[關(guān)鍵詞]錨機(jī)；自由拋錨速度與控制；軟特性限速制動(dòng)
[摘要]通過對(duì)錨機(jī)功能、拋錨狀態(tài)、拋錨速度及控制的分析，得出結(jié)論：合理適用的自由拋錨控制技術(shù)具有軟特性限速的制動(dòng)功能。
0引言
錨泊系統(tǒng)設(shè)備是船舶起、拋錨的重要機(jī)電設(shè)備。作為主要設(shè)備的錨機(jī)，其自由拋錨的狀態(tài)對(duì)船體結(jié)構(gòu)和錨泊系統(tǒng)各設(shè)備有非常大的影響。為了合理選擇錨機(jī)的自由拋錨控制技術(shù)和技術(shù)參數(shù)，有必要對(duì)錨機(jī)的自由拋錨有關(guān)問題進(jìn)行必要的討論。
1組成與功能
錨泊系統(tǒng)設(shè)備主要由錨、錨鏈(索) 、錨鏈筒、機(jī)架、摯錨器、摯鏈器、導(dǎo)向滾輪、導(dǎo)索器、錨機(jī)、錨鏈管、錨鏈艙、棄錨器等組成，其核心設(shè)備是錨機(jī)，一般由電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)等作為原動(dòng)機(jī)，包括傳動(dòng)裝置、錨鏈輪及傳動(dòng)軸、墻(支)架、軸承、可手動(dòng)或液動(dòng)的牙嵌式離合器、帶式制動(dòng)器等組成。
·起錨功能
額定速度下錨機(jī)的起錨能力；較大的速度調(diào)節(jié)范圍，較大的負(fù)荷變化；適宜的進(jìn)錨鏈孔速度，以滿足進(jìn)錨鏈孔低速指標(biāo)的要求；起動(dòng)負(fù)荷盡可能低，減少對(duì)電源的沖擊。
·拋錨功能
制動(dòng)限速或大型錨機(jī)自動(dòng)控制限速功能，適應(yīng)規(guī)定的、合理的拋錨速度范圍。
·操控功能
正反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)靈活可靠，操縱、控制方便靈活，滿足起拋錨需要。
·支持和制動(dòng)功能
安全可靠的制動(dòng)裝置，起、拋錨時(shí)能隨時(shí)實(shí)現(xiàn)剎車；按規(guī)定要求的支持負(fù)荷功能，以適應(yīng)船舶較大外力時(shí)對(duì)錨機(jī)的要求。
2拋錨及錨鏈狀態(tài)分析
船舶在拋錨系留時(shí)，錨鏈呈懸鏈狀態(tài)。無論是錨鏈還是鋼絲繩都有良好的柔性和均勻的質(zhì)量，因此錨鏈或鋼絲繩可視作簡單懸鏈線。作用于船舶的環(huán)境力的合力為水平方向，通過錨鏈作用于錨，在不發(fā)生走錨時(shí)，錨的水平抓力與環(huán)境力是平衡的。一般情況下，錨鏈應(yīng)有足夠的長度。錨爪抓入海底、錨鏈平鋪于海底，并與錨柄長度方向相一致，使得錨鏈懸鏈線在整個(gè)錨鏈中間的某一點(diǎn)與海底相切，錨和平鋪于海底的錨鏈提供的是與海底平行的、水平的拉力，并通過懸鏈段的錨鏈向船舶提供錨泊拉力。受力關(guān)系式可參考相關(guān)船舶舾裝設(shè)計(jì)手冊(cè)。
錨的功能就是使船通過柔性的錨鏈與海底的泥土相聯(lián)系，與錨鏈一起產(chǎn)生足以使船錨泊在預(yù)定海域的固定拉力。錨墜落至海底泥土后，由于錨鏈拉力和泥土對(duì)錨冠的承拖作用，隨著錨鏈的不斷下放，使錨柄及錨爪平躺于海底，錨爪的重量使錨爪沿著錨冠處的轉(zhuǎn)軸向海底(或泥土)的方向繼續(xù)翻轉(zhuǎn)，此時(shí)隨著船的移動(dòng)，逐漸使錨鏈在海底平鋪、展開。由于錨鏈對(duì)錨柄的水平拖帶使錨被拖動(dòng)，就像犁地一樣使錨爪逐漸插入到海底(或泥土)中，實(shí)現(xiàn)船的錨泊成功，轉(zhuǎn)爪錨尤其如此。
實(shí)際上，船舶錨泊力是由錨及錨爪插入海底的錨固力和平鋪于海底的錨鏈與海底的摩擦力共同產(chǎn)生的；不能理解成：錨拋出的速度越快、深入海底越深、錨泊力就越大。如船舶的環(huán)境力小于錨及錨鏈所產(chǎn)生的錨泊力，即為船舶錨泊系留，成功實(shí)現(xiàn)拋錨。
3自由拋錨速度的分析
傳統(tǒng)拋錨方式有許多缺點(diǎn)。筆者經(jīng)過調(diào)查了解的拋錨情況大致如下：錨機(jī)制動(dòng)器松閘后，錨及錨鏈開始由緩慢逐漸加速，當(dāng)錨鏈拋出大約20m左右至一節(jié)錨鏈的長度或感覺下拋速度過快時(shí)開始剎車，控制或限制錨鏈拋出的速度，采取由人工控制剎車力的大小來控制自由拋錨的速度。表象是放一段錨鏈、緊一下剎車的方法，錨鏈拋出時(shí)快時(shí)慢，平穩(wěn)性較差，產(chǎn)生動(dòng)負(fù)荷較大。
整個(gè)拋錨過程中，錨裝置系統(tǒng)產(chǎn)生較大噪聲和振動(dòng)，對(duì)錨裝置系統(tǒng)和船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生比較大的沖擊，特別是錨機(jī)制動(dòng)器剎車限速是靠人的手感和觀察來實(shí)現(xiàn)的。操作動(dòng)作雖然簡單，但對(duì)人準(zhǔn)確控制的能力要求高，某種程度來講是加大了操控難度。一旦操作失誤或剎車不及時(shí)，會(huì)產(chǎn)生飛車、損壞船體和設(shè)備及人員傷亡等事故，工作環(huán)境缺少安全感。這種剎車方法對(duì)于小型錨機(jī)還可以適用，對(duì)大型錨機(jī)很難做到，巨大的錨和錨鏈所產(chǎn)生沖擊力是錨裝置系統(tǒng)和船體結(jié)構(gòu)無法承受的。
理論上講，為了保證拋錨地點(diǎn)的準(zhǔn)確性、提高工作效率，拋錨速度盡可能的大，以便能夠準(zhǔn)確及時(shí)將錨拋到預(yù)定海域。實(shí)際上受錨泊設(shè)備的技術(shù)條件限制，拋錨速度無限制地增大是不可能的、也不現(xiàn)實(shí)。速度過大時(shí)，錨泊設(shè)備和船體結(jié)構(gòu)將受到巨大的沖擊，造成錨泊設(shè)備和船體結(jié)構(gòu)的損壞。因此，對(duì)錨裝置的最大拋錨速度是有限制的，按照我國的船用起錨絞盤的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，最大拋錨速度限定在300m/min以內(nèi)，而且隨著錨鏈直徑和錨重的不斷加大，錨機(jī)的慣量和沖擊也不斷加大，對(duì)船體結(jié)構(gòu)及設(shè)備的損傷和破壞會(huì)更大，故應(yīng)根據(jù)錨機(jī)規(guī)格的大小確定錨機(jī)的拋錨速度。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)拋錨深度和配置錨鏈的總長度，或可以根據(jù)拋出錨鏈的長度、拋出錨鏈的允許時(shí)間來綜合確定。拋錨速度大范圍可在60m/min～300m/min之間選取，錨機(jī)規(guī)格越大選擇拋錨速度值越小，反之取大值。大型錨機(jī)拋錨速度推薦在60m/min～120m/min之間選取。
4自由拋錨控制分析
傳統(tǒng)的自由拋錨限速制動(dòng)方式是剎車帶的摩擦限速制動(dòng)方式，這種限速制動(dòng)方式雖然結(jié)構(gòu)簡單，容易掌握，但不可靠因素比較多，諸如剎車帶受力不均、易磨損壽命短、產(chǎn)生過熱制動(dòng)失效、沖擊大損壞船體和設(shè)備、飛車危及船員安全等問題。
此制動(dòng)方式比較適用于停車制動(dòng)方式，不適用于限速制動(dòng)；適宜的限速制動(dòng)方式如動(dòng)力限速制動(dòng)、液壓馬達(dá)限速制動(dòng)、液力限速制動(dòng)等軟特性的制動(dòng)方式；軟特性的制動(dòng)方式與停車制動(dòng)方式相結(jié)合所形成的限速和停車的綜合制動(dòng)方式即為自由拋錨控制技術(shù)的研究方向。
5研究方向
主要指帶有軟特性功能的拋錨限速自控系統(tǒng)和剎車裝置的研究，包括配套電控系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)等技術(shù)的研究。
5.1軟特性拋錨限速自控系統(tǒng)
國外已有限速拋錨自動(dòng)控制系統(tǒng)配液動(dòng)帶式制動(dòng)器的限速制動(dòng)裝置，屬電液控制、機(jī)械摩擦限速制動(dòng)方式，國內(nèi)正在研制此類限速制動(dòng)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是通過速度信號(hào)反饋控制帶式制動(dòng)器來限制自由拋錨的速度。如采用盤式制動(dòng)器代替帶式制動(dòng)器其本質(zhì)無大的區(qū)別，只是盤式制動(dòng)器比帶式制動(dòng)器受力均勻，制動(dòng)特性稍有改善，結(jié)構(gòu)上兼有手動(dòng)操控功能難度較大。筆者認(rèn)為：此種限速制動(dòng)形式比較適合小型錨機(jī)，既可以解決人控的難題，又可解決設(shè)備的先進(jìn)性及安全可靠性問題，對(duì)要求和成本不高的錨機(jī)比較適用。
國內(nèi)還未發(fā)現(xiàn)動(dòng)力限速制動(dòng)、液力限速制動(dòng)、液壓馬達(dá)限速制動(dòng)系統(tǒng)用于錨機(jī)自由拋錨狀態(tài)的控制，限速制動(dòng)機(jī)構(gòu)如何設(shè)置或選擇由實(shí)際情況、結(jié)構(gòu)、工況和環(huán)境等要求而定。小型錨機(jī)可以開發(fā)機(jī)械式帶有速度限制功能的自動(dòng)限速控制裝置，大型錨機(jī)可以開發(fā)帶有檢測(cè)、反饋功能、電液控制、具有軟特性制動(dòng)功能的自動(dòng)控制限速裝置。
5.2剎車裝置
現(xiàn)在使用的帶式剎車在自由拋錨限速、停車、支持負(fù)荷時(shí)均可使用，以結(jié)構(gòu)簡單、能夠完成基本功能而得到推廣使用。一般通過手動(dòng)與液壓相結(jié)合的控制形式，手動(dòng)和液動(dòng)可實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換。自由拋錨時(shí)通過電液控制系統(tǒng)自動(dòng)或人為控制帶式制動(dòng)器制動(dòng)力的大小、限速運(yùn)行在規(guī)定的范圍。但存在前述諸多弊端，尤其對(duì)大型錨機(jī)的適應(yīng)性較差。
為避免帶式制動(dòng)器作為限速制動(dòng)的缺點(diǎn)，可以探討研究其他形式的限速制動(dòng)裝置來解決限速制動(dòng)的問題，停車制動(dòng)、支持負(fù)荷制動(dòng)當(dāng)然還是采用機(jī)械摩擦的制動(dòng)形式，且具有手動(dòng)功能。重點(diǎn)研究如液壓馬達(dá)限速制動(dòng)裝置、液力限速制動(dòng)裝置、動(dòng)力限速制動(dòng)裝置，包括配套的電控系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)的研究，整個(gè)剎車裝置要求具有停車制動(dòng)、支持負(fù)荷制動(dòng)和自由拋錨限速制動(dòng)的三種功能。
6結(jié)語
經(jīng)過上述對(duì)錨及錨鏈(索)狀態(tài)、自由拋錨速度及控制的分析，可以得出如下結(jié)論：合理可行的自由拋錨限速系統(tǒng)應(yīng)具有平穩(wěn)、合理快速、自動(dòng)可控的軟特性限速制動(dòng)功能。
上述僅為本人的看法和意見，之所以自由拋錨的狀態(tài)與控制受到關(guān)注，是因?yàn)楫a(chǎn)生了前述諸多不利因素，這也為今后錨機(jī)自由拋錨控制技術(shù)的研究提供理論準(zhǔn)備。歡迎相關(guān)人士共同研討，以求得更加確切的結(jié)論。
作者：姚化利 來源：船舶
