滚轮闸刀掣链器应用研究

葛杨元

（南通力威机械有限公司，江苏南通 226500）

0 引言

CB/T3844—2000《滚轮闸刀掣链器》标准是船舶锚泊其中的一种结构形式，适用于直径为Φ42 mm～Φ132 mm船用锚链用掣链器。掣链器位于锚机与锚链筒之间的甲板上，用以夹住锚链。抛锚后，闸上掣链器，可将锚链的拉力传给船体，使锚机不处于受力状态。航行时，掣链器承受锚和部分锚链的重力，并将收到锚链筒内的锚贴紧船体，不致发生撞击。而锚装置布置（锚机、掣链器、锚链孔）基于船体甲板空间，所以不同的船体因空间限制掣链器的布置不一定满足CB/T3844—2000《滚轮闸刀掣链器》标准[1]要求，因出链角度的变化引起掣链器闸刀与船用锚链的受力接触位置点改变，船舶在锚泊时尤其是恶劣环境下，锚链能够承受巨大的拉力，导致锚链挤压变形、滑脱，造成松锚、走锚、锚和锚链的丢失和锚机刹车带的磨损。因此，对掣链器闸刀与船用锚链接触状态进行受力分析及改进设计具有重要的实践意义。

1 标准滚轮闸刀掣链器结构型式及主要尺寸参数

1.1 CB/T3844—2000《滚轮闸刀掣链器》结构型式

CB/T3844—2000《滚轮闸刀掣链器》结构型式见图1。

图1 CB/T3844—2000《滚轮闸刀掣链器》结构型式

1.2 滚轮闸刀掣链器主要技术参数

滚轮闸刀掣链器主要技术参数见表1。

2 滚轮闸刀掣链器应用分析

滚轮闸刀掣链器位于锚机与锚链筒之间的甲板上，船体总体设计时基本满足标准滚轮闸刀掣链器入链角度和出链角度要求，保证船体系泊的稳定性和可靠性。但有些船体甲板空间尺寸有限，在锚机和锚链筒位置[2]确定的前提下，以调整掣链器的位置为主，基本保证入链角度，增加出链角度。按标准滚轮闸刀掣链器进行船体配套，势必给掣链器的使用性能带来影响。因此，有必要对标准滚轮闸刀掣链器的应用进行分析论证和试验验证。

2.1 滚轮闸刀掣链器负载试验

以南通力威机械有限公司为某公司制造的 Φ66液压锚机配套的Φ66滚轮闸刀掣链器为例，按标准设计制作的掣链器按规范要求进行工厂静载试验，出现锚链链环严重挤压变形、损伤断裂现象，见图2和图3。

图2 滚轮闸刀掣链器静载试验

表1 滚轮闸刀掣链器主要技术参数

图3 链环试验形态

2.2 质量问题分析

针对试验反馈的质量问题，从滚轮闸刀掣链器结构[3]、材料性能、锚链等多方面进行分析、论证，力求从根本上找出问题的关键点。

首先，对标准滚轮闸刀掣链器结构及主要参数进行分析，结合多年制作使用经验，确认标准本身没有问题；其次，对闸刀和锚链的材料性能进行检查均满足要求。

在查找问题的过程中，发现掣链器出链角度与标准有较大差异。其主要原因是船体的空间限制，总体设计锚装置布置时缩小了掣链器与锚链筒之间距离，导致掣链器出链角度增大，如图4所示的实际出链角度为56°，超出标准出链角度达22°。闸刀口与链节的受力位置明显不同，如图5所示的链节受力点位置由标准的A点到实际的B点。

2.3 受力分析

1）掣链器与锚链结构布置B点接触受力简化见图6。

图4 掣链器与锚链结构布置

图5 链节受力点位置

图6 掣链器与锚链结构布置受力

2）理论计算

因α=90°，三角函数关系式[4]为

式中：F为锚链静载荷；F1闸刀口支反力；F2为滚轮支反力；β为F与F1夹角；α为F与F2夹角，α=90°是定值（掣链器必要条件）。

由式(1)和式(2)可以看出，闸刀口支反力F1和滚轮支反力F2的大小，取决于β角，即如图5所示的A、B两点受力点位置。

因此，图4标准掣链器实际出链角56°时β角60°，B点闸刀口支反力为Fb1=F/cos60°=2F；B点滚轮支反力为。

假设，A点为标准掣链器理论上的接触点时β角为45°，A点闸刀口支反力；A点滚轮支反力为Fa2=F·tan45°=F。

显然，Fb1＞Fa1，Fb2＞Fa2。

由链节受力分析和计算可以看出，链节接触点B无论是闸刀口支反力还是滚轮支反力均大于接触点A。所以，受力点位置的改变是导致链环受力形态改变和增加链环变形倾向的主要原因。

3 滚轮闸刀掣链器的改进设计

通过上述的试验和分析计算，在标准掣链器结构的基础上，根据实际出链角度对掣链器[5]进行设计改进。如图7所示调整掣链器闸刀口主要位置尺寸L3、L4、h2，经综合考虑β角度由原设计的60°位移18°～42°，使掣链器闸刀口接触点位置由B点向标准A点靠近,有限的改变链节的受力形态，减小了锚链的挤压力，避免了链节的挤压变形和断裂的倾向，见图8。改进设计的掣链器进行静载试验验证，检查掣链器闸刀口和锚链接触位置状况良好，并通过船级社验证。

图7 掣链器改进设计

4 结论

本文通过滚轮闸刀掣链器应用分析，提出在标准应用的过程中要注重船体实际空间布局下的掣链器位置对系泊稳定性的影响，并进行结构改进和验证，消除安全隐患，为客户提供性能可靠的产品，赢得更好的商机。同时，以此为基点不断总结经验，进行技术创新，为国内海洋工程船舶配套业的发展提供技术支撑。

图8 掣链器改进设计受力