AC-14大抓力錨的錨唇設(shè)計(jì)方法

中圖分類號(hào)：U664.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Design Method for the Anchor Lip of AC-14 High Holding Power Anchor

YUAN Yuren， ZHU Shengjie， LIANG Yubin， DENG Dongliang （CSSCHuangpu Wenchong ShipbuildingCompanyLimited，Guangzhou ，China）

Abstract： Based on extensive experience in anchor equipment design， this study analyzes and summarizes data from wooden model anchor-handling tests and full-scaleship trials of the AC-14 high-holding-power anchor. A design method for the anchor lip suitable for the AC-14 anchor is proposed.By designing the anchor lipaccording to the \"actual stowage position of the anchor on ships，\" this method addresses isues such as anchor jamming and poor fiting between the anchor and the lip. Validated through multiple ship types，the approach is simple，practical，and ensures successful wooden model tests on the first attmpt，offering valuable insights for anchor lip design.

Key words： AC-14 high holding power anchor; anchor lip; hawse pipe; anchor jamming; design

1 引言

船舶在錨地、港內(nèi)或遮蔽水域停泊時(shí)，船員都需要進(jìn)行起錨和拋錨作業(yè)。在起錨和拋錨的過程中，如果發(fā)生卡錨，就會(huì)嚴(yán)重影響船舶的安全；如果錨收緊時(shí)不能很好地跟錨唇貼合，那么在船舶航行過程中錨就會(huì)產(chǎn)生劇烈晃動(dòng)和碰撞，從而對錨和錨唇結(jié)構(gòu)造成破壞和產(chǎn)生危險(xiǎn)。錨唇是與錨直接接觸的結(jié)構(gòu)，錨唇的形狀和尺寸直接決定著起錨和拋錨的效果，因此要保證船舶的安全，必須高度重視錨唇的設(shè)計(jì)工作。

目前，錨唇的設(shè)計(jì)理論比較粗略，還沒有一套簡單實(shí)用、系統(tǒng)完整和適用于AC-14大抓力錨的錨唇設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)人員往往是憑各自的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)錨唇設(shè)計(jì)方法通常是先設(shè)計(jì)出錨唇圖，然后再根據(jù)錨唇圖制作一定縮放比例的木模模型進(jìn)行拉錨試驗(yàn)，最后根據(jù)木模拉錨試驗(yàn)的結(jié)果對錨唇的形狀和尺寸進(jìn)行修正和優(yōu)化。可能需要重復(fù)多次這樣的試驗(yàn)和改進(jìn)，才能達(dá)到理想的拉錨試驗(yàn)效果，但這還不能完全保證實(shí)船的錨唇能夠正常工作。傳統(tǒng)的AC-14大抓力錨的錨唇設(shè)計(jì)方法主要存在如下缺陷：

1）通常按錨的理論收藏位置（如圖1和圖2所示）設(shè)計(jì)錨唇，則按錨桿中心線與錨鏈筒中心線重疊在一起的理論收藏位置進(jìn)行錨唇的設(shè)計(jì)，而錨的實(shí)船收藏位置（錨收緊時(shí)的狀態(tài)，如圖2和圖3所示。）卻是錨桿頂住錨唇上口和錨鏈筒，錨桿中心線與錨鏈筒中心線不重疊在一起，甚至錨桿上部頂住了錨鏈筒上部內(nèi)壁。這種實(shí)船收錨狀態(tài)很容易造成錨鏈筒卡錨和錨唇卡錨。如果沒有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和建造經(jīng)驗(yàn)，木模拉錨試驗(yàn)也不一定能夠發(fā)現(xiàn)和消除這些問題。不同類型錨的形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相差很大，其實(shí)船收藏位置也不盡相同，應(yīng)采用不同的方法去設(shè)計(jì)錨唇；

2）往往沒有考慮到錨唇下口的彎曲圓弧對水平錨鏈造成的彎曲變形而引起的破壞。錨唇下口的圓弧半徑應(yīng)能使3個(gè)錨鏈同時(shí)通過錨唇下口時(shí)，中間的水平錨鏈不接觸錨唇，這樣才能避免中間的水平錨鏈產(chǎn)生彎曲變形而被破壞;

3）通常把錨爪與錨唇之間的貼合點(diǎn)設(shè)置在錨爪尖端。這很容易造成錨爪產(chǎn)生較大的彈性變形而被卡在錨唇上，甚至造成錨爪斷裂。

設(shè)計(jì)錨唇是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的設(shè)計(jì)工作。如果沒有豐富的木模拉錨試驗(yàn)和實(shí)船拉錨的經(jīng)驗(yàn)，就無法體會(huì)到錨唇設(shè)計(jì)方法的正確與否，也不可能有好的設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)。本錨唇設(shè)計(jì)方法是經(jīng)過分析大量的木模拉錨試驗(yàn)和實(shí)船拉錨而總結(jié)出來的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可供同行參考。

2 常見AC-14大抓力錨的卡錨種類及其分析

卡錨是指拋錨時(shí)錨掉不下去，或者收錨時(shí)錨桿無法進(jìn)入錨唇和錨鏈筒。按卡錨的時(shí)機(jī)，可分為拋錨卡錨和起錨卡錨；按卡錨的結(jié)構(gòu)，可分為錨鏈筒卡錨和錨唇卡錨。AC-14大抓力錨的卡錨種類和主要原因有如下所述。

1）錨鏈筒的拋錨卡錨。由于錨鏈筒的安裝角度 太大，導(dǎo)致拋錨時(shí)錨桿頂部與錨鏈筒之間產(chǎn)生的摩擦力大于錨的重力在錨鏈筒方向的分力，從而錨桿動(dòng)不了而錨掉不下去。理論上錨鏈筒的安裝角度 越小，越有利于拋錨和起錨。對于使用錨臺(tái)和錨唇的錨鏈筒，安裝角度 一般取 ；對于使用暗式錨穴的錨鏈筒安裝角度一般取 ，這種卡錨情況不屬于本文要詳細(xì)論述的內(nèi)容。

2）錨唇的起錨卡錨。由于錨鏈筒的安裝角度 太大，導(dǎo)致錨唇的出口沒有足夠的有效空間供錨桿進(jìn)入，則以正常速度起錨時(shí)錨桿頂部被錨唇上口的下沿頂住而無法進(jìn)入錨唇。理論上錨鏈筒的安裝角度 越小，越有利于起錨。另外，錨唇是錨鏈筒的延伸部分，錨鏈筒內(nèi)徑D越大，則錨唇的有效出口也越大，越有利于起錨。尤其錨鏈筒的安裝角度 越大時(shí)，對應(yīng)的錨鏈筒內(nèi)徑也應(yīng)越大，才有利于起錨。一般錨鏈筒內(nèi)徑取 D= （9～11）d，d為錨鏈的公稱直徑。

錨唇起錨卡錨的另一情況是，由于錨唇的尺寸偏大，以及錨唇的形狀與錨不匹配，導(dǎo)致起錨時(shí)錨爪尖先接觸錨唇，以致錨爪尖被錨唇卡死而錨拉不上去。理論上錨唇的外形尺寸越小，越有利于起錨時(shí)避免錨爪尖先接觸錨唇而被卡死。

3）錨唇的拋錨卡錨。由于錨唇的形狀、尺寸和安裝角度θ不合理，導(dǎo)致錨機(jī)收錨拉緊錨時(shí)，錨桿與錨爪之間的張角產(chǎn)生微小的彈性變形，錨卡在錨唇上口掉不下去。

4）錨臺(tái)的起錨卡錨。這種卡錨與錨臺(tái)錨唇等結(jié)構(gòu)沒有關(guān)系，完全是錨的結(jié)構(gòu)形式引起的。按錨爪重心在錨轉(zhuǎn)軸的位置，錨可分為重力自平衡錨和重力非自平衡錨。如采用重力非自平衡錨，則起錨時(shí)有 5 0 % 的機(jī)會(huì)錨爪尖會(huì)先接觸錨臺(tái)下端而被錨臺(tái)卡住，因此一定要避免選用重力非自平衡錨，而應(yīng)選用重力自平衡。

以上前三種卡錨情況都與錨鏈筒和錨唇有關(guān)系，因此正確的錨唇設(shè)計(jì)方法就顯得非常重要。

3 AC-14大抓力錨的錨唇設(shè)計(jì)方法

錨唇位于錨鏈筒的出口處，是錨鏈筒的延伸部分，承受錨鏈的摩擦力和錨的沖擊力，并使錨穩(wěn)定貼合處于收藏位置的橢圓形環(huán)狀結(jié)構(gòu)，如圖4所示。錨唇分為錨唇上口和錨唇下口兩部分，并且通常是左右對稱的結(jié)構(gòu)。錨唇上口的形狀應(yīng)滿足錨收起時(shí)貼合完好；錨唇下口的形狀應(yīng)便于錨爪自由翻轉(zhuǎn)，避免接觸點(diǎn)形成摩擦死角而被卡死和避免造成錨鏈彎曲變形而被損壞，在滿足這兩個(gè)功能的情況下盡量使錨唇的體積最小化。本AC-14大抓力錨的錨唇設(shè)計(jì)方法包括如下三部分內(nèi)容。

3.1錨唇的幾何形狀和幾何要素

設(shè)計(jì)錨唇就是確定錨唇的幾何形狀和幾何要素。錨唇的幾何形狀由錨唇內(nèi)輪廓橢圓、錨唇外輪廓橢圓、錨唇頂切點(diǎn)線橢圓和4個(gè) 等分剖面組成。錨唇的幾何要素包括錨唇剖面的圓弧半徑（R）、錨唇各橢圓的長短軸（A和B）、錨唇剖面的高度（H）和錨唇的安裝角度（0），如圖4和圖5所示。

3.2錨唇的設(shè)計(jì)原理

不同類型錨的形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相差很大，其實(shí)船收藏位置也不盡相同，應(yīng)采用不同的方法去設(shè)計(jì)其錨唇。本錨唇設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)思路就是按錨的實(shí)船收藏位置（錨收緊時(shí)的狀態(tài)）來確定錨唇的形狀和尺寸，使錨桿根部頂住錨唇上口，錨桿中心線與錨鏈筒中心線不重疊在一起，并保持錨卸扣的橫銷中心設(shè)置在錨鏈筒中心線上，如圖4所示。

3.3錨唇的設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容

設(shè)計(jì)順序是先確定錨唇的垂直剖面（T-1），然后確定錨唇的水平剖面（T-2），最后根據(jù)垂直剖面和水平剖面來確定 等分剖面（T-3），其設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容如下所述，如圖4和圖5所示。

1）AC-14大抓力錨的性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。AC-14大抓力錨的抓重比是普通錨的兩倍以上，已被廣泛使用，如圖4所示。要保證圖6中的 L2 ? L1 + 1 0 0 ，才能滿足錨唇上口的設(shè)計(jì)要求，否則錨唇上口會(huì)較大。其最重要的形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是錨爪平直，并向錨桿靠攏，因此錨爪是貼在錨唇的上表面（楔形貼緊平面），而不是含在錨唇的兩側(cè)，如圖4所示，所以此錨唇的形狀要根據(jù)這種錨的形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2）確定錨唇的安裝角度θ。錨唇的安裝角度θ可取： （通常取大值或最大值 ），如圖4所示。此安裝角度是綜合各方面的因素，以及經(jīng)過大量的設(shè)計(jì)案例和拉錨試驗(yàn)而總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)值，有利于保持錨唇上口和錨唇下口的形狀平衡和錨唇的出口有足夠的有效空間。

3）確定錨唇下口的幾何形狀和幾何尺寸（T-1）。錨唇下口的圓弧半徑R1應(yīng)能使3個(gè)錨鏈同時(shí)通過錨唇下口時(shí)，中間的水平錨鏈不接觸錨唇，以避免水平錨鏈產(chǎn)生彎曲變形而被破壞，因此錨唇下口的圓弧半徑R1應(yīng)不小于錨鏈直徑（d）的3倍，可取 3 . 5 d? R1 ? 4 d，如圖4和圖5所示。此圓弧與錨冠平面的切點(diǎn)則為錨唇下口錨的貼合點(diǎn)。錨唇下口的高度H1取不小于錨鏈直徑的6倍，可取 外側(cè)線角度β 根據(jù)所需錨臺(tái)的尺寸和錨臺(tái)圍板的傾斜度來綜合決定，一般取 ，內(nèi)側(cè)線角度是錨鏈筒內(nèi)壁的延伸，與錨唇的安裝角度θ一致。

4）確定錨唇上口的幾何形狀和幾何尺寸（T-1）。錨唇上口和錨唇下口構(gòu)成錨唇的楔形剖面，錨唇上口的圓弧半徑R2通過滿足下面兩個(gè)條件來確定：

（1）錨唇上口的圓弧是三條直線（錨鏈筒的上表面、錨冠平面（錨唇的楔形貼緊平面）和錨爪的外表面）的內(nèi)切圓。同時(shí)要滿足錨唇上口的圓弧與錨爪的貼合點(diǎn)（切點(diǎn)）應(yīng)在錨爪尖的 ? L/ 3 處，以免造成錨爪產(chǎn)生較大的彈性變形而被卡在錨唇上和造成錨爪的斷裂，還要保持錨唇的楔形貼緊平面與錨冠平面重疊在一起，如圖4和圖5所示，L為錨的小軸中心線至錨爪尖之間的長度。此圓弧與錨爪表面的切點(diǎn)則為錨唇上口的錨的貼合點(diǎn)。此過程可能要重復(fù)調(diào)整多次；

（2）錨唇上口的高度H2要滿足錨實(shí)船存放的需要，即使錨桿下部頂住錨唇上口，并使錨桿卸扣橫銷中心設(shè)置在錨鏈筒中心線上，同時(shí)也要滿足條件（a）。外側(cè)線角度 α 可取： ，內(nèi)側(cè)線角度是錨鏈筒內(nèi)壁的延伸，與錨唇的安裝角度e一致，如圖4和圖5所示。此過程可能要重復(fù)調(diào)整多次。

5）確定錨唇內(nèi)輪廓橢圓。錨唇內(nèi)輪廓橢圓是錨唇 內(nèi)壁與錨唇安裝平面的相貫線，錨唇安裝角和錨鏈 筒內(nèi)徑D決定了錨唇內(nèi)輪廓橢圓的長短軸（A1和B1）， 如圖5所示。

6）確定錨唇外輪廓橢圓和錨唇頂切點(diǎn)線橢圓。錨唇外輪廓橢圓是錨唇外壁與錨唇安裝平面的相貫線，錨唇頂切點(diǎn)線橢圓是錨唇頂部楔形貼緊平面與錨唇頂部圓弧之間的切點(diǎn)構(gòu)成的橢圓。錨唇外輪廓橢圓和錨唇頂切點(diǎn)線橢圓是錨唇內(nèi)輪廓橢圓的偏心相似橢圓，與錨唇內(nèi)輪廓橢圓是放大倍數(shù)的關(guān)系，放大倍數(shù)由T-1剖面圖中的各橢圓長軸（A1、A2和A3）之間的差值直接求得。錨唇頂切點(diǎn)線橢圓的作用是用于確定各剖面的高度，如圖5所示。

7）確定各橢圓中心線的位置和偏移值（ Δ H 1 和Δ H2）。各橢圓長軸（A1、A2和A3）的位置和數(shù)值由T-1剖面來確定，從中可得到橢圓中心線的位置和偏移值，如圖5所示。

9）錨唇的厚度。沒有加強(qiáng)筋的錨唇厚度一般取～0.9d（d為錨鏈直徑）；有加強(qiáng)筋的錨唇厚度可比沒有加強(qiáng)筋的錨唇厚度薄些，可參考GB/T33431-2016《錨唇厚度設(shè)計(jì)指南》。錨唇的鑄鋼材料要滿足船級社規(guī)范的要求。另外需要反復(fù)起錨和拋錨作業(yè)的挖泥船等工程船的錨唇厚度要適當(dāng)加厚一些。

上述過程中有些參數(shù)可能需要調(diào)整多次，才能得到一個(gè)完整的錨唇形狀和尺寸，如圖7所示，圖中的錨鏈直徑為 7 0 m m 。

錨鏈直徑（d）是錨唇設(shè)計(jì)方法中最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之一，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)也可以用已知一個(gè)錨鏈直徑（d1）的錨唇去放大或縮小錨鏈直徑的倍數(shù)（d2/d1）而得到另一個(gè)錨鏈直徑（d2）的初步錨唇，然后適當(dāng)調(diào)整初步錨唇的一些參數(shù)以滿足上述中的要求，就能很方便和快捷地得到一個(gè)合適和滿意的錨唇。

4結(jié)語

本錨唇設(shè)計(jì)方法區(qū)別于傳統(tǒng)基于“錨的理論收藏位置\"的設(shè)計(jì)方式，轉(zhuǎn)而依據(jù)\"錨的實(shí)船收藏位置\"（錨收緊時(shí)的實(shí)際狀態(tài)）進(jìn)行設(shè)計(jì)。該方法兼具簡單實(shí)用性與系統(tǒng)完整性，通過調(diào)整幾何要素即可適配AC-14大抓力錨各系列型號(hào)，并兼容德爾泰錨等類AC-14結(jié)構(gòu)的錨型。該方法有效解決錨唇卡錨與錨-唇貼合不良的問題，經(jīng)多型船舶實(shí)船驗(yàn)證，應(yīng)用效果顯著。

參考文獻(xiàn)

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