滾輪閘刀掣鏈器應(yīng)用研究

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，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改變，船舶在錨泊時尤其是惡劣環(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)計具有重要的實踐意義。

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)計時基本滿足標(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，勢必給掣鏈器的使用性能帶來影響。因此，有必要對標(biāo)準(zhǔn)滾輪閘刀掣鏈器的應(yīng)用進(jìn)行分析論證和試驗驗證。

2.1 滾輪閘刀掣鏈器負(fù)載試驗

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)計制作的掣鏈器按規(guī)范要求進(jìn)行工廠靜載試驗，出現(xiàn)錨鏈鏈環(huán)嚴(yán)重擠壓變形、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

表1 滾輪閘刀掣鏈器主要技術(shù)參數(shù)

圖3 鏈環(huán)試驗形態(tài)

2.2 質(zhì)量問題分析

針對試驗反饋的質(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。

首先，對標(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，確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)本身沒有問題；其次，對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)計錨裝置布置時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)受力點位置由標(biāo)準(zhǔn)的A點到實際的B點。

2.3 受力分析

1）掣鏈器與錨鏈結(jié)構(gòu)布置B點接觸受力簡化見圖6。

圖4 掣鏈器與錨鏈結(jié)構(gòu)布置

圖5 鏈節(jié)受力點位置

圖6 掣鏈器與錨鏈結(jié)構(gòu)布置受力

2）理論計算

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兩點受力點位置。

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

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

顯然，F(xiàn)b1＞Fa1，F(xiàn)b2＞Fa2。

由鏈節(jié)受力分析和計算可以看出，鏈節(jié)接觸點B無論是閘刀口支反力還是滾輪支反力均大于接觸點A。所以，受力點位置的改變是導(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

通過上述的試驗和分析計算，在標(biāo)準(zhǔn)掣鏈器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際出鏈角度對掣鏈器[5]進(jìn)行設(shè)計改進(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)計的60°位移18°～42°，使掣鏈器閘刀口接觸點位置由B點向標(biāo)準(zhǔn)A點靠近,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)計的掣鏈器進(jìn)行靜載試驗驗證，檢查掣鏈器閘刀口和錨鏈接觸位置狀況良好，并通過船級社驗證。

圖7 掣鏈器改進(jìn)設(shè)計

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際空間布局下的掣鏈器位置對系泊穩(wěn)定性的影響，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)和驗證，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，以此為基點不斷總結(jié)經(jīng)驗，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)計受力