葛楊元

（南通力威機(jī)械有限公司，江蘇南通 226500）

0 引言

CB/T3844—2000《滾輪閘刀掣鏈器》標(biāo)準(zhǔn)是船舶錨泊其中的一種結(jié)構(gòu)形式，適用于直徑為Φ42 mm～Φ132 mm船用錨鏈用掣鏈器。掣鏈器位于錨機(jī)與錨鏈筒之間的甲板上，用以夾住錨鏈。拋錨后，閘上掣鏈器，可將錨鏈的拉力傳給船體，使錨機(jī)不處于受力狀態(tài)。航行時(shí)，掣鏈器承受錨和部分錨鏈的重力，并將收到錨鏈筒內(nèi)的錨貼緊船體，不致發(fā)生撞擊。而錨裝置布置（錨機(jī)、掣鏈器、錨鏈孔）基于船體甲板空間，所以不同的船體因空間限制掣鏈器的布置不一定滿足CB/T3844—2000《滾輪閘刀掣鏈器》標(biāo)準(zhǔn)[1]要求，因出鏈角度的變化引起掣鏈器閘刀與船用錨鏈的受力接觸位置點(diǎn)改變，船舶在錨泊時(shí)尤其是惡劣環(huán)境下，錨鏈能夠承受巨大的拉力，導(dǎo)致錨鏈擠壓變形、滑脫，造成松錨、走錨、錨和錨鏈的丟失和錨機(jī)剎車帶的磨損。因此，對(duì)掣鏈器閘刀與船用錨鏈接觸狀態(tài)進(jìn)行受力分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)踐意義。

1 標(biāo)準(zhǔn)滾輪閘刀掣鏈器結(jié)構(gòu)型式及主要尺寸參數(shù)

1.1 CB/T3844—2000《滾輪閘刀掣鏈器》結(jié)構(gòu)型式

CB/T3844—2000《滾輪閘刀掣鏈器》結(jié)構(gòu)型式見圖1。

圖1 CB/T3844—2000《滾輪閘刀掣鏈器》結(jié)構(gòu)型式

1.2 滾輪閘刀掣鏈器主要技術(shù)參數(shù)

滾輪閘刀掣鏈器主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2 滾輪閘刀掣鏈器應(yīng)用分析

滾輪閘刀掣鏈器位于錨機(jī)與錨鏈筒之間的甲板上，船體總體設(shè)計(jì)時(shí)基本滿足標(biāo)準(zhǔn)滾輪閘刀掣鏈器入鏈角度和出鏈角度要求，保證船體系泊的穩(wěn)定性和可靠性。但有些船體甲板空間尺寸有限，在錨機(jī)和錨鏈筒位置[2]確定的前提下，以調(diào)整掣鏈器的位置為主，基本保證入鏈角度，增加出鏈角度。按標(biāo)準(zhǔn)滾輪閘刀掣鏈器進(jìn)行船體配套，勢(shì)必給掣鏈器的使用性能帶來影響。因此，有必要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)滾輪閘刀掣鏈器的應(yīng)用進(jìn)行分析論證和試驗(yàn)驗(yàn)證。

2.1 滾輪閘刀掣鏈器負(fù)載試驗(yàn)

以南通力威機(jī)械有限公司為某公司制造的 Φ66液壓錨機(jī)配套的Φ66滾輪閘刀掣鏈器為例，按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制作的掣鏈器按規(guī)范要求進(jìn)行工廠靜載試驗(yàn)，出現(xiàn)錨鏈鏈環(huán)嚴(yán)重?cái)D壓變形、損傷斷裂現(xiàn)象，見圖2和圖3。

圖2 滾輪閘刀掣鏈器靜載試驗(yàn)

表1 滾輪閘刀掣鏈器主要技術(shù)參數(shù)

圖3 鏈環(huán)試驗(yàn)形態(tài)

2.2 質(zhì)量問題分析

針對(duì)試驗(yàn)反饋的質(zhì)量問題，從滾輪閘刀掣鏈器結(jié)構(gòu)[3]、材料性能、錨鏈等多方面進(jìn)行分析、論證，力求從根本上找出問題的關(guān)鍵點(diǎn)。

首先，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)滾輪閘刀掣鏈器結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)合多年制作使用經(jīng)驗(yàn)，確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)本身沒有問題；其次，對(duì)閘刀和錨鏈的材料性能進(jìn)行檢查均滿足要求。

在查找問題的過程中，發(fā)現(xiàn)掣鏈器出鏈角度與標(biāo)準(zhǔn)有較大差異。其主要原因是船體的空間限制，總體設(shè)計(jì)錨裝置布置時(shí)縮小了掣鏈器與錨鏈筒之間距離，導(dǎo)致掣鏈器出鏈角度增大，如圖4所示的實(shí)際出鏈角度為56°，超出標(biāo)準(zhǔn)出鏈角度達(dá)22°。閘刀口與鏈節(jié)的受力位置明顯不同，如圖5所示的鏈節(jié)受力點(diǎn)位置由標(biāo)準(zhǔn)的A點(diǎn)到實(shí)際的B點(diǎn)。

2.3 受力分析

1）掣鏈器與錨鏈結(jié)構(gòu)布置B點(diǎn)接觸受力簡(jiǎn)化見圖6。

圖4 掣鏈器與錨鏈結(jié)構(gòu)布置

圖5 鏈節(jié)受力點(diǎn)位置

圖6 掣鏈器與錨鏈結(jié)構(gòu)布置受力

2）理論計(jì)算

因α=90°，三角函數(shù)關(guān)系式[4]為

式中：F為錨鏈靜載荷；F1閘刀口支反力；F2為滾輪支反力；β為F與F1夾角；α為F與F2夾角，α=90°是定值（掣鏈器必要條件）。

由式(1)和式(2)可以看出，閘刀口支反力F1和滾輪支反力F2的大小，取決于β角，即如圖5所示的A、B兩點(diǎn)受力點(diǎn)位置。

因此，圖4標(biāo)準(zhǔn)掣鏈器實(shí)際出鏈角56°時(shí)β角60°，B點(diǎn)閘刀口支反力為Fb1=F/cos60°=2F；B點(diǎn)滾輪支反力為。

假設(shè)，A點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)掣鏈器理論上的接觸點(diǎn)時(shí)β角為45°，A點(diǎn)閘刀口支反力；A點(diǎn)滾輪支反力為Fa2=F·tan45°=F。

顯然，F(xiàn)b1＞Fa1，F(xiàn)b2＞Fa2。

由鏈節(jié)受力分析和計(jì)算可以看出，鏈節(jié)接觸點(diǎn)B無論是閘刀口支反力還是滾輪支反力均大于接觸點(diǎn)A。所以，受力點(diǎn)位置的改變是導(dǎo)致鏈環(huán)受力形態(tài)改變和增加鏈環(huán)變形傾向的主要原因。

3 滾輪閘刀掣鏈器的改進(jìn)設(shè)計(jì)

通過上述的試驗(yàn)和分析計(jì)算，在標(biāo)準(zhǔn)掣鏈器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際出鏈角度對(duì)掣鏈器[5]進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。如圖7所示調(diào)整掣鏈器閘刀口主要位置尺寸L3、L4、h2，經(jīng)綜合考慮β角度由原設(shè)計(jì)的60°位移18°～42°，使掣鏈器閘刀口接觸點(diǎn)位置由B點(diǎn)向標(biāo)準(zhǔn)A點(diǎn)靠近,有限的改變鏈節(jié)的受力形態(tài)，減小了錨鏈的擠壓力，避免了鏈節(jié)的擠壓變形和斷裂的傾向，見圖8。改進(jìn)設(shè)計(jì)的掣鏈器進(jìn)行靜載試驗(yàn)驗(yàn)證，檢查掣鏈器閘刀口和錨鏈接觸位置狀況良好，并通過船級(jí)社驗(yàn)證。

圖7 掣鏈器改進(jìn)設(shè)計(jì)

4 結(jié)論

本文通過滾輪閘刀掣鏈器應(yīng)用分析，提出在標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的過程中要注重船體實(shí)際空間布局下的掣鏈器位置對(duì)系泊穩(wěn)定性的影響，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)和驗(yàn)證，消除安全隱患，為客戶提供性能可靠的產(chǎn)品，贏得更好的商機(jī)。同時(shí)，以此為基點(diǎn)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，為國內(nèi)海洋工程船舶配套業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支撐。

圖8 掣鏈器改進(jìn)設(shè)計(jì)受力