[关键词]锚机；自由抛锚速度与控制；软特性限速制动

[摘要]通过对锚机功能、抛锚状态、抛锚速度及控制的分析，得出结论：合理适用的自由抛锚控制技术具有软特性限速的制动功能。

0引言

锚泊系统设备是船舶起、抛锚的重要机电设备。作为主要设备的锚机，其自由抛锚的状态对船体结构和锚泊系统各设备有非常大的影响。为了合理选择锚机的自由抛锚控制技术和技术参数，有必要对锚机的自由抛锚有关问题进行必要的讨论。

1组成与功能

锚泊系统设备主要由锚、锚链(索) 、锚链筒、机架、挚锚器、挚链器、导向滚轮、导索器、锚机、锚链管、锚链舱、弃锚器等组成，其核心设备是锚机，一般由电动机、液压马达等作为原动机，包括传动装置、锚链轮及传动轴、墙(支)架、轴承、可手动或液动的牙嵌式离合器、带式制动器等组成。

·起锚功能

额定速度下锚机的起锚能力；较大的速度调节范围，较大的负荷变化；适宜的进锚链孔速度，以满足进锚链孔低速指标的要求；起动负荷尽可能低，减少对电源的冲击。

·抛锚功能

制动限速或大型锚机自动控制限速功能，适应规定的、合理的抛锚速度范围。

·操控功能

正反转机构灵活可靠，操纵、控制方便灵活，满足起抛锚需要。

·支持和制动功能

安全可靠的制动装置，起、抛锚时能随时实现刹车；按规定要求的支持负荷功能，以适应船舶较大外力时对锚机的要求。

2抛锚及锚链状态分析

船舶在抛锚系留时，锚链呈悬链状态。无论是锚链还是钢丝绳都有良好的柔性和均匀的质量，因此锚链或钢丝绳可视作简单悬链线。作用于船舶的环境力的合力为水平方向，通过锚链作用于锚，在不发生走锚时，锚的水平抓力与环境力是平衡的。一般情况下，锚链应有足够的长度。锚爪抓入海底、锚链平铺于海底，并与锚柄长度方向相一致，使得锚链悬链线在整个锚链中间的某一点与海底相切，锚和平铺于海底的锚链提供的是与海底平行的、水平的拉力，并通过悬链段的锚链向船舶提供锚泊拉力。受力关系式可参考相关船舶舾装设计手册。

锚的功能就是使船通过柔性的锚链与海底的泥土相联系，与锚链一起产生足以使船锚泊在预定海域的固定拉力。锚坠落至海底泥土后，由于锚链拉力和泥土对锚冠的承拖作用，随着锚链的不断下放，使锚柄及锚爪平躺于海底，锚爪的重量使锚爪沿着锚冠处的转轴向海底(或泥土)的方向继续翻转，此时随着船的移动，逐渐使锚链在海底平铺、展开。由于锚链对锚柄的水平拖带使锚被拖动，就像犁地一样使锚爪逐渐插入到海底(或泥土)中，实现船的锚泊成功，转爪锚尤其如此。

实际上，船舶锚泊力是由锚及锚爪插入海底的锚固力和平铺于海底的锚链与海底的摩擦力共同产生的；不能理解成：锚抛出的速度越快、深入海底越深、锚泊力就越大。如船舶的环境力小于锚及锚链所产生的锚泊力，即为船舶锚泊系留，成功实现抛锚。

3自由抛锚速度的分析

传统抛锚方式有许多缺点。笔者经过调查了解的抛锚情况大致如下：锚机制动器松闸后，锚及锚链开始由缓慢逐渐加速，当锚链抛出大约20m左右至一节锚链的长度或感觉下抛速度过快时开始刹车，控制或限制锚链抛出的速度，采取由人工控制刹车力的大小来控制自由抛锚的速度。表象是放一段锚链、紧一下刹车的方法，锚链抛出时快时慢，平稳性较差，产生动负荷较大。

整个抛锚过程中，锚装置系统产生较大噪声和振动，对锚装置系统和船体结构产生比较大的冲击，特别是锚机制动器刹车限速是靠人的手感和观察来实现的。操作动作虽然简单，但对人准确控制的能力要求高，某种程度来讲是加大了操控难度。一旦操作失误或刹车不及时，会产生飞车、损坏船体和设备及人员伤亡等事故，工作环境缺少安全感。这种刹车方法对于小型锚机还可以适用，对大型锚机很难做到，巨大的锚和锚链所产生冲击力是锚装置系统和船体结构无法承受的。

理论上讲，为了保证抛锚地点的准确性、提高工作效率，抛锚速度尽可能的大，以便能够准确及时将锚抛到预定海域。实际上受锚泊设备的技术条件限制，抛锚速度无限制地增大是不可能的、也不现实。速度过大时，锚泊设备和船体结构将受到巨大的冲击，造成锚泊设备和船体结构的损坏。因此，对锚装置的最大抛锚速度是有限制的，按照我国的船用起锚绞盘的有关标准规定，最大抛锚速度限定在300m/min以内，而且随着锚链直径和锚重的不断加大，锚机的惯量和冲击也不断加大，对船体结构及设备的损伤和破坏会更大，故应根据锚机规格的大小确定锚机的抛锚速度。同时，应根据抛锚深度和配置锚链的总长度，或可以根据抛出锚链的长度、抛出锚链的允许时间来综合确定。抛锚速度大范围可在60m/min～300m/min之间选取，锚机规格越大选择抛锚速度值越小，反之取大值。大型锚机抛锚速度推荐在60m/min～120m/min之间选取。

4自由抛锚控制分析

传统的自由抛锚限速制动方式是刹车带的摩擦限速制动方式，这种限速制动方式虽然结构简单，容易掌握，但不可靠因素比较多，诸如刹车带受力不均、易磨损寿命短、产生过热制动失效、冲击大损坏船体和设备、飞车危及船员安全等问题。

此制动方式比较适用于停车制动方式，不适用于限速制动；适宜的限速制动方式如动力限速制动、液压马达限速制动、液力限速制动等软特性的制动方式；软特性的制动方式与停车制动方式相结合所形成的限速和停车的综合制动方式即为自由抛锚控制技术的研究方向。

5研究方向

主要指带有软特性功能的抛锚限速自控系统和刹车装置的研究，包括配套电控系统和液压控制系统等技术的研究。

5.1软特性抛锚限速自控系统

国外已有限速抛锚自动控制系统配液动带式制动器的限速制动装置，属电液控制、机械摩擦限速制动方式，国内正在研制此类限速制动系统，其特点是通过速度信号反馈控制带式制动器来限制自由抛锚的速度。如采用盘式制动器代替带式制动器其本质无大的区别，只是盘式制动器比带式制动器受力均匀，制动特性稍有改善，结构上兼有手动操控功能难度较大。笔者认为：此种限速制动形式比较适合小型锚机，既可以解决人控的难题，又可解决设备的先进性及安全可靠性问题，对要求和成本不高的锚机比较适用。

国内还未发现动力限速制动、液力限速制动、液压马达限速制动系统用于锚机自由抛锚状态的控制，限速制动机构如何设置或选择由实际情况、结构、工况和环境等要求而定。小型锚机可以开发机械式带有速度限制功能的自动限速控制装置，大型锚机可以开发带有检测、反馈功能、电液控制、具有软特性制动功能的自动控制限速装置。

5.2刹车装置

现在使用的带式刹车在自由抛锚限速、停车、支持负荷时均可使用，以结构简单、能够完成基本功能而得到推广使用。一般通过手动与液压相结合的控制形式，手动和液动可实现功能转换。自由抛锚时通过电液控制系统自动或人为控制带式制动器制动力的大小、限速运行在规定的范围。但存在前述诸多弊端，尤其对大型锚机的适应性较差。

为避免带式制动器作为限速制动的缺点，可以探讨研究其他形式的限速制动装置来解决限速制动的问题，停车制动、支持负荷制动当然还是采用机械摩擦的制动形式，且具有手动功能。重点研究如液压马达限速制动装置、液力限速制动装置、动力限速制动装置，包括配套的电控系统和液压控制系统的研究，整个刹车装置要求具有停车制动、支持负荷制动和自由抛锚限速制动的三种功能。

6结语

经过上述对锚及锚链(索)状态、自由抛锚速度及控制的分析，可以得出如下结论：合理可行的自由抛锚限速系统应具有平稳、合理快速、自动可控的软特性限速制动功能。

上述仅为本人的看法和意见，之所以自由抛锚的状态与控制受到关注，是因为产生了前述诸多不利因素，这也为今后锚机自由抛锚控制技术的研究提供理论准备。欢迎相关人士共同研讨，以求得更加确切的结论。

作者：姚化利  来源：船舶