25 000 DWT化學品船計算機電子輔助拉錨實驗

趙學春，劉志強，董 帆

(1.中航鼎衡造船有限公司，江蘇 揚州 225217；2.江蘇科技大學 機械工程學院，江蘇 鎮江 212003)

25000DWT化學品船計算機電子輔助拉錨實驗

趙學春1，劉志強2，董 帆1

(1.中航鼎衡造船有限公司，江蘇 揚州 225217；2.江蘇科技大學 機械工程學院，江蘇 鎮江 212003)

對25 000 DWT雙相不銹鋼化學品船錨系運用計算機虛擬拉錨仿真實驗系統實現了錨系三維模型的虛擬建模以及虛擬裝配，并且對船舶錨系泊錨系統進行運動仿真分析，重點對錨唇與錨座進行優化設計分析，最終確定船舶錨系的修改方案。實踐證明:這項虛擬模擬仿真比當下根據制作木模或者剛模確定方案的方法更加精準快捷。

化學品船；三維模型；虛擬；拉錨；仿真實驗；設計；裝配

0 引言

船舶錨系的收放運動受眾多因素影響，比如拉錨時的航速、海水的流速和海面上的風力等。假如船舶錨系各個組成部分(錨鏈艙、導鏈滾輪、錨唇等)的設計與裝配不當，那么很有可能在船舶錨系泊錨系統工作過程中出現異常。

目前,大多數船廠采用傳統的制作1∶1鋼模或者木模拉錨實驗，經過反復拉錨實驗對錨系部件形狀和位置進行調整，直至達到理想的效果，其中最為重要的就是錨唇與錨臺的外形尺寸與相對位置關系。木模拉錨試驗存在如下問題：

(1)木模拉錨試驗往往安排在詳細的生產設計后期，一旦木模拉錨出現問題，修改約束條件較大，影響其他專業設計。

(2)由于木模表面木質摩擦系數與鋼摩擦系數存在差異并且密度存在差異，時常造成木模拉錨試驗沒有問題，但在后期建造過程中發現各種問題。

隨著計算機在造船行業的應用和發展，近年來研制出不少優秀的電子拉錨系統以替代木模拉錨試驗的方法。電子拉錨系統采用計算機虛擬樣機技術確定錨系設計，并建立虛擬三維模型、開展虛擬實驗，從而擺脫鋼模或木模拉錨試驗。其優點如下：

(1)三維設計模型比二維圖紙更為直觀，便于確定其布置角度，找到貼合點和碰撞點。

(2)虛擬拉錨試驗代替手工木模拉錨試驗，可大大縮短工期，從而節省大量的人力物力。另外，在做模擬仿真時，部件與部件之間采用的是鋼的摩擦系數，比制作木模實驗更加精準，比制作剛模實驗更加省時省力。

(3)可以模擬船舶的橫傾、縱傾拉錨情況，這種考慮計算了影響船舶航行的多種因素，使得這種虛擬拉錨試驗更加實用、安全、可靠。

(4)可以在設計初期階段就開展錨系設計驗證，提前發現問題，找到優化的設計方案。

(5)可以利用三維模型輔助快速獲得錨臺放樣圖、錨臺樣板圖、安裝定位點等生產設計信息，從而使計算機輔助放樣代替手工放樣，節約了大量時間和人力成本，提高了放樣精度。

本文以某25 000 DWT雙相不銹鋼化學品船的錨系為研究對象,應用計算機虛擬拉錨仿真實驗系統實現了船舶錨系從三維設計建模到裝配最后運動仿真的整個過程。通過這項試驗，對錨系起拋錨運動以及最終錨爪與錨唇貼合狀態進行了更加深入的分析測試和研究。

1 錨系虛擬拉錨試驗方法

1.1虛擬錨泊系統環境建立

當前的船廠、設計所大部分面臨著船舶錨系方案設計中選型、結構優化效率不高的問題。錨鏈筒角度與錨唇形狀尺寸、相對位置設計等因素在錨系部件中是否合理，對于整個拉錨或者放錨運動具有非常大的影響。同時，錨唇與錨臺形狀尺寸優化設計的完善性與錨座相貼合的完美性有著很大的關系。為了錨座與錨唇完美的配合，根據仿真結果將錨唇外形做適當的調整是必要的。

船舶錨系虛擬樣機收放錨的運動仿真運動一般流程如圖1所示。

采用這種虛擬試驗技術，以某25 000 DWT雙相不銹鋼化學品船的錨系為例，利用CAE對其整個錨系進行運動仿真，而錨系設計的修改是根據所得的運動仿真結果進行的。該技術應用模擬拉錨試驗技術代替反復制作木模的方法，便于對最終的設計方案進行優化與確定。

本文利用圖2的船舶拉錨試驗仿真平臺開展25 000 DWT雙相不銹鋼化學品船錨系的拉錨試驗工作。

1.2三維幾何錨系布置模型的建立

眾所周知,一般的船舶建造都是單件或小批量定單方式生產,所以每艘船具有其獨特的差異性。本船大抓力錨為外購件，由錨專業制造企業生產,與國家標準沒有細化部分的尺寸存在差異，因此錨詳細零件圖一般根據零件圖繪制。

按本船的錨系布置圖、錨唇結構圖、錨鏈筒結構圖、錨臺結構圖等二維初始設計工程圖進行錨系三維建模。平面結構布置圖和三維虛擬裝配圖如圖3所示。

在拉錨虛擬實驗中若發現一些結構不當或者裝配尺寸不合理等問題,可以按要求直接調整相應設計模型,進而重新進行拉錨仿真試驗，循環驗證優化直到滿足要求，之后得到滿足要求的設計工程圖并投入建造。該方法可大量節省錨系實驗成本，提前在設計初期發現設計存在的問題，避免后期的損失。

1.3拉錨運動仿真檢測要點

(1)起錨是否碰球鼻艏檢測：在此起拋錨運動仿真過程中，錨鏈與錨座會因為一些外力發生輕微擺動，沿著錨唇邊緣垂直上升。若拉錨過程中出現干涉碰撞，虛擬實驗程序將會報錯停止實驗，此時則需要稍微修改錨臺伸出尺寸。同時，可以檢測橫傾、縱傾情況。

(2)錨與錨唇最終貼合仿真檢測：目的是檢查錨唇與錨座、錨爪的接觸狀態，包括錨唇與錨座接觸數量、錨桿在錨鏈筒的位置等。

(3)錨翻轉狀態檢測：目的是檢查錨桿進入錨鏈筒后，能否正常翻轉貼合，特別是錨尖指向外板狀態時，是否能翻正貼合。

2 實船錨系錨唇貼合仿真試驗結果分析

25 000 DWT雙相不銹鋼化學品船選用抓重比大的改進型平衡式大抓力錨，起錨過程中尤其要注意錨尖指向外板時翻正貼合情況。圖4和圖5分別為進行虛擬拉錨運動仿真實驗后最終得到的錨座與錨唇貼合的側視圖與正面圖。本次實驗錨座和錨唇運動配合狀態良好,各項系數都在正常水平。

如果仿真時出現卡錨現象或者配合不精準，之后可根據錨與球鼻艏起始狀態、錨與錨唇最終貼合狀態以及錨的翻轉狀態進行針對性的修改和完善，再進行實驗仿真。這樣僅僅通過計算機設計以及進行實驗驗證就大大節省了上述修改木模或者重做鋼模所需耗費的大量工時。

利用計算機技術的1∶1虛擬拉錨實驗可以直觀逼真地展示錨系從起始狀態到最終錨爪與錨座配合狀態的整個過程。與此同時，如果在配合狀態完成之前出現錨爪翻轉情況，工作人員可以清楚地看到并記錄下來。在仿真完成之后還利用該三維設計技術獲得了二維工程圖和安裝點坐標等信息。

3 結語

綜上所述，在整個船舶錨系的設計中，錨鏈筒與錨唇相對角度以及外形尺寸最為重要，直接影響錨系整體的建造誤差，從而導致一些不良事件發生。針對25 000 DWT雙相不銹鋼化學品船錨系設計采用專用錨系設計軟件，進行了起錨狀態檢測、翻轉狀態檢測、貼合狀態檢測,并輸出了錨臺二維展開圖、樣板圖和安裝點坐標等。利用三維設計代替二維設計，計算機電子拉錨代替木模拉錨，計算機輔助放樣代替手工放樣，既提高了船舶錨系設計的精度，又大大縮減了錨系的生產周期。

經過多次反復實踐可以證明，計算機虛擬拉錨仿真實驗系統實現錨系三維模型的虛擬設計和虛擬裝配技術可以代替制作木模或鋼模進行模擬拉錨實驗，從而更加準確地確定船舶錨系設計方案并及時改進完善，達到明顯降低生產成本，大大縮減制造周期等目的。計算機虛擬拉錨仿真實驗技術確實是值得在船舶行業推廣使用的技術。

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U664.4

A

2016-04-12

趙學春(1980—)，男，工程師，主要從事船舶舾裝設計工作。