海上平臺(tái)錨機(jī)止鏈器的修理

陳允中

(友聯(lián)船廠(蛇口)有限公司，廣東 深圳 518054)

海洋平臺(tái)

海上平臺(tái)錨機(jī)止鏈器的修理

陳允中

(友聯(lián)船廠(蛇口)有限公司，廣東 深圳 518054)

錨機(jī)止鏈器是平臺(tái)錨機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵部件，因平臺(tái)錨機(jī)大多為進(jìn)口產(chǎn)品，有些還是專(zhuān)利產(chǎn)品，所以目前相關(guān)的資料很少見(jiàn)。為方便大家了解其裝配結(jié)構(gòu)和使用特點(diǎn)，這里介紹一種平臺(tái)專(zhuān)用的具有應(yīng)急釋放功能的止鏈器的修理。

錨機(jī)止鏈器；可折疊棘爪；運(yùn)動(dòng)分析

1 止鏈器的檢修

某海工半潛平臺(tái)的8臺(tái)錨機(jī)均裝有英國(guó)一家公司生產(chǎn)的錨鏈應(yīng)急釋放裝置，該裝置上的止鏈器有部分零部件銹蝕嚴(yán)重，無(wú)法使用應(yīng)急釋放功能，急需換新。將8套錨鏈應(yīng)急釋放裝置的活動(dòng)部件拆下后運(yùn)回車(chē)間進(jìn)行拆解，逐一清潔后進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有1件舊鉸鏈已破斷，另有7件舊鉸鏈壁厚較薄，建議船東用AH36制新；原有小銷(xiāo)軸缺2件，原有中間銷(xiāo)軸缺2件，建議各制新2件，軸類(lèi)材料均采用不銹鋼1Cr13。拆解后的可折疊棘爪，在與鉸鏈相連接的部位銹蝕嚴(yán)重，焊補(bǔ)修復(fù)不能保證其工作的可靠性，因原材料不明，取樣后進(jìn)行材質(zhì)分析及硬度測(cè)量，根據(jù)分析的結(jié)果確定棘爪材料采用40Cr鍛件，粗加工后調(diào)質(zhì)處理。對(duì)拆解后的錨鏈應(yīng)急釋放裝置固定部件和制鏈器框架存在磨損的部位，活動(dòng)機(jī)構(gòu)軸承座及固定支架結(jié)構(gòu)本體，錨鏈固定接合面及固定支架本體上的所有焊縫，清潔打磨后進(jìn)行100%MPI及UT檢查。

油缸柱塞頭油封壓板損壞，根據(jù)變形情況，建議船東在換新時(shí)修改，以提高壓板強(qiáng)度，避免再次變形。對(duì)軸承和密封件，按船東要求進(jìn)行全部換新。對(duì)應(yīng)急操作機(jī)構(gòu)閥件及管系進(jìn)行拆卸、清潔、修理或更換，對(duì)電器控制系統(tǒng)進(jìn)行檢查、清潔、修理。

2 止鏈器的建模

在船東僅提供2張裝配示意圖的情況下，對(duì)止鏈器進(jìn)行拆解和測(cè)繪，將舊樣放在標(biāo)準(zhǔn)平板上進(jìn)行測(cè)量，以提高測(cè)量精度。同時(shí)在測(cè)繪數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上重建了二維裝配模型，根據(jù)使用要求合理設(shè)定了裝配間隙，并在AUTOCAD二維模型圖中進(jìn)行了多個(gè)關(guān)鍵位置的動(dòng)作模擬，確保模型中的零部件尺寸基本正確。圖紙獲得船東認(rèn)可后重新制作新零件。

3 三維干涉檢測(cè)

由于止鏈器二維模型的裝配位置檢測(cè)比較繁瑣，工作量太大，又無(wú)法連續(xù)的對(duì)所有位置進(jìn)行干涉檢測(cè)，為此又建了三維模型并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)模擬，在虛擬的環(huán)境中模擬實(shí)際的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，完成整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的干涉檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了局部的一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，并進(jìn)行了修正，大大提高了設(shè)計(jì)效率，減少了設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，有效降低了制作成本。這里使用PRO ENGINEER中“機(jī)構(gòu)”模塊的“機(jī)械設(shè)計(jì)”分析功能進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真。先完成止鏈器的三維裝配，然后進(jìn)入“機(jī)構(gòu)”模塊，完成特殊連接副的指定，這里主要是槽連接的指定。可折疊的棘爪由2部分組成(見(jiàn)圖1)，相互鉸接，可沿縱向軸線移動(dòng)，可繞由銷(xiāo)軸組成的橫向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。止鏈器可在2種情況下相互切換狀態(tài)：第一種狀態(tài)下止鏈器在油缸活塞的上面腔室充油，在油缸壓縮力的作用下可防止棘爪繞橫向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，使之沿著所述縱向軸線移動(dòng)，從而防止折疊；在第二種狀態(tài)下，在油缸活塞的下面腔室充油，止鏈器的可折疊的棘爪在油缸作用下，繞橫向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，沿著縱向軸線移動(dòng)。注意右側(cè)的棘爪在頭部中間位置應(yīng)有與錨鏈相配合的橢圓環(huán)槽，此處為簡(jiǎn)化予以省略。在油缸上加載力，模擬實(shí)際加在油缸上下的載荷(液體壓力)，在油缸和活塞頭的底面間加一個(gè)彈簧模擬阻尼，將止鏈器可折疊的棘爪的后支架設(shè)為基礎(chǔ)(Ground，即不移動(dòng)的主體)，并設(shè)定圖中左側(cè)鉸鏈上平面和后支架的平面初始位置即保持貼合(此時(shí)的位置與圖1有變化)，在棘爪頭部設(shè)點(diǎn)加載力，模擬錨鏈自重產(chǎn)生的拉力，設(shè)定模擬運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為2 min，幀頻10，最小間隔0.1 s，即可開(kāi)始進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。

圖1 止鏈器裝配圖

棘爪和鉸鏈之間是槽連接，鉸鏈通過(guò)銷(xiāo)軸在棘爪上的槽內(nèi)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，由于槽運(yùn)動(dòng)的分析相當(dāng)復(fù)雜，軟件的功能存在限制，在運(yùn)動(dòng)分析時(shí)不能檢查2個(gè)主體之間自動(dòng)檢測(cè)干涉量，只能人工檢查干涉的位置，估算干涉量，需要多次慢速觀察運(yùn)動(dòng)全過(guò)程，有些干涉可能只有進(jìn)行效用試驗(yàn)才能發(fā)現(xiàn)。

4 回裝及試驗(yàn)

新的錨機(jī)止鏈器，特別是止鏈器頭部與錨鏈接觸的部位，有一個(gè)局部的橢圓環(huán)槽，常規(guī)機(jī)床無(wú)法加工，制造商根據(jù)我們提供的圖紙，使用了數(shù)控加工，確保了加工的精度。

止鏈器在車(chē)間完成裝配后，需要進(jìn)行拉力負(fù)荷試驗(yàn)。我們制作了一套錨鏈應(yīng)急釋放裝置的試驗(yàn)裝置，模擬止鏈器的實(shí)際工作狀態(tài)，在該裝置上使用一段約2 m長(zhǎng)的舊鏈條，一端與止鏈器相連接，另一端接1根橫梁，橫梁兩端用液壓千斤頂支撐，千斤頂通過(guò)高壓軟管接至手動(dòng)液壓泵，手動(dòng)泵加壓時(shí)錨鏈就開(kāi)始張緊，此時(shí)止鏈器上的伸縮油缸在頂部腔室加壓，使棘爪處于圖1所示的位置。

根據(jù)船東要求，拉力負(fù)荷實(shí)驗(yàn)應(yīng)分步進(jìn)行，具體步驟如下：試驗(yàn)負(fù)荷為60 t，千斤頂油壓5.8 MPa，保壓10 min；試驗(yàn)負(fù)荷為120 t，千斤頂油壓11.6 MPa，保壓10 min；試驗(yàn)負(fù)荷為180 t，千斤頂油壓17.4 MPa，保壓10 min；最大試驗(yàn)負(fù)荷為245 t，千斤頂油壓24 MPa，保壓10 min。拉力負(fù)荷試驗(yàn)后對(duì)各個(gè)零部件進(jìn)行外觀檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常，制鏈器活動(dòng)機(jī)構(gòu)沒(méi)有任何變形及損壞，零部件表面檢查也未發(fā)現(xiàn)有裂紋或缺陷。

在車(chē)間進(jìn)行應(yīng)急釋放功能試驗(yàn)時(shí)，使用與拉力試驗(yàn)同樣的模擬裝置，先給舊鏈條上加載，再啟動(dòng)油泵給止鏈器上的伸縮油缸底部腔室加壓，模擬止鏈器應(yīng)急釋放動(dòng)作。初次試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)止鏈器無(wú)法完成釋放動(dòng)作，經(jīng)拆檢后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯異常，進(jìn)行三維模型運(yùn)動(dòng)分析，發(fā)現(xiàn)連接鉸鏈中間有一個(gè)面的圓角過(guò)小，與棘爪接合處的圓角存在干涉，后將鉸鏈的圓角進(jìn)行加大，再次試驗(yàn)時(shí)取得成功。 在半潛平臺(tái)錨機(jī)上安裝新制止鏈器時(shí)，發(fā)現(xiàn)因新舊錨鏈直徑有區(qū)別，棘爪頭部與錨鏈接觸的橢圓環(huán)槽，與新錨鏈接觸位置無(wú)法卡到位，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)橢圓環(huán)槽進(jìn)行了拂配，確保錨鏈和棘爪接合面充分接觸。

止鏈器在平臺(tái)上安裝后，根據(jù)原錨機(jī)應(yīng)急釋放液壓控制原理圖及管線實(shí)際連接圖，回裝液壓系統(tǒng)，試壓，竄油，應(yīng)急釋放操作油缸8個(gè)(額定壓力13.8 MPa)換新。回裝電氣控制系統(tǒng)，確認(rèn)系統(tǒng)操作功能工作正常，然后進(jìn)行錨機(jī)效用試驗(yàn)。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，修理后的錨機(jī)工作正常，新制的止鏈器滿(mǎn)足了用戶(hù)的要求。

Chain stopper is a key part of windlass on offshore floating platform.Most of windlass in offshore field are manufactured by foreigh companies.Some products of windlass are patented.There is few of design or operation instruction about chain stopper shown on professional magazine.To understand its assembly and application character better,here we introduce how to overhaul a special chain stopper with a collapsible pawl applied to emergency release of a mooring chain or cable.

chain stopper;collapsible pawl;motion analysis

P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.01.017

陳允中(1969-)，男，江蘇南通人，工程師，大學(xué)本科，主要從事船舶和海工平臺(tái)修理工作。

2014-08-06