史紹明 王政凱

【摘 要】定位錨絞車與航行錨絞車是工程船作業(yè)能力的重要保證，為節(jié)省甲板空間，將兩者功能集成，設計一種新型航行錨兼定位錨絞車。本文以某10000t舉力半潛駁為例，將航行錨機整合到移船絞車上，主要從總體方案設計、技術(shù)參數(shù)分析與優(yōu)化、制動器受力部件校核三個方面對其設計方法進行研究。絞車改制后，整機動力不變，甲板使用面積下降20%，整機重量下降30%，省去錨鏈艙，具有較好的經(jīng)濟性。

【關(guān)鍵詞】工程船;海洋工程作業(yè);航行錨絞車;定位錨絞車;支持負載

1 引言

近年來，我國造船業(yè)發(fā)展迅速，訂單量多年穩(wěn)居世界前列，我國已發(fā)展成為公認的造船大國。然而，我國造船業(yè)面臨大而不強的問題，相關(guān)船舶配套業(yè)的發(fā)展仍較為滯后。錨絞機作為一種典型的船舶配套設備，對于船舶或平臺的穩(wěn)定與航行安全至關(guān)重要[1]。盡管錨絞機已經(jīng)較為成熟，但為順應當前生產(chǎn)專業(yè)化和市場快速反應的形勢，仍然需要進一步的發(fā)展。

近年來，國內(nèi)相關(guān)學者針對錨絞機的設計進行了一些研究，內(nèi)容主要集中在結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化、振動噪聲分析與控制和輕量化技術(shù)等方面。胡甫才等（2007）針對錨絞機滾筒進行了有限元分析和試驗研究，為滾筒的優(yōu)化設計提供了依據(jù)[2]。李兆元（2010）從載荷計算方法入手對絞纜筒的有限元分析進行了研究[3]。潘良高等（2014）對錨絞機焊接基座進行了結(jié)構(gòu)分析，探討了其載荷計算方法和應用ANSYS進行結(jié)構(gòu)分析的加載方法[4]。酈羽等（2015）研究了采用Patran/Nastran軟件對錨絞機支撐結(jié)構(gòu)進行強度分析的方法[5]。史陽陽（2016）基于剛?cè)狁詈夏Ｐ头治?，對錨絞機結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計，并通過試驗測試進行了驗證[6]。陸衛(wèi)衛(wèi)（2015）針對錨鏈輪與錨鏈的沖擊與噪聲和配套液壓系統(tǒng)的噪聲，通過理論分析和仿真計算，研究了錨絞機減振降噪的方法[7]。周仕進（2016）又針對減速箱等主要部件進行了錨絞機振動噪聲控制的研究[8]。

根據(jù)功能不同，錨絞車可以分為定位錨絞車和航行錨絞車等。定位錨絞車與航行錨絞車最本質(zhì)的區(qū)別是兩者之間的支持負載不同。本文設計了一種用于海洋工程作業(yè)船的兼航行錨定位錨絞車，即具有航行錨絞車功能的定位錨絞車。本文主要從總體方案設計、技術(shù)參數(shù)分析與優(yōu)化和制動器受力部件校核三方面對其設計方法進行了研究。

2 總體方案設計

定位錨絞車與航行錨絞車最根本的區(qū)別在于兩者之間的支持負載不同。以某10000t舉力半潛駁為例，該船采用四點移船功能，即在船艏、艉部左右舷各設置一臺移船絞車（定位錨絞車），在船艏左、右舷和艉部右舷設置錨機（航行錨絞車）。考慮甲板布置因素及兩種設備作業(yè)工況（錨機作業(yè)和移船作業(yè)不可能同時進行），將錨機整合到移船絞車上，即這三臺設備配置一只錨鏈輪、一只定位卷筒、一只系泊卷筒（見圖1），另一臺移船絞車設置一只定位卷筒、一只系泊卷筒（見圖2）。

移船絞車和錨機的技術(shù)參數(shù)如表1所示。錨機的起錨支持負載為1935kN，過載拉力411.5KN。移船絞車的主卷筒支持負載為1000kN。

本文設計了一種兼航行錨定位錨絞機，即使用移船絞車同時實現(xiàn)錨機的功能。由于錨機和移船絞車的技術(shù)參數(shù)的差異，用移船絞車兼航行錨絞車，移船絞車的參數(shù)就要滿足和替代錨機的參數(shù)。

φ76錨機在船上最主要的作用是抗風，支持負載是其核心功能，考慮參數(shù)中1935kN的支持負載是船上裝配有掣鏈器的因素，移船絞車替代后按錨鏈破斷負載的80%折算，支持負載應為3440kN。另錨機過載拉力411.5kN是用于起錨工況，考慮定位錨絞車通常采用大抓力錨，有起錨艇幫助起錨，因此重點考慮船舶移船定位要求按照移船絞車的參數(shù)，鋼絲繩按支持負載是破斷負載的80%的原則選用，鋼索直徑為70mm。根據(jù)以上分析，新設計的兼航行錨定位錨絞車的技術(shù)參數(shù)如表2所示。

3 主要技術(shù)參數(shù)分析與優(yōu)化

與普通定位錨絞車相比，兼航行錨定位錨絞車在功率消耗方面基本相當，主要是支持負載由1000kN調(diào)整為3400kN，鋼絲繩直徑由46mm調(diào)整為70mm，另外還減少了一只錨鏈輪。原來結(jié)構(gòu)為兩只調(diào)整馬達驅(qū)動行星減速機驅(qū)動開式齒輪帶動主軸工作，主軸上卷筒和錨鏈輪離合器離合使錨鏈輪或卷筒完成收放動作，考慮絞車受靜拉力很大，將卷筒與軸設計為一體，在卷筒法蘭上安裝齒圈，離合器安裝小齒輪端，系泊卷筒與小齒輪同軸（見圖3）。其中卷筒與軸設為一體是大型拖纜機通用結(jié)構(gòu)，由于鋼絲繩變化，絞車主卷筒外形幾何尺寸調(diào)整：卷筒直徑由1000mm調(diào)整為1150mm，卷筒寬度由1195mm調(diào)整為1560mm，法蘭直徑由1800mm調(diào)整為2100mm，制動器輪轂直徑由1760mm調(diào)整為2000mm。

絞車調(diào)整后動力單元基本不變，支持負載由1000kN調(diào)整為3400kN，制動器要重新設計，重點對制動器的主要受力件進行計算。

4 制動器主要受力件計算

制動器結(jié)構(gòu)為液壓制動油缸帶動杠桿板帶動松邊拉板使制動器工作（見附圖4）。

制動鋼帶、緊邊拉板材料采用HG785-D，其屈服強度σs為690MPa;銷軸材料為40Cr，其屈服強度σs=540MPa。制動器主要受力件計算校核過程如下。

根據(jù)以上計算和校核，制動器中的制動鋼帶、緊邊拉板和銷軸等主要受力件的強度均滿足要求。

5 結(jié)論

兼航行錨定位錨絞車最大的特點在于航行錨支持負載主要由掣鏈器承擔，對絞車的制動器及座架能力大幅提高。絞車改制后，將移船卷筒與軸設計為一體，用一級開式齒輪將移船卷筒從整體結(jié)構(gòu)中分離出來，便于對移船卷筒結(jié)構(gòu)強化設計。制動帶分為兩路，保證了制動帶與制動輪轂的接觸面，提高了制動器的可靠性。改制后整機動力沒有改變，甲板使用面積下降了20%，整機重量下降了30%，省去了錨鏈艙，具有較好的經(jīng)濟性。

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（作者單位：中交二航局第二工程有限公司）