一種提高航標作業(yè)效率和助航安全保障能力的新型錨鏈卸扣發(fā)明設(shè)計

董效鵬

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

關(guān)鍵詞：浮標；錨鏈；卸扣；設(shè)計

中圖分類號：U664.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）1-0048-03

錨鏈卸扣作為助航標志——浮標的重要一環(huán)，其質(zhì)量好壞直接影響著浮標的助航安全。若卸扣脫落導致浮標漂移，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)標因斷鏈漂移到天津港主航道事件，導致天津港封航一天，直至1月24日晚才恢復通航，造成巨大經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，浮標斷鏈漂移多數(shù)都是卸扣脫落造成的，可見卸扣的作用至關(guān)重要。

目前， 有三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)直接影響著大中型航標船在布設(shè)或檢修浮標時的作業(yè)效率，為起吊浮標、起絞錨鏈沉石和拆卸錨鏈三個環(huán)節(jié)，尤其起絞錨鏈沉石和拆卸錨鏈兩個環(huán)節(jié)最為繁瑣復雜。其中，起絞錨鏈沉石自應用新型臥式自排鏈液壓卷筒絞車后，起絞兩節(jié)錨鏈時間由近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、錨鏈與沉石以及錨鏈和錨鏈之間的連接均為卸扣，拆卸錨鏈實際上是拆卸錨鏈卸扣。浮標錨鏈卸扣長時間在海水中腐蝕、銹蝕，拆卸非常困難，尤其銹蝕嚴重的卸扣還要氣焊切割，勞動強度比較大，工作效率非常低。而且，這種傳統(tǒng)卸扣由于自身銷子容易脫落，經(jīng)常導致浮標移位或漂失，弊端諸多。針對這種現(xiàn)象，本文設(shè)計了一種新型卸扣用來取代傳統(tǒng)卸扣，以便減輕勞動強度，提高作業(yè)效率，確保航標助航安全。

1 現(xiàn)有常用卸扣的種類及問題

1.1 常用卸扣種類

目前在浮標上常用的卸扣有三種，分別為圓錐銷卸扣、開口銷卸扣、肯特卸扣，如圖1-6。

圓錐銷卸扣由卸扣本體、橫銷和圓錐銷組成。使用時，圓錐銷插入圓錐銷孔，通過過盈配合，固定橫銷。圓錐銷末端用鉛封堵防止圓錐銷滑出導致橫銷脫落。

開口銷卸扣由卸扣本體、橫銷和開口銷組成。使用時，將開口銷兩個銷片向兩側(cè)劈開防止橫銷脫落。

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

1.2 存在問題

1.2.1 易造成浮標漂移，影響助航安全

如圖1-4，圓錐銷卸扣和開口銷卸扣結(jié)構(gòu)相似，使用時為倒U型結(jié)構(gòu)，頂部為弧形，底部是橫銷，頂部受力點集中在弧心位置，底部受力點理論上是橫銷的中間位置，受到垂向拉力，實際上因橫銷是直線型且尺寸較長，錨鏈與橫銷是點接觸，受力時錨鏈與橫銷的接觸點不可能恰在橫銷中間位置作垂向拉力，而是側(cè)向拉橫銷。這樣通過受力分析，橫銷會受到向下的垂直作用力，還受到向一側(cè)的拉力。因海上浮標時刻在隨波逐流，錨鏈卸扣就始終處于一張一緊的受力狀態(tài)，也就是橫銷會一直產(chǎn)生一個向左側(cè)或右側(cè)的推拉力。對于圓錐銷卸扣來說，時間久了其圓錐銷在橫銷的反復推拉力作用下就會在錐孔中松動脫落，導致橫銷隨之脫落，錨鏈斷開，浮標漂失。據(jù)統(tǒng)計，青島航標處浮標錨鏈卸扣基本為圓錐形卸扣，自2010年至2015年，青島航標處共發(fā)生64次因錨鏈斷開導致浮標漂移的現(xiàn)象，其中因卸扣脫落造成的浮標漂移達47次（見表1），且有10余次漂移到養(yǎng)殖區(qū)造成經(jīng)濟糾紛，占導致漂移數(shù)量的73%（如圖7），直接經(jīng)濟損失達300余萬元，其它導致漂移數(shù)量的17%是被船撞斷或大風刮斷錨鏈造成的。

不僅圓錐銷卸扣容易脫落，開口銷卸扣也易脫落。拋棄卸扣材料缺陷不說，開口銷卸扣脫落有兩種可能原因，一是雖然開口銷兩個銷片伸出在外能夠有效阻止橫銷脫落，但是伸出在外的兩個銷片受到橫銷時刻反復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，導致橫銷脫落；二是浮標擺動鏈與地鏈之間的連接卸扣常與海底接觸，反復與海底摩擦，致使伸出在外的銷片或銷末端磨損嚴重變薄或磨損掉，加之橫銷受到反復不間斷的推拉力作用，造成開口銷脫落，橫銷隨之脫落，錨鏈斷開，浮標漂失。

1.2.2 拆卸困難、勞動強度大

浮標錨鏈卸扣長時間在海中受到海水侵蝕，腐蝕嚴重。圓錐銷卸扣拆卸時需要將鉛封拆掉，用錐銷沖頭退出圓錐銷，由于銷孔比較小，加之銹蝕嚴重，退出圓錐銷極其困難，拆卸需要2-3人配合。因圓錐銷沖頭形狀細長，航標工在用錘頭敲擊時，稍有不慎就會砸在手上而受傷。

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

肯特卸扣拆卸時，首先要用沖子將圓錐銷沖出，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半環(huán)分開。 這種卸扣用人工基本拆卸不開，只能用氣焊切割開。

1.3 拆卸效率比較低

正常情況下，拆卸圓錐形卸扣和開口銷卸扣用時約為5分鐘，銹蝕嚴重的要8分鐘左右?，F(xiàn)今，為了確保開口銷和圓錐銷卸扣不脫落，航標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，用時要15分鐘左右，工作效率非常低。

2 新型卸扣設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

針對現(xiàn)有卸扣存在的問題，新設(shè)計的卸扣必須要拆卸簡單，拆卸效率高，結(jié)構(gòu)安全可靠。

2.2 設(shè)計要求

新設(shè)計的卸扣必須具有不低于現(xiàn)有卸扣的抗拉強度、抗腐蝕性能和抗磨損性能，也就是高于GB/T18669-2002規(guī)定的CM490標準要求。

2.3 設(shè)計思路endprint

既然圓錐型卸扣和開口銷卸扣存在諸多弊端，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)計成C型，再設(shè)計一種可以快拆式的連接件將C型開口部分連接封堵，同時確保卸扣受力時不變形，這樣卸扣連接就比較牢靠。

2.4 新型卸扣設(shè)計

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，形成一個橢圓形卸扣。

連接件由連接件本體（圖11）、擋板（圖12）、十字銷（圖13）、止脫環(huán)（圖14）、蓋板（圖15）和銷軸（圖16）組成。連接件本體開有孔，用來插入鎖緊塊，兩側(cè)開有卡槽。擋板為T型結(jié)構(gòu)，中間開有十字銷孔，底部兩端為鎖緊塊，底部中心位置開有楔形槽。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)開有十字銷槽12。

連接件是各構(gòu)件的組裝體。組裝時，首先將擋板插入連接件本體，旋轉(zhuǎn)一個角度，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。然后再將十字銷插入十字銷孔，再將蓋板插入連接件本體，最后把銷軸插入銷軸孔固定蓋板。

新型卸扣結(jié)構(gòu)看似復雜，實際上作為成品，拿到航標工手中的卸扣只有C型環(huán)和連接件兩個部件，其余部件都是在生產(chǎn)車間組裝好的。

2.4.2 新型卸扣的工作原理

當連接錨鏈時，首先將待連接的兩只錨鏈從C型環(huán)開口處置入環(huán)內(nèi)；然后將連接件上的擋板逆時針旋轉(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；再將擋板用專用扳手或管鉗順時針旋轉(zhuǎn)90度，與C型環(huán)連接為一體；最后從環(huán)內(nèi)側(cè)將十字銷擋塊敲入楔形槽，將擋板牢牢固定，如圖17。

當拆解錨鏈時，首先通過擋板上的孔將十字銷擋塊敲出楔形槽，如圖18；其次將擋板逆時針旋轉(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，針對卸扣在海中較易受到腐蝕這個現(xiàn)象，新型卸扣的材料可以局部加強。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。

2.4.4 抗拉強度、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。雖然USU316L不銹鋼的抗拉強度低于錨鏈鋼抗拉強度，但是在制作時，可以將連接件適當加大，通過計算確保其拉力試驗載荷和拉斷試驗載荷滿足規(guī)范要求即可。

4 新型卸扣研究設(shè)計的意義

4.1 直接經(jīng)濟效益明顯

青島航標處自2010年至2015年因卸扣脫落造成的損失達300余萬元，平均每年損失50余萬元。對于青島航標處來說，新型卸扣應用后每年至少可以減少50萬元損失。對于整個北方海區(qū)來說，目前北海航保中心共管理浮標2310座，每年春冬兩季換標，每次換標約1041座，按每座標減少4分鐘，每年大標船作業(yè)節(jié)省時間為1041*2*4/60=138.8小時，可以節(jié)約燃油50萬元。而且，現(xiàn)有很多卸扣，為了確保安全，經(jīng)常用電焊焊死，不能重復利用，新設(shè)計的卸扣可以重復利用，符合綠色發(fā)展理念。

4.2 可以明顯提高航標作業(yè)效率

新設(shè)計的卸扣，拆卸方便，預計用1分鐘時間就可完成，相對于原有卸扣尤其相當部分需要氣焊切割的卸扣，可以明顯提高航標作業(yè)效率。

4.3 可以明顯降低作業(yè)勞動強度

新的卸扣連接件部分為不銹鋼制造，不受腐蝕，拆裝簡便，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)勞動強度。

4.4 可以明顯提高航標助航安全保障能力

新設(shè)計的卸扣在工作時，受力點集中在上下兩個點上，受力均勻。卸扣上十字銷用來防止擋板逆時針旋轉(zhuǎn)，而擋板只是用來阻擋連接件脫落，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)計的卸扣解決了圓錐銷卸扣和開口銷卸扣存在的設(shè)計缺陷，不會再發(fā)生因脫銷導致浮標漂移影響通航的事件，能夠明顯提高轄區(qū)航標助航保障能力，促進區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展。endprint