董效鵬

摘 要：卸扣作為浮標(biāo)錨鏈附件的一部分，其拆卸效率、結(jié)構(gòu)性能直接影響著航標(biāo)作業(yè)效率和航標(biāo)助航安全。本文針對(duì)現(xiàn)有浮標(biāo)卸扣存在設(shè)計(jì)缺陷、拆卸困難、容易脫開(kāi)致使浮標(biāo)漂移等諸多弊端，研究設(shè)計(jì)了一種新型錨鏈卸扣，用來(lái)提高航標(biāo)作業(yè)效率和助航安全保障能力。

關(guān)鍵詞：浮標(biāo)；錨鏈；卸扣；設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U664.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2018）1-0048-03

錨鏈卸扣作為助航標(biāo)志——浮標(biāo)的重要一環(huán)，其質(zhì)量好壞直接影響著浮標(biāo)的助航安全。若卸扣脫落導(dǎo)致浮標(biāo)漂移，可造成重大通航事件。2016年1月23日，天津港就發(fā)生了幾座漁業(yè)標(biāo)因斷鏈漂移到天津港主航道事件，導(dǎo)致天津港封航一天，直至1月24日晚才恢復(fù)通航，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，浮標(biāo)斷鏈漂移多數(shù)都是卸扣脫落造成的，可見(jiàn)卸扣的作用至關(guān)重要。

目前， 有三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)直接影響著大中型航標(biāo)船在布設(shè)或檢修浮標(biāo)時(shí)的作業(yè)效率，為起吊浮標(biāo)、起絞錨鏈沉石和拆卸錨鏈三個(gè)環(huán)節(jié)，尤其起絞錨鏈沉石和拆卸錨鏈兩個(gè)環(huán)節(jié)最為繁瑣復(fù)雜。其中，起絞錨鏈沉石自應(yīng)用新型臥式自排鏈液壓卷筒絞車(chē)后，起絞兩節(jié)錨鏈時(shí)間由近20分鐘縮短為6分鐘左右，效率得到明顯提高。但拆卸錨鏈一直保持傳統(tǒng)作業(yè)方式一程不變。因錨鏈與浮標(biāo)、錨鏈與沉石以及錨鏈和錨鏈之間的連接均為卸扣，拆卸錨鏈實(shí)際上是拆卸錨鏈卸扣。浮標(biāo)錨鏈卸扣長(zhǎng)時(shí)間在海水中腐蝕、銹蝕，拆卸非常困難，尤其銹蝕嚴(yán)重的卸扣還要?dú)夂盖懈?，勞?dòng)強(qiáng)度比較大，工作效率非常低。而且，這種傳統(tǒng)卸扣由于自身銷(xiāo)子容易脫落，經(jīng)常導(dǎo)致浮標(biāo)移位或漂失，弊端諸多。針對(duì)這種現(xiàn)象，本文設(shè)計(jì)了一種新型卸扣用來(lái)取代傳統(tǒng)卸扣，以便減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率，確保航標(biāo)助航安全。

1 現(xiàn)有常用卸扣的種類(lèi)及問(wèn)題

1.1 常用卸扣種類(lèi)

目前在浮標(biāo)上常用的卸扣有三種，分別為圓錐銷(xiāo)卸扣、開(kāi)口銷(xiāo)卸扣、肯特卸扣，如圖1-6。

圓錐銷(xiāo)卸扣由卸扣本體、橫銷(xiāo)和圓錐銷(xiāo)組成。使用時(shí)，圓錐銷(xiāo)插入圓錐銷(xiāo)孔，通過(guò)過(guò)盈配合，固定橫銷(xiāo)。圓錐銷(xiāo)末端用鉛封堵防止圓錐銷(xiāo)滑出導(dǎo)致橫銷(xiāo)脫落。

開(kāi)口銷(xiāo)卸扣由卸扣本體、橫銷(xiāo)和開(kāi)口銷(xiāo)組成。使用時(shí)，將開(kāi)口銷(xiāo)兩個(gè)銷(xiāo)片向兩側(cè)劈開(kāi)防止橫銷(xiāo)脫落。

肯特卸扣由兩個(gè)相互齒合的半環(huán)、橫檔和錐銷(xiāo)組成，橫檔設(shè)置在兩個(gè)半環(huán)之間，用錐銷(xiāo)將橫檔和兩個(gè)半環(huán)固定。因這種卸扣拆卸困難，在浮標(biāo)錨鏈上用的較少。

1.2 存在問(wèn)題

1.2.1 易造成浮標(biāo)漂移，影響助航安全

如圖1-4，圓錐銷(xiāo)卸扣和開(kāi)口銷(xiāo)卸扣結(jié)構(gòu)相似，使用時(shí)為倒U型結(jié)構(gòu)，頂部為弧形，底部是橫銷(xiāo)，頂部受力點(diǎn)集中在弧心位置，底部受力點(diǎn)理論上是橫銷(xiāo)的中間位置，受到垂向拉力，實(shí)際上因橫銷(xiāo)是直線型且尺寸較長(zhǎng)，錨鏈與橫銷(xiāo)是點(diǎn)接觸，受力時(shí)錨鏈與橫銷(xiāo)的接觸點(diǎn)不可能恰在橫銷(xiāo)中間位置作垂向拉力，而是側(cè)向拉橫銷(xiāo)。這樣通過(guò)受力分析，橫銷(xiāo)會(huì)受到向下的垂直作用力，還受到向一側(cè)的拉力。因海上浮標(biāo)時(shí)刻在隨波逐流，錨鏈卸扣就始終處于一張一緊的受力狀態(tài)，也就是橫銷(xiāo)會(huì)一直產(chǎn)生一個(gè)向左側(cè)或右側(cè)的推拉力。對(duì)于圓錐銷(xiāo)卸扣來(lái)說(shuō)，時(shí)間久了其圓錐銷(xiāo)在橫銷(xiāo)的反復(fù)推拉力作用下就會(huì)在錐孔中松動(dòng)脫落，導(dǎo)致橫銷(xiāo)隨之脫落，錨鏈斷開(kāi)，浮標(biāo)漂失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，青島航標(biāo)處浮標(biāo)錨鏈卸扣基本為圓錐形卸扣，自2010年至2015年，青島航標(biāo)處共發(fā)生64次因錨鏈斷開(kāi)導(dǎo)致浮標(biāo)漂移的現(xiàn)象，其中因卸扣脫落造成的浮標(biāo)漂移達(dá)47次（見(jiàn)表1），且有10余次漂移到養(yǎng)殖區(qū)造成經(jīng)濟(jì)糾紛，占導(dǎo)致漂移數(shù)量的73%（如圖7），直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)300余萬(wàn)元，其它導(dǎo)致漂移數(shù)量的17%是被船撞斷或大風(fēng)刮斷錨鏈造成的。

不僅圓錐銷(xiāo)卸扣容易脫落，開(kāi)口銷(xiāo)卸扣也易脫落。拋棄卸扣材料缺陷不說(shuō)，開(kāi)口銷(xiāo)卸扣脫落有兩種可能原因，一是雖然開(kāi)口銷(xiāo)兩個(gè)銷(xiāo)片伸出在外能夠有效阻止橫銷(xiāo)脫落，但是伸出在外的兩個(gè)銷(xiāo)片受到橫銷(xiāo)時(shí)刻反復(fù)的推拉力作用容易產(chǎn)生金屬疲勞，加之海水腐蝕，容易斷開(kāi)，導(dǎo)致橫銷(xiāo)脫落；二是浮標(biāo)擺動(dòng)鏈與地鏈之間的連接卸扣常與海底接觸，反復(fù)與海底摩擦，致使伸出在外的銷(xiāo)片或銷(xiāo)末端磨損嚴(yán)重變薄或磨損掉，加之橫銷(xiāo)受到反復(fù)不間斷的推拉力作用，造成開(kāi)口銷(xiāo)脫落，橫銷(xiāo)隨之脫落，錨鏈斷開(kāi)，浮標(biāo)漂失。

1.2.2 拆卸困難、勞動(dòng)強(qiáng)度大

浮標(biāo)錨鏈卸扣長(zhǎng)時(shí)間在海中受到海水侵蝕，腐蝕嚴(yán)重。圓錐銷(xiāo)卸扣拆卸時(shí)需要將鉛封拆掉，用錐銷(xiāo)沖頭退出圓錐銷(xiāo)，由于銷(xiāo)孔比較小，加之銹蝕嚴(yán)重，退出圓錐銷(xiāo)極其困難，拆卸需要2-3人配合。因圓錐銷(xiāo)沖頭形狀細(xì)長(zhǎng)，航標(biāo)工在用錘頭敲擊時(shí)，稍有不慎就會(huì)砸在手上而受傷。

開(kāi)口銷(xiāo)卸扣拆卸時(shí)，首先要將兩只銷(xiāo)片敲直，然后再用錘子和沖頭將開(kāi)口銷(xiāo)沖出。因開(kāi)口銷(xiāo)同樣受到嚴(yán)重腐蝕，尤其銷(xiāo)子和銷(xiāo)孔之間間隙較大，海生物、泥沙塞滿銷(xiāo)孔間隙，銷(xiāo)子和銷(xiāo)孔銹蝕在一起，開(kāi)口銷(xiāo)沖出也是非常困難，需要2-3人配合。

肯特卸扣拆卸時(shí)，首先要用沖子將圓錐銷(xiāo)沖出，然后用橫檔沖塊沖掉橫檔，再用橫檔沖塊和楔子配合，將肯特卸扣上下兩個(gè)半環(huán)分開(kāi)。 這種卸扣用人工基本拆卸不開(kāi)，只能用氣焊切割開(kāi)。

1.3 拆卸效率比較低

正常情況下，拆卸圓錐形卸扣和開(kāi)口銷(xiāo)卸扣用時(shí)約為5分鐘，銹蝕嚴(yán)重的要8分鐘左右。現(xiàn)今，為了確保開(kāi)口銷(xiāo)和圓錐銷(xiāo)卸扣不脫落，航標(biāo)工將這兩種卸扣裝配好后，經(jīng)常用電焊焊死防止脫落。被電焊焊死的卸扣，只能用氣焊割開(kāi)，用時(shí)要15分鐘左右，工作效率非常低。

2 新型卸扣設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

針對(duì)現(xiàn)有卸扣存在的問(wèn)題，新設(shè)計(jì)的卸扣必須要拆卸簡(jiǎn)單，拆卸效率高，結(jié)構(gòu)安全可靠。

2.2 設(shè)計(jì)要求

新設(shè)計(jì)的卸扣必須具有不低于現(xiàn)有卸扣的抗拉強(qiáng)度、抗腐蝕性能和抗磨損性能，也就是高于GB/T18669-2002規(guī)定的CM490標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 設(shè)計(jì)思路endprint

既然圓錐型卸扣和開(kāi)口銷(xiāo)卸扣存在諸多弊端，其結(jié)構(gòu)樣式就不易再采用。為了避免出現(xiàn)橫銷(xiāo)這種結(jié)構(gòu)，我們可以借鑒肯特卸扣這種結(jié)構(gòu)，將新型的卸扣設(shè)計(jì)成C型，再設(shè)計(jì)一種可以快拆式的連接件將C型開(kāi)口部分連接封堵，同時(shí)確保卸扣受力時(shí)不變形，這樣卸扣連接就比較牢靠。

2.4 新型卸扣設(shè)計(jì)

2.4.1 新型卸扣的結(jié)構(gòu)

如圖9所示，新型卸扣主要由C型環(huán)和連接件組成。

如圖10所示，C型環(huán)的開(kāi)口端置有卡座，以便連接件的卡槽卡入，將C型環(huán)連為一體，形成一個(gè)橢圓形卸扣。

連接件由連接件本體（圖11）、擋板（圖12）、十字銷(xiāo)（圖13）、止脫環(huán)（圖14）、蓋板（圖15）和銷(xiāo)軸（圖16）組成。連接件本體開(kāi)有孔，用來(lái)插入鎖緊塊，兩側(cè)開(kāi)有卡槽。擋板為T(mén)型結(jié)構(gòu)，中間開(kāi)有十字銷(xiāo)孔，底部?jī)啥藶殒i緊塊，底部中心位置開(kāi)有楔形槽。止脫環(huán)環(huán)面內(nèi)置有擋塊，只容許擋板鎖緊塊旋轉(zhuǎn)90度。蓋板內(nèi)側(cè)開(kāi)有十字銷(xiāo)槽12。

連接件是各構(gòu)件的組裝體。組裝時(shí)，首先將擋板插入連接件本體，旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再將止脫環(huán)從連接件本體反面插入插孔，將插孔封住，防止擋板從插孔中脫落。然后再將十字銷(xiāo)插入十字銷(xiāo)孔，再將蓋板插入連接件本體，最后把銷(xiāo)軸插入銷(xiāo)軸孔固定蓋板。

新型卸扣結(jié)構(gòu)看似復(fù)雜，實(shí)際上作為成品，拿到航標(biāo)工手中的卸扣只有C型環(huán)和連接件兩個(gè)部件，其余部件都是在生產(chǎn)車(chē)間組裝好的。

2.4.2 新型卸扣的工作原理

當(dāng)連接錨鏈時(shí)，首先將待連接的兩只錨鏈從C型環(huán)開(kāi)口處置入環(huán)內(nèi)；然后將連接件上的擋板逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到與連接件垂直位置，再將連接件本體從環(huán)內(nèi)向外插入卡座；再將擋板用專(zhuān)用扳手或管鉗順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，與C型環(huán)連接為一體；最后從環(huán)內(nèi)側(cè)將十字銷(xiāo)擋塊敲入楔形槽，將擋板牢牢固定，如圖17。

當(dāng)拆解錨鏈時(shí)，首先通過(guò)擋板上的孔將十字銷(xiāo)擋塊敲出楔形槽，如圖18；其次將擋板逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，再將卸扣連接件本體從C型環(huán)上敲出，即可將錨鏈環(huán)取出，脫開(kāi)錨鏈。

2.4.3 新型卸扣的材料選型

在考慮節(jié)約的前提下，針對(duì)卸扣在海中較易受到腐蝕這個(gè)現(xiàn)象，新型卸扣的材料可以局部加強(qiáng)。卸扣的C型環(huán)部分按現(xiàn)有卸扣材料和工藝制作，卸扣的連接體選擇用USU316L不銹鋼材料制作，它浸泡在海水里不易被腐蝕，能夠確保連接件與C型環(huán)容易打開(kāi)。

2.4.4 抗拉強(qiáng)度、耐磨性

因新型卸扣的連接體用的是USU316L不銹鋼，為高韌性的奧氏體不銹鋼，其耐斷裂性和耐磨性比現(xiàn)有卸扣材料錨鏈鋼還要強(qiáng)。雖然USU316L不銹鋼的抗拉強(qiáng)度低于錨鏈鋼抗拉強(qiáng)度，但是在制作時(shí)，可以將連接件適當(dāng)加大，通過(guò)計(jì)算確保其拉力試驗(yàn)載荷和拉斷試驗(yàn)載荷滿足規(guī)范要求即可。

4 新型卸扣研究設(shè)計(jì)的意義

4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益明顯

青島航標(biāo)處自2010年至2015年因卸扣脫落造成的損失達(dá)300余萬(wàn)元，平均每年損失50余萬(wàn)元。對(duì)于青島航標(biāo)處來(lái)說(shuō)，新型卸扣應(yīng)用后每年至少可以減少50萬(wàn)元損失。對(duì)于整個(gè)北方海區(qū)來(lái)說(shuō)，目前北海航保中心共管理浮標(biāo)2310座，每年春冬兩季換標(biāo)，每次換標(biāo)約1041座，按每座標(biāo)減少4分鐘，每年大標(biāo)船作業(yè)節(jié)省時(shí)間為1041*2*4/60=138.8小時(shí)，可以節(jié)約燃油50萬(wàn)元。而且，現(xiàn)有很多卸扣，為了確保安全，經(jīng)常用電焊焊死，不能重復(fù)利用，新設(shè)計(jì)的卸扣可以重復(fù)利用，符合綠色發(fā)展理念。

4.2 可以明顯提高航標(biāo)作業(yè)效率

新設(shè)計(jì)的卸扣，拆卸方便，預(yù)計(jì)用1分鐘時(shí)間就可完成，相對(duì)于原有卸扣尤其相當(dāng)部分需要?dú)夂盖懈畹男犊?，可以明顯提高航標(biāo)作業(yè)效率。

4.3 可以明顯降低作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度

新的卸扣連接件部分為不銹鋼制造，不受腐蝕，拆裝簡(jiǎn)便，只需要一人就可輕易完成，不需要多人相助，更不用電氣焊焊接或切割，可明顯降低作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.4 可以明顯提高航標(biāo)助航安全保障能力

新設(shè)計(jì)的卸扣在工作時(shí)，受力點(diǎn)集中在上下兩個(gè)點(diǎn)上，受力均勻。卸扣上十字銷(xiāo)用來(lái)防止擋板逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而擋板只是用來(lái)阻擋連接件脫落，在海底基本上不受側(cè)向力，確保了卸扣連接更加牢靠。因此新設(shè)計(jì)的卸扣解決了圓錐銷(xiāo)卸扣和開(kāi)口銷(xiāo)卸扣存在的設(shè)計(jì)缺陷，不會(huì)再發(fā)生因脫銷(xiāo)導(dǎo)致浮標(biāo)漂移影響通航的事件，能夠明顯提高轄區(qū)航標(biāo)助航保障能力，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。endprint