CN111806651B - 一种倾斜导链式锚系的设计及调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种倾斜导链式锚系的设计及调整方法，包括数字化模型建立、锚系零部件的设计定位、位置验证及调整、动力学计算分析和闸刀掣链器调整等一系列过程；倾斜导链式锚系设计及闸刀掣链器调整方法应用数字化建模、空间定位与动力学计算，使得锚系零部件模型的设计定位和调整方式都很直观。本发明的优点在于，通过将新技术的综合应用，改进当前倾斜导链式锚系设计方法和成功率，能够在设计阶段给出闸刀掣链器定位调整方法，大大减少实船锚系安装定位的调整工作，节省后期工作量及工作时间。

Description

一种倾斜导链式锚系的设计及调整方法

技术领域

本发明属于船舶制造技术领域，具体涉及一种倾斜导链式锚系的设计及调整方法。

背景技术

倾斜导链式锚系设计一般适用于艏楼甲板空间较小的布局，该锚系设计能够有效减少锚链筒与锚机之间的距离。相较于立式导链滚轮锚系，其设计方法十分简易，只需保证锚机中心面与锚穴中心面(锚唇中心面)在同一面上即可。由于倾斜导链式锚系设计的复杂性以及传统船舶设计软件的限制，目前锚系安装定位位置设计时与实船有较大误差。

且倾斜导链式锚系设计空间位置具有的强耦合性，会导致导链滚轮位置过高或过低时产生一定的问题：当导链滚轮位置过高时，锚链无法经过锚机中心面，从而撞击锚机侧板；导链滚轮位置过低时，锚链会刮蹭锚链筒钢圈。而位置调节式闸刀掣链器的定位受导链滚轮的影响，因此倾斜导链式锚系设计及闸刀掣链器的调整具有较高的复杂性。

经过对现有技术文献的检索发现，中国发明专利公开号：CN105947107A，名称：一种船艏锚系设计起抛锚模型验证方法，该技术自述包括锚系数字化设计制造、逆向工程、3D打印。

中国发明专利公开号：CN201961497U，名称：船舶锚系设计实验装置，该技术自述包括锚系设计实验平台，不同角度的锚台、锚链筒调节的调节验证装置。

中国发明专利公开号：CN1881222，名称：船舶锚系计算机仿真设计方法，该技术自述包括锚系CAD建模，CAE参数设置，运动仿真分析。

中国发明专利公开号：CN85102609，名称：水面式钻井船锚泊定位系统设置，该技术自述包括浮态作业钻井船(包括:水面式钻井船和半潜式钻井船)的多个锚系布局与船体的关系。

上述四份文献都涉及到锚系设计，且采用不同的方式，分别通过3D打印、试验台、计算机仿真、计算公式推算。但均存在一些设计缺陷，例如锚系定位的空间以及不能适应不同工况等等。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种倾斜导链式锚系的设计及调整方法，填补倾斜导链式锚系设计方面和设计阶段掣链器定位的空白，通过直观的数字化建模、空间定位及动力学仿真验证调节方法，提高斜式导链滚轮定位的准确性，并且能够在设计阶段给出掣链器的调整方法，从而减少实船锚系装配的时间以及调整难度。

技术方案：本发明一种倾斜导链式锚系的设计及调整方法，包括以下步骤：

(1)创建锚系结构部件三维模型：所述锚系结构包括锚机、锚链筒、锚穴(锚唇)和闸刀掣链器，且锚机设有锚机中心轮和锚机基座，闸刀掣链器设有导链滚轮基座、导链滚轮和位置可调式闸刀；该三维模型中，锚链筒上标定有壁厚及中心线角度，锚穴上标定有锚穴面板的尺寸和壁厚，锚唇图形包括锚唇面板图和各截面剖视图；其中，锚穴式和锚台以及锚唇式均适用于该设计和调整方法；

(2)给定锚系部件的空间位置，将构件装配到设计位置：所述锚系部件的空间位置包括锚机中心轮的位置坐标、锚机中心面的角度、锚链筒上口点的坐标、锚穴中心面的角度(锚唇结构的对称面)、导链滚轮的倾斜角度、锚机的牵引角度和锚链筒中心线角度；其中，导链滚轮的倾斜角度范围为0～24度，锚机的牵引角度范围为5～25度，锚链筒中心线角度为35～55度，上述的具体角度根据船体结构工况拟定；

(3)通过锚链筒中心线延长线与锚机中心面的交点，确定锚机切点位置，然后根据切点位置验证步骤(2)中所述的锚机中心轮的位置坐标、锚机中心面角度、锚链筒上口点坐标及锚链筒中心线角度、锚穴中心面的角度是否合乎设计要求，然后进行对应调整；

(4)根据步骤(3)中调整方法，调整对应部件定位位置，满足切点位置约束条件；然后在锚机中心面中作锚机牵引线，通过锚链筒中心线和锚机牵引线，确定导链滚轮中心面，定出导链滚轮的倾斜角度；再根据步骤(3)中锚链经过导链滚轮的切点位置，减去导链滚轮半径，最终可确定导链滚轮的装配位置；其中，装配位置包括导链滚轮的中心点坐标和导链滚轮中心面的倾斜角度；

(5)根据动力学计算分析，锚链从锚链管起始，经过导链滚轮，最终到达锚机的整个运动过程，验证导链滚轮的定位准确性；且根据动力学仿真最终工况，确定闸刀掣链器的调整位置；为了使闸刀在卧式锚链中心附近，对位置可调式闸刀进行调整：首先测量闸刀距卧式链环中心的距离，然后平移调整闸刀，使其紧靠卧式链环中心附近。进一步的，所述步骤(3)中的调整方法包括：

(3.1)若切点位置低于导链滚轮中心点则判定设计不合理，调整方法为：沿船艏方向平移锚机中心面或减小锚机中心面角度或沿船尾方向平移锚穴中心面；

(3.2)若切点位置高于导链滚轮1500mm，则判定设计不合理，调整方法为：沿船尾方向平移锚机中心面或增大锚机中心面角度或沿船艏方向平移锚穴中心面。

进一步的，所述步骤(4)中锚机牵引线、锚链筒中心线即为锚链的运动轨迹，锚链运动时保证在同一个面上，并且经过锚机中心面和导链滚轮中心面。

进一步的，所述步骤(5)中的动力学计算分析即为运动仿真分析参数设置，包括模型连杆的创建；接触设置包括锚链与锚机、锚链筒和锚穴(锚唇)的接触设置，以及锚链之间的相互设置；旋转副设置包括锚机、导链滚轮、转环卸扣以及锚杆的转动；牵引方向设置即锚链竖直向下的运动，例如初始的正常速度设为6～12m/min，快速设为12m/min，慢速设为6m/min，当锚进入锚穴时，锚链速度将为6m/min。

进一步的，所述步骤(5)中检验锚链从锚链管起始导链滚轮到锚机的整个运动过程，其检测内容包括锚链与导链滚轮基座是否发生碰撞，锚链与锚链筒钢圈是否发生刮蹭。

有益效果：本发明通过模型构件以及辅助线和面的创立可以直观的检测导链滚轮定位及倾角设置的合理性，可根据空间位置直接对设计进行调整。且通过动力学计算结果可以获得闸刀掣链器的调整位置参数，易于修改设计，而仿真结果与实船实际的定位误差显示出该设计方法定位精度较高，符合设计要求。利用该设计方法能够大幅提高设计准确率，节省实船锚系安装周期。

综上，本发明解决传统倾斜导链式锚系的设计精度和定位误差的问题，通过数字化设计，能够直观感受倾斜导链式锚系设计的合理性，并给出具体的修改方法；然后根据动力学计算结果可以直接的获得闸刀掣链器的安装调节位置，能够有效的提高实船安装定位精度和减少安装时间。

附图说明

图1为实施例中锚系初始设计俯视图；

图2为实施例中锚系初始设计锚穴中心面(A-A面)图；

图3为实施例中锚系设计中锚链筒延长线与锚机面交点示意图；

图4为实施例中调整后锚系设计俯视图；

图5为实施例中调整后锚系设计中锚链筒延长线与锚机面交点示意图；

图6为实施例中调整后锚系设计起锚角度示意图；

图7为实施例中调整后锚系设计导链滚轮中心面定位图；

图8为实施例中导链滚轮装配示意图；

图9为实施例中导链滚轮装配俯视图；

图10为实施例中锚系零件模型动力学计算试验装配图；

图11为实施例中锚系零件模型动力学计算试验最终贴合示意图；

图12为实施例中闸刀掣链器距离卧式锚链的距离；

图13为实施例中闸刀掣链器调整后的与卧式锚链的位置示意图；

图14为本发明的整体流程示意图。

其中，1是船体中心面，2是锚机中心面，3是锚穴中心面，4是锚链筒，5是锚穴，6是锚机中心轮，7是导链滚轮，8是锚链筒上口点，9是锚链筒中心线，10是延长锚链筒中心线与锚机中心面的交点，11是平移锚机中心面后锚链筒中心线与锚机中心面的交点，12是锚机中心轮中的水平基线，13锚机牵引线，14是定出的锚机中心面，15是闸刀掣链器，16是调整后的闸刀掣链器。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图14所示，本发明的一种倾斜导链式锚系的设计及调整方法，包括以下步骤：

(1)根据国标要求和船体结构工况设计锚系部件位置；(2)模型的数字化建模，装配；(3)作设计的锚机牵引辅助线和锚机中心面，根据切点位置，验证初始设计，若不符合则调整设计位置；(4)作导链滚轮中心面，装配导链滚轮，定出导链滚轮位置和倾角；(5)动力学仿真模拟，给予闸刀位置调整的长度。根据结果进一步检验合理性，若不符合要求，则调整后循环试验流程步骤(1)。

实施例1：

本实施例以小型液化气体运输船为例，并为锚穴方案，其锚系初始设计数据如图1和图2所示，锚机中心面2与船体中心面1的夹角θ为25度，交点为Fr140-Xa；锚穴中心面3与船体中心面1的夹角

为66度，交点为Fr145+Xb；锚链筒上口点8坐标X坐标为Fr147-Xc，Y坐标为Ya，Z坐标为Za。其中Xa为421，Xb为100，Xc为315，Ya为2661，Za为13852。

然后延长锚链中心线与锚机中心面生成交点10，发现交点恰好是锚链筒上口点8。由图3的交点位置可知该导链滚轮位置过低。因为该交点为锚链经过导链滚轮7的切点，若其位置在锚链筒4上口点8，则导链滚轮7的中心点则在艏锚甲板以下，无法装配，故该结构设计不合理。需进行调整，调整方案有三种：方案一、沿船艏方向平移锚机中心面2；方案二、减小锚机中心面2角度；方案三、沿船尾方向平移锚穴中心面3。根据实船工况，调整锚穴5位置得重新考虑球鼻艏安全距离，调整锚机角度需重新考略船艏部件干涉问题。相较下调整锚机方案更简易，故选择方案一，沿船艏方向平移锚机中心面。

调整后方案如图4所示，保证锚机与船体中心线的角度θ仍为25度，平移锚机中心线后，交点为Fr140+Xa’，Xa’为123，相当于沿X方向平移了544mm的距离。锚链筒4上口点坐标和锚穴中心面3(A-A面)保持不变。

如图5所示，再次延长锚链筒中心线9与锚机中心面2生成交点10，该交点距离锚链筒上口点8即艏楼甲板的高度Zb为1040mm，大于导链滚轮7中心位置距离艏楼甲板的高度，故该结构设计合理。

如图6所示，以锚链筒中心延长线与锚机中心面的交点为起点11，创建一条与水平直线(即锚机中心轮中的水平基线12)夹角φ为16度的直线(即锚机牵引线13)，使锚链刚好经过锚机中心轮6的内槽，而该直线的角度为锚机的牵引角度。

如图7所示，以锚机的牵引角度直线和锚链筒4中心线为基准创建一个经过这两条直线的面，该平面即导链滚轮的中心面，也就是定出的锚机中心面14。

如图8所示，锚链中心线9与锚机中心面2的交点10即锚链经过导链滚轮7的切点，根据切点位置及导链滚轮7的对称面可以完成导链滚轮7位置的装配。可知导链滚轮7中心点的坐标距锚链筒上口点8距离Zc为876mm，导链滚轮7的倾斜角度λ为14.4度。由图9可知，导链滚轮7的X坐标为Fr146+Xd，Y坐标为Yb，其中Xd为50，Yb为2225。

然后根据上述定位坐标和角度完成锚系部件的建模装配工作，起抛锚的初始工况如图10所示，而根据仿真验证结果，收锚的最终工况如图11所示，锚能够顺利完成收锚过程并达到三点贴合，即锚座两侧端点与锚穴5上顶板相碰锚爪达到最大中和角度，且锚链运动过程中不与锚链筒4和导链滚轮7产生碰撞。

最后根据收锚的最终工况得到可调式闸刀掣链器15的调整方式，如图12所示，闸刀掣链器距离卧式锚链的距离D为116.8mm，因此沿锚机牵引方向平移闸刀掣链器，得到的闸刀掣链器15与卧式锚链的位置如图13所示，闸刀掣链器16能够锁紧卧式锚链中间部分，即结构满足设计要求；之后根据结果生成相应的锚系工程图以及掣链器安装图。

Claims (5)

1.一种倾斜导链式锚系的设计及调整方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)创建锚系结构部件三维模型：所述锚系结构包括锚机、锚链筒、锚穴和闸刀掣链器，且锚机设有锚机中心轮和锚机基座，闸刀掣链器设有导链滚轮基座、导链滚轮和位置可调式闸刀；该三维模型中，锚链筒上标定有壁厚及中心线角度，锚穴上标定有锚穴面板的尺寸和壁厚，锚唇图形包括锚唇面板图和各截面剖视图；

(2)给定锚系部件的空间位置，将构件装配到设计位置：所述锚系部件的空间位置包括锚机中心轮的位置坐标、锚机中心面的角度、锚链筒上口点的坐标、锚穴中心面的角度、导链滚轮的倾斜角度、锚机的牵引角度和锚链筒中心线角度；其中，导链滚轮的倾斜角度范围为0～24度，锚机的牵引角度范围为5～25度，锚链筒中心线角度为35～55度；

(3)通过锚链筒中心线延长线与锚机中心面的交点，确定锚机切点位置，然后根据切点位置来验证步骤(2)中所述的锚机中心轮的位置坐标、锚机中心面角度、锚链筒上口点坐标及锚链筒中心线角度、锚穴中心面的角度是否合乎设计要求，然后进行对应调整；

(4)根据步骤(3)中调整方法，调整对应部件定位位置，满足切点位置约束条件；然后在锚机中心面中作锚机牵引线，通过锚链筒中心线和锚机牵引线，确定导链滚轮中心面，定出导链滚轮的倾斜角度；再根据步骤(3)中锚链经过导链滚轮的切点位置，减去导链滚轮半径，最终可确定导链滚轮的装配位置；其中，装配位置包括导链滚轮的中心点坐标和导链滚轮中心面的倾斜角度；

(5)根据动力学计算分析，锚链从锚链管起始，经过导链滚轮，最终到达锚机的整个运动过程，验证导链滚轮的定位准确性；且根据动力学仿真最终工况，确定闸刀掣链器的调整位置；其中闸刀的调整方法为：首先测量闸刀距卧式链环中心的距离，然后平移调整闸刀，使其紧靠卧式链环中心附近。

2.根据权利要求1所述的倾斜导链式锚系的设计及调整方法，其特征在于：所述步骤(3)中的调整方法包括：

(3.1)若切点位置低于导链滚轮中心点则判定设计不合理，调整方法为：沿船艏方向平移锚机中心面或减小锚机中心面角度或沿船尾方向平移锚穴中心面；

(3.2)若切点位置高于导链滚轮1500mm，则判定设计不合理，调整方法为：沿船尾方向平移锚机中心面或增大锚机中心面角度或沿船艏方向平移锚穴中心面。

3.根据权利要求1所述的倾斜导链式锚系的设计及调整方法，其特征在于：所述步骤(4)中锚机牵引线、锚链筒中心线即为锚链的运动轨迹，锚链运动时保证在同一个面上，并且经过锚机中心面和导链滚轮中心面。

4.根据权利要求1所述的倾斜导链式锚系的设计及调整方法，其特征在于：所述步骤(5)中的动力学计算分析即为运动仿真分析参数设置，包括模型连杆的创建；接触设置包括锚链与锚机、锚链筒和锚穴的接触设置，以及锚链之间的相互设置；旋转副设置包括锚机、导链滚轮、转环卸扣以及锚杆的转动；牵引方向设置即锚链竖直向下的运动。

5.根据权利要求1所述的倾斜导链式锚系的设计及调整方法，其特征在于：所述步骤(5)中检验锚链从锚链管起始，经过导链滚轮，最终到达锚机的整个运动过程，其检测内容包括锚链与导链滚轮基座是否发生碰撞，锚链与锚链筒钢圈是否发生刮蹭。

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