臂等：

（1）夹角越小，操作力越小;但夹角过小，闸刀在打开时配重位置会过于偏下，可能与掣链器本体干涉;

（2）力臂越长，操作力也越小;但过长的力臂会影响操作的便利性和掣链器的美观性;