一种提高航标作业效率和助航安全保障能力的新型锚链卸扣发明设计
董效鹏
摘 要：卸扣作为浮标锚链附件的一部分，其拆卸效率、结构性能直接影响着航标作业效率和航标助航安全。本文针对现有浮标卸扣存在设计缺陷、拆卸困难、容易脱开致使浮标漂移等诸多弊端，研究设计了一种新型锚链卸扣，用来提高航标作业效率和助航安全保障能力。
关键词：浮标；锚链；卸扣；设计
中图分类号：U664.4 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）1-0048-03
锚链卸扣作为助航标志——浮标的重要一环，其质量好坏直接影响着浮标的助航安全。若卸扣脱落导致浮标漂移，可造成重大通航事件。2016年1月23日，天津港就发生了几座渔业标因断链漂移到天津港主航道事件，导致天津港封航一天，直至1月24日晚才恢复通航，造成巨大经济损失。据统计，浮标断链漂移多数都是卸扣脱落造成的，可見卸扣的作用至关重要。
目前， 有三个关键环节直接影响着大中型航标船在布设或检修浮标时的作业效率，为起吊浮标、起绞锚链沉石和拆卸锚链三个环节，尤其起绞锚链沉石和拆卸锚链两个环节最为繁琐复杂。其中，起绞锚链沉石自应用新型卧式自排链液压卷筒绞车后，起绞两节锚链时间由近20分钟缩短为6分钟左右，效率得到明显提高。但拆卸锚链一直保持传统作业方式一程不变。因锚链与浮标、锚链与沉石以及锚链和锚链之间的连接均为卸扣，拆卸锚链实际上是拆卸锚链卸扣。浮标锚链卸扣长时间在海水中腐蚀、锈蚀，拆卸非常困难，尤其锈蚀严重的卸扣还要气焊切割，劳动强度比较大，工作效率非常低。而且，这种传统卸扣由于自身销子容易脱落，经常导致浮标移位或漂失，弊端诸多。针对这种现象，本文设计了一种新型卸扣用来取代传统卸扣，以便减轻劳动强度，提高作业效率，确保航标助航安全。
1 现有常用卸扣的种类及问题
1.1 常用卸扣种类
目前在浮标上常用的卸扣有三种，分别为圆锥销卸扣、开口销卸扣、肯特卸扣，如图1-6。
圆锥销卸扣由卸扣本体、横销和圆锥销组成。使用时，圆锥销插入圆锥销孔，通过过盈配合，固定横销。圆锥销末端用铅封堵防止圆锥销滑出导致横销脱落。
开口销卸扣由卸扣本体、横销和开口销组成。使用时，将开口销两个销片向两侧劈开防止横销脱落。
肯特卸扣由两个相互齿合的半环、横档和锥销组成，横档设置在两个半环之间，用锥销将横档和两个半环固定。因这种卸扣拆卸困难，在浮标锚链上用的较少。
1.2 存在问题
1.2.1 易造成浮标漂移，影响助航安全
如图1-4，圆锥销卸扣和开口销卸扣结构相似，使用时为倒U型结构，顶部为弧形，底部是横销，顶部受力点集中在弧心位置，底部受力点理论上是横销的中间位置，受到垂向拉力，实际上因横销是直线型且尺寸较长，锚链与横销是点接触，受力时锚链与横销的接触点不可能恰在横销中间位置作垂向拉力，而是侧向拉横销。这样通过受力分析，横销会受到向下的垂直作用力，还受到向一侧的拉力。因海上浮标时刻在随波逐流，锚链卸扣就始终处于一张一紧的受力状态，也就是横销会一直产生一个向左侧或右侧的推拉力。对于圆锥销卸扣来说，时间久了其圆锥销在横销的反复推拉力作用下就会在锥孔中松动脱落，导致横销随之脱落，锚链断开，浮标漂失。据统计，青岛航标处浮标锚链卸扣基本为圆锥形卸扣，自2010年至2015年，青岛航标处共发生64次因锚链断开导致浮标漂移的现象，其中因卸扣脱落造成的浮标漂移达47次（见表1），且有10余次漂移到养殖区造成经济纠纷，占导致漂移数量的73%（如图7），直接经济损失达300余万元，其它导致漂移数量的17%是被船撞断或大风刮断锚链造成的。
不仅圆锥销卸扣容易脱落，开口销卸扣也易脱落。抛弃卸扣材料缺陷不说，开口销卸扣脱落有两种可能原因，一是虽然开口销两个销片伸出在外能够有效阻止横销脱落，但是伸出在外的两个销片受到横销时刻反复的推拉力作用容易产生金属疲劳，加之海水腐蚀，容易断开，导致横销脱落；二是浮标摆动链与地链之间的连接卸扣常与海底接触，反复与海底摩擦，致使伸出在外的销片或销末端磨损严重变薄或磨损掉，加之横销受到反复不间断的推拉力作用，造成开口销脱落，横销随之脱落，锚链断开，浮标漂失。
1.2.2 拆卸困难、劳动强度大
浮标锚链卸扣长时间在海中受到海水侵蚀，腐蚀严重。圆锥销卸扣拆卸时需要将铅封拆掉，用锥销冲头退出圆锥销，由于销孔比较小，加之锈蚀严重，退出圆锥销极其困难，拆卸需要2-3人配合。因圆锥销冲头形状细长，航标工在用锤头敲击时，稍有不慎就会砸在手上而受伤。
开口销卸扣拆卸时，首先要将两只销片敲直，然后再用锤子和冲头将开口销冲出。因开口销同样受到严重腐蚀，尤其销子和销孔之间间隙较大，海生物、泥沙塞满销孔间隙，销子和销孔锈蚀在一起，开口销冲出也是非常困难，需要2-3人配合。
肯特卸扣拆卸时，首先要用冲子将圆锥销冲出，然后用横档冲块冲掉横档，再用横档冲块和楔子配合，将肯特卸扣上下两个半环分开。 这种卸扣用人工基本拆卸不开，只能用气焊切割开。
1.3 拆卸效率比较低
正常情况下，拆卸圆锥形卸扣和开口销卸扣用时约为5分钟，锈蚀严重的要8分钟左右。现今，为了确保开口销和圆锥销卸扣不脱落，航标工将这两种卸扣装配好后，经常用电焊焊死防止脱落。被电焊焊死的卸扣，只能用气焊割开，用时要15分钟左右，工作效率非常低。
2 新型卸扣设计
2.1 设计原则
针对现有卸扣存在的问题，新设计的卸扣必须要拆卸简单，拆卸效率高，结构安全可靠。
2.2 设计要求
新设计的卸扣必须具有不低于现有卸扣的抗拉强度、抗腐蚀性能和抗磨损性能，也就是高于GB/T18669-2002规定的CM490标准要求。
2.3 设计思路
既然圆锥型卸扣和开口销卸扣存在诸多弊端，其结构样式就不易再采用。为了避免出现横销这种结构，我们可以借鉴肯特卸扣这种结构，将新型的卸扣设计成C型，再设计一种可以快拆式的连接件将C型开口部分连接封堵，同时确保卸扣受力时不变形，这样卸扣连接就比较牢靠。
2.4 新型卸扣设计
2.4.1 新型卸扣的结构
如图9所示，新型卸扣主要由C型环和连接件组成。
如图10所示，C型环的开口端置有卡座，以便连接件的卡槽卡入，将C型环连为一体，形成一个椭圆形卸扣。
连接件由连接件本体（图11）、擋板（图12）、十字销（图13）、止脱环（图14）、盖板（图15）和销轴（图16）组成。连接件本体开有孔，用来插入锁紧块，两侧开有卡槽。挡板为T型结构，中间开有十字销孔，底部两端为锁紧块，底部中心位置开有楔形槽。止脱环环面内置有挡块，只容许挡板锁紧块旋转90度。盖板内侧开有十字销槽12。
连接件是各构件的组装体。组装时，首先将挡板插入连接件本体，旋转一个角度，再将止脱环从连接件本体反面插入插孔，将插孔封住，防止挡板从插孔中脱落。然后再将十字销插入十字销孔，再将盖板插入连接件本体，最后把销轴插入销轴孔固定盖板。
新型卸扣结构看似复杂，实际上作为成品，拿到航标工手中的卸扣只有C型环和连接件两个部件，其余部件都是在生产车间组装好的。
2.4.2 新型卸扣的工作原理
当连接锚链时，首先将待连接的两只锚链从C型环开口处置入环内；然后将连接件上的挡板逆时针旋转到与连接件垂直位置，再将连接件本体从环内向外插入卡座；再将挡板用专用扳手或管钳顺时针旋转90度，与C型环连接为一体；最后从环内侧将十字销挡块敲入楔形槽，将挡板牢牢固定，如图17。
当拆解锚链时，首先通过挡板上的孔将十字销挡块敲出楔形槽，如图18；其次将挡板逆时针旋转90度，再将卸扣连接件本体从C型环上敲出，即可将锚链环取出，脱开锚链。
2.4.3 新型卸扣的材料选型
在考虑节约的前提下，针对卸扣在海中较易受到腐蚀这个现象，新型卸扣的材料可以局部加强。卸扣的C型环部分按现有卸扣材料和工艺制作，卸扣的连接体选择用USU316L不锈钢材料制作，它浸泡在海水里不易被腐蚀，能够确保连接件与C型环容易打开。
2.4.4 抗拉强度、耐磨性
因新型卸扣的连接体用的是USU316L不锈钢，为高韧性的奥氏体不锈钢，其耐断裂性和耐磨性比现有卸扣材料锚链钢还要强。虽然USU316L不锈钢的抗拉强度低于锚链钢抗拉强度，但是在制作时，可以将连接件适当加大，通过计算确保其拉力试验载荷和拉断试验载荷满足规范要求即可。
4 新型卸扣研究设计的意义
4.1 直接经济效益明显
青岛航标处自2010年至2015年因卸扣脱落造成的损失达300余万元，平均每年损失50余万元。对于青岛航标处来说，新型卸扣应用后每年至少可以减少50万元损失。对于整个北方海区来说，目前北海航保中心共管理浮标2310座，每年春冬两季换标，每次换标约1041座，按每座标减少4分钟，每年大标船作业节省时间为1041*2*4/60=138.8小时，可以节约燃油50万元。而且，现有很多卸扣，为了确保安全，经常用电焊焊死，不能重复利用，新设计的卸扣可以重复利用，符合绿色发展理念。
4.2 可以明显提高航标作业效率
新设计的卸扣，拆卸方便，预计用1分钟时间就可完成，相对于原有卸扣尤其相当部分需要气焊切割的卸扣，可以明显提高航标作业效率。
4.3 可以明显降低作业劳动强度
新的卸扣连接件部分为不锈钢制造，不受腐蚀，拆装简便，只需要一人就可轻易完成，不需要多人相助，更不用电气焊焊接或切割，可明显降低作业劳动强度。
4.4 可以明显提高航标助航安全保障能力
新设计的卸扣在工作时，受力点集中在上下两个点上，受力均匀。卸扣上十字销用来防止挡板逆时针旋转，而挡板只是用来阻挡连接件脱落，在海底基本上不受侧向力，确保了卸扣连接更加牢靠。因此新设计的卸扣解决了圆锥销卸扣和开口销卸扣存在的设计缺陷，不会再发生因脱销导致浮标漂移影响通航的事件，能够明显提高辖区航标助航保障能力，促进区域经济社会发展。
摘 要：卸扣作为浮标锚链附件的一部分，其拆卸效率、结构性能直接影响着航标作业效率和航标助航安全。本文针对现有浮标卸扣存在设计缺陷、拆卸困难、容易脱开致使浮标漂移等诸多弊端，研究设计了一种新型锚链卸扣，用来提高航标作业效率和助航安全保障能力。
关键词：浮标；锚链；卸扣；设计
中图分类号：U664.4 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）1-0048-03
锚链卸扣作为助航标志——浮标的重要一环，其质量好坏直接影响着浮标的助航安全。若卸扣脱落导致浮标漂移，可造成重大通航事件。2016年1月23日，天津港就发生了几座渔业标因断链漂移到天津港主航道事件，导致天津港封航一天，直至1月24日晚才恢复通航，造成巨大经济损失。据统计，浮标断链漂移多数都是卸扣脱落造成的，可見卸扣的作用至关重要。
目前， 有三个关键环节直接影响着大中型航标船在布设或检修浮标时的作业效率，为起吊浮标、起绞锚链沉石和拆卸锚链三个环节，尤其起绞锚链沉石和拆卸锚链两个环节最为繁琐复杂。其中，起绞锚链沉石自应用新型卧式自排链液压卷筒绞车后，起绞两节锚链时间由近20分钟缩短为6分钟左右，效率得到明显提高。但拆卸锚链一直保持传统作业方式一程不变。因锚链与浮标、锚链与沉石以及锚链和锚链之间的连接均为卸扣，拆卸锚链实际上是拆卸锚链卸扣。浮标锚链卸扣长时间在海水中腐蚀、锈蚀，拆卸非常困难，尤其锈蚀严重的卸扣还要气焊切割，劳动强度比较大，工作效率非常低。而且，这种传统卸扣由于自身销子容易脱落，经常导致浮标移位或漂失，弊端诸多。针对这种现象，本文设计了一种新型卸扣用来取代传统卸扣，以便减轻劳动强度，提高作业效率，确保航标助航安全。
1 现有常用卸扣的种类及问题
1.1 常用卸扣种类
目前在浮标上常用的卸扣有三种，分别为圆锥销卸扣、开口销卸扣、肯特卸扣，如图1-6。
圆锥销卸扣由卸扣本体、横销和圆锥销组成。使用时，圆锥销插入圆锥销孔，通过过盈配合，固定横销。圆锥销末端用铅封堵防止圆锥销滑出导致横销脱落。
开口销卸扣由卸扣本体、横销和开口销组成。使用时，将开口销两个销片向两侧劈开防止横销脱落。
肯特卸扣由两个相互齿合的半环、横档和锥销组成，横档设置在两个半环之间，用锥销将横档和两个半环固定。因这种卸扣拆卸困难，在浮标锚链上用的较少。
1.2 存在问题
1.2.1 易造成浮标漂移，影响助航安全
如图1-4，圆锥销卸扣和开口销卸扣结构相似，使用时为倒U型结构，顶部为弧形，底部是横销，顶部受力点集中在弧心位置，底部受力点理论上是横销的中间位置，受到垂向拉力，实际上因横销是直线型且尺寸较长，锚链与横销是点接触，受力时锚链与横销的接触点不可能恰在横销中间位置作垂向拉力，而是侧向拉横销。这样通过受力分析，横销会受到向下的垂直作用力，还受到向一侧的拉力。因海上浮标时刻在随波逐流，锚链卸扣就始终处于一张一紧的受力状态，也就是横销会一直产生一个向左侧或右侧的推拉力。对于圆锥销卸扣来说，时间久了其圆锥销在横销的反复推拉力作用下就会在锥孔中松动脱落，导致横销随之脱落，锚链断开，浮标漂失。据统计，青岛航标处浮标锚链卸扣基本为圆锥形卸扣，自2010年至2015年，青岛航标处共发生64次因锚链断开导致浮标漂移的现象，其中因卸扣脱落造成的浮标漂移达47次（见表1），且有10余次漂移到养殖区造成经济纠纷，占导致漂移数量的73%（如图7），直接经济损失达300余万元，其它导致漂移数量的17%是被船撞断或大风刮断锚链造成的。
不仅圆锥销卸扣容易脱落，开口销卸扣也易脱落。抛弃卸扣材料缺陷不说，开口销卸扣脱落有两种可能原因，一是虽然开口销两个销片伸出在外能够有效阻止横销脱落，但是伸出在外的两个销片受到横销时刻反复的推拉力作用容易产生金属疲劳，加之海水腐蚀，容易断开，导致横销脱落；二是浮标摆动链与地链之间的连接卸扣常与海底接触，反复与海底摩擦，致使伸出在外的销片或销末端磨损严重变薄或磨损掉，加之横销受到反复不间断的推拉力作用，造成开口销脱落，横销随之脱落，锚链断开，浮标漂失。
1.2.2 拆卸困难、劳动强度大
浮标锚链卸扣长时间在海中受到海水侵蚀，腐蚀严重。圆锥销卸扣拆卸时需要将铅封拆掉，用锥销冲头退出圆锥销，由于销孔比较小，加之锈蚀严重，退出圆锥销极其困难，拆卸需要2-3人配合。因圆锥销冲头形状细长，航标工在用锤头敲击时，稍有不慎就会砸在手上而受伤。
开口销卸扣拆卸时，首先要将两只销片敲直，然后再用锤子和冲头将开口销冲出。因开口销同样受到严重腐蚀，尤其销子和销孔之间间隙较大，海生物、泥沙塞满销孔间隙，销子和销孔锈蚀在一起，开口销冲出也是非常困难，需要2-3人配合。
肯特卸扣拆卸时，首先要用冲子将圆锥销冲出，然后用横档冲块冲掉横档，再用横档冲块和楔子配合，将肯特卸扣上下两个半环分开。 这种卸扣用人工基本拆卸不开，只能用气焊切割开。
1.3 拆卸效率比较低
正常情况下，拆卸圆锥形卸扣和开口销卸扣用时约为5分钟，锈蚀严重的要8分钟左右。现今，为了确保开口销和圆锥销卸扣不脱落，航标工将这两种卸扣装配好后，经常用电焊焊死防止脱落。被电焊焊死的卸扣，只能用气焊割开，用时要15分钟左右，工作效率非常低。
2 新型卸扣设计
2.1 设计原则
针对现有卸扣存在的问题，新设计的卸扣必须要拆卸简单，拆卸效率高，结构安全可靠。
2.2 设计要求
新设计的卸扣必须具有不低于现有卸扣的抗拉强度、抗腐蚀性能和抗磨损性能，也就是高于GB/T18669-2002规定的CM490标准要求。
2.3 设计思路
既然圆锥型卸扣和开口销卸扣存在诸多弊端，其结构样式就不易再采用。为了避免出现横销这种结构，我们可以借鉴肯特卸扣这种结构，将新型的卸扣设计成C型，再设计一种可以快拆式的连接件将C型开口部分连接封堵，同时确保卸扣受力时不变形，这样卸扣连接就比较牢靠。
2.4 新型卸扣设计
2.4.1 新型卸扣的结构
如图9所示，新型卸扣主要由C型环和连接件组成。
如图10所示，C型环的开口端置有卡座，以便连接件的卡槽卡入，将C型环连为一体，形成一个椭圆形卸扣。
连接件由连接件本体（图11）、擋板（图12）、十字销（图13）、止脱环（图14）、盖板（图15）和销轴（图16）组成。连接件本体开有孔，用来插入锁紧块，两侧开有卡槽。挡板为T型结构，中间开有十字销孔，底部两端为锁紧块，底部中心位置开有楔形槽。止脱环环面内置有挡块，只容许挡板锁紧块旋转90度。盖板内侧开有十字销槽12。
连接件是各构件的组装体。组装时，首先将挡板插入连接件本体，旋转一个角度，再将止脱环从连接件本体反面插入插孔，将插孔封住，防止挡板从插孔中脱落。然后再将十字销插入十字销孔，再将盖板插入连接件本体，最后把销轴插入销轴孔固定盖板。
新型卸扣结构看似复杂，实际上作为成品，拿到航标工手中的卸扣只有C型环和连接件两个部件，其余部件都是在生产车间组装好的。
2.4.2 新型卸扣的工作原理
当连接锚链时，首先将待连接的两只锚链从C型环开口处置入环内；然后将连接件上的挡板逆时针旋转到与连接件垂直位置，再将连接件本体从环内向外插入卡座；再将挡板用专用扳手或管钳顺时针旋转90度，与C型环连接为一体；最后从环内侧将十字销挡块敲入楔形槽，将挡板牢牢固定，如图17。
当拆解锚链时，首先通过挡板上的孔将十字销挡块敲出楔形槽，如图18；其次将挡板逆时针旋转90度，再将卸扣连接件本体从C型环上敲出，即可将锚链环取出，脱开锚链。
2.4.3 新型卸扣的材料选型
在考虑节约的前提下，针对卸扣在海中较易受到腐蚀这个现象，新型卸扣的材料可以局部加强。卸扣的C型环部分按现有卸扣材料和工艺制作，卸扣的连接体选择用USU316L不锈钢材料制作，它浸泡在海水里不易被腐蚀，能够确保连接件与C型环容易打开。
2.4.4 抗拉强度、耐磨性
因新型卸扣的连接体用的是USU316L不锈钢，为高韧性的奥氏体不锈钢，其耐断裂性和耐磨性比现有卸扣材料锚链钢还要强。虽然USU316L不锈钢的抗拉强度低于锚链钢抗拉强度，但是在制作时，可以将连接件适当加大，通过计算确保其拉力试验载荷和拉断试验载荷满足规范要求即可。
4 新型卸扣研究设计的意义
4.1 直接经济效益明显
青岛航标处自2010年至2015年因卸扣脱落造成的损失达300余万元，平均每年损失50余万元。对于青岛航标处来说，新型卸扣应用后每年至少可以减少50万元损失。对于整个北方海区来说，目前北海航保中心共管理浮标2310座，每年春冬两季换标，每次换标约1041座，按每座标减少4分钟，每年大标船作业节省时间为1041*2*4/60=138.8小时，可以节约燃油50万元。而且，现有很多卸扣，为了确保安全，经常用电焊焊死，不能重复利用，新设计的卸扣可以重复利用，符合绿色发展理念。
4.2 可以明显提高航标作业效率
新设计的卸扣，拆卸方便，预计用1分钟时间就可完成，相对于原有卸扣尤其相当部分需要气焊切割的卸扣，可以明显提高航标作业效率。
4.3 可以明显降低作业劳动强度
新的卸扣连接件部分为不锈钢制造，不受腐蚀，拆装简便，只需要一人就可轻易完成，不需要多人相助，更不用电气焊焊接或切割，可明显降低作业劳动强度。
4.4 可以明显提高航标助航安全保障能力
新设计的卸扣在工作时，受力点集中在上下两个点上，受力均匀。卸扣上十字销用来防止挡板逆时针旋转，而挡板只是用来阻挡连接件脱落，在海底基本上不受侧向力，确保了卸扣连接更加牢靠。因此新设计的卸扣解决了圆锥销卸扣和开口销卸扣存在的设计缺陷，不会再发生因脱销导致浮标漂移影响通航的事件，能够明显提高辖区航标助航保障能力，促进区域经济社会发展。
