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摘 要 液压组合锚机与甲板基座连接螺栓在各种工况下的应力计算，依据相关的船舶法规，根据设计图中的结构尺寸，计算出最大应力出现的部位，并对此进行校核。通过校核可用于指导锚机结构设计的优化。
关键词 液压组合锚机；螺栓；应力
中图分类号：U664.42 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）11-0000-00
液压组合锚机系安装在船舶首艉部主甲板上，供舰船起锚、抛锚系缆时用。锚机底座与甲板基座以高强度螺栓连接，锚机在起、锚抛或系缆时连接螺栓承受倾复力矩，为确保螺栓安全性，在设计时需对此螺栓进行强度校核。本文根据2009钢规第2分册第2篇第3章3.2.5.船首甲板锚机固定的强度要求对φ44液压组合锚机的底座螺栓进行计算校核。
1 锚机底座强度计算依据
φ44液压组合锚机底座计算根据中国船级社《钢质海船入级规范》2009第2分册第2篇第3章3.2.5.船首甲板锚机固定的强度要求 ，及中国船级社海上规范研究所关于“锚机固定部分的船体结构强度校核建议”，对该锚机分二种工况校核。图1为锚机的外形尺寸图（单位：mm），锚机总重45 kN。
2 工况1
设计工作负载（支持负载）底座螺栓的校核。
2.1 螺栓承受最大应力计算
φ44液压组合锚机底座图如图2所示，取直角坐标系，座标原点为O‘，以作用力的相反方向为正值。底座地脚螺栓用19-M30螺栓，8.8级，σs=640 MPa，支持负载P=691kN；垂直于链轮轴线的作用力：PX=PCos200=691×0.94=650 kN，平行于链轮轴线的作用力：PY=0。
第i个螺栓组（或螺栓）的轴向力Ri可按下公式计算：
（1）
（2）
Ri=RXi+RYi-RSi （3）
式中：Xi；Yi—第i个螺栓组（螺栓）到所有N个螺栓组的中心的X和Y方向的坐标；
RSi—由锚机重量作用的第i个螺栓组（螺栓）上的静反力，kN；RSi=W/N式中：W—锚机重量，kN；N—螺栓数。
从公式（1）、（2）、（3）可以看出：PX；PY；h；∑Xi2；∑Yi2对于一台确定锚机来讲是常数，所以螺栓所受的轴向力大小，实际与Xi；Yi成正比，所以选用最大的Xi；Yi （即最远处的螺栓）来校核。
为了求得∑Xi2；∑Yi2特设表1。
；
说明：∑nXi—所有螺栓在X方向上的X坐标之和；∑nYi—所有螺栓在Y方向上的Y坐标之和；螺栓布置中心坐标为：X0；Y0；Xi’—X方向上的相对中心坐标；Xi’=Xi-X0，Yi’—Y方向上的相对中心坐标；Yi’=Yi-Y0；N=∑n—底座上螺栓数之和。
表1中X；Y坐标值是按底座螺栓布局图及上述公式而算得，从中可以得出第1号螺栓离中心最远，拉力最大，所以对第一号螺栓进行轴向力强度校核。
由于篇幅有限，计算过程省略，代入上述（1）；（2）；（3）公式得第1号螺栓拉力：R1=Rx1+Ry1-RSi=54+0-2.37=51.63kN
计算应力：
式中：S—M30的螺栓保证应力截面积539 mm2。
2.2 螺栓的许用应力计算
许用应力按下式计算：
[σ]=
式中：σS是8.8级螺栓屈服极限；n是安全系数
2.3 计算结果校核
综合上述计算：σ1<[σ]=320MPa，所以设计工作载荷时，螺栓抗拉强度满足要求。
3 工况2
甲板上风浪载荷：（大风浪的冲击载荷）。
根据“09钢规”船首甲板锚机固定的强度要求，螺栓所受的轴向力和剪切力，主要取决于作用在锚机上的压力，而作用在锚机上的压力，主要由锚机的外形尺寸决定。“09钢规”把这个压力分为垂直锚机轴线的X方向的Px（由船首向船尾方向）和平行于轴线而分别作用于舷内（正值）和舷外（负值）的Y方向的Py力。
3.1 垂直于轴线由船首向船尾方向的力
Px=200 kN/m2×Sx=200 kN/m2×4.5 m2=900 kN
式中：Sx—垂直于轴线的X方向的锚机投影面积；0.8—投影面积估算系数。
[]
3.2 平行于轴线分别作用于舷内和舷外侧的力：
Py=150（1+B/H）Sy=150（1+1.475/1.66）×2.08=590 kN（舷内侧）
P’y=-150（1+B/H）Sy=-150（1+1.475/1.66）×2.08=-590 kN（舷外侧）
计算时取大者：Py=590 kN
式中：B—锚机宽度；B=1.475 m；Sy—平行于轴线方向的投影面积。
[Sy=（B×H）×0.85=（1.475×1.66）×0.85≈2.08 m2；0.85—是面积估计系数]
同理工况1代入（1）；（2）；（3）公式得第1号螺栓拉力：
R1=Rx1+Ry1-RSi=74.5+41.6-2.37=110.73 kN
取较大者计算应力：<[σ]=320 MPa
综合上述计算甲板上风浪载荷时螺栓抗拉强度满足要求。
4 结论
液压组合锚机的与船体连接时主要由底座底脚螺栓固定，所以合理地选用何种型号的高强度螺栓至关重要，既要满足锚机工况的强度要求又要兼顾结构设计的优化。本文根据实船工况，对锚机底脚螺栓强度进行了校核，计算中考虑了不同的工况，并在某些工况中计及不同的载荷组合。从计算中可知，X、Y坐标均为正时，距离坐标中心最远的螺栓所受的应力最大。
参考文献
[1]中国船级社.钢质海船入级规范[M].2009.
[2]中国船级社海上规范研究所关于“锚机固定部分的船体结构强度校核建议”[Z].
[3]机械设计手册[M].成大先主编化学工业出版社.
作者简介
张英姿，女，江苏淮安人，工程师，主要从事船机专业项目设计研究工作。
关键词 液压组合锚机；螺栓；应力
中图分类号：U664.42 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）11-0000-00
液压组合锚机系安装在船舶首艉部主甲板上，供舰船起锚、抛锚系缆时用。锚机底座与甲板基座以高强度螺栓连接，锚机在起、锚抛或系缆时连接螺栓承受倾复力矩，为确保螺栓安全性，在设计时需对此螺栓进行强度校核。本文根据2009钢规第2分册第2篇第3章3.2.5.船首甲板锚机固定的强度要求对φ44液压组合锚机的底座螺栓进行计算校核。
1 锚机底座强度计算依据
φ44液压组合锚机底座计算根据中国船级社《钢质海船入级规范》2009第2分册第2篇第3章3.2.5.船首甲板锚机固定的强度要求 ，及中国船级社海上规范研究所关于“锚机固定部分的船体结构强度校核建议”，对该锚机分二种工况校核。图1为锚机的外形尺寸图（单位：mm），锚机总重45 kN。
2 工况1
设计工作负载（支持负载）底座螺栓的校核。
2.1 螺栓承受最大应力计算
φ44液压组合锚机底座图如图2所示，取直角坐标系，座标原点为O‘，以作用力的相反方向为正值。底座地脚螺栓用19-M30螺栓，8.8级，σs=640 MPa，支持负载P=691kN；垂直于链轮轴线的作用力：PX=PCos200=691×0.94=650 kN，平行于链轮轴线的作用力：PY=0。
第i个螺栓组（或螺栓）的轴向力Ri可按下公式计算：
（1）
（2）
Ri=RXi+RYi-RSi （3）
式中：Xi；Yi—第i个螺栓组（螺栓）到所有N个螺栓组的中心的X和Y方向的坐标；
RSi—由锚机重量作用的第i个螺栓组（螺栓）上的静反力，kN；RSi=W/N式中：W—锚机重量，kN；N—螺栓数。
从公式（1）、（2）、（3）可以看出：PX；PY；h；∑Xi2；∑Yi2对于一台确定锚机来讲是常数，所以螺栓所受的轴向力大小，实际与Xi；Yi成正比，所以选用最大的Xi；Yi （即最远处的螺栓）来校核。
为了求得∑Xi2；∑Yi2特设表1。
；
说明：∑nXi—所有螺栓在X方向上的X坐标之和；∑nYi—所有螺栓在Y方向上的Y坐标之和；螺栓布置中心坐标为：X0；Y0；Xi’—X方向上的相对中心坐标；Xi’=Xi-X0，Yi’—Y方向上的相对中心坐标；Yi’=Yi-Y0；N=∑n—底座上螺栓数之和。
表1中X；Y坐标值是按底座螺栓布局图及上述公式而算得，从中可以得出第1号螺栓离中心最远，拉力最大，所以对第一号螺栓进行轴向力强度校核。
由于篇幅有限，计算过程省略，代入上述（1）；（2）；（3）公式得第1号螺栓拉力：R1=Rx1+Ry1-RSi=54+0-2.37=51.63kN
计算应力：
式中：S—M30的螺栓保证应力截面积539 mm2。
2.2 螺栓的许用应力计算
许用应力按下式计算：
[σ]=
式中：σS是8.8级螺栓屈服极限；n是安全系数
2.3 计算结果校核
综合上述计算：σ1<[σ]=320MPa，所以设计工作载荷时，螺栓抗拉强度满足要求。
3 工况2
甲板上风浪载荷：（大风浪的冲击载荷）。
根据“09钢规”船首甲板锚机固定的强度要求，螺栓所受的轴向力和剪切力，主要取决于作用在锚机上的压力，而作用在锚机上的压力，主要由锚机的外形尺寸决定。“09钢规”把这个压力分为垂直锚机轴线的X方向的Px（由船首向船尾方向）和平行于轴线而分别作用于舷内（正值）和舷外（负值）的Y方向的Py力。
3.1 垂直于轴线由船首向船尾方向的力
Px=200 kN/m2×Sx=200 kN/m2×4.5 m2=900 kN
式中：Sx—垂直于轴线的X方向的锚机投影面积；0.8—投影面积估算系数。
[]
3.2 平行于轴线分别作用于舷内和舷外侧的力：
Py=150（1+B/H）Sy=150（1+1.475/1.66）×2.08=590 kN（舷内侧）
P’y=-150（1+B/H）Sy=-150（1+1.475/1.66）×2.08=-590 kN（舷外侧）
计算时取大者：Py=590 kN
式中：B—锚机宽度；B=1.475 m；Sy—平行于轴线方向的投影面积。
[Sy=（B×H）×0.85=（1.475×1.66）×0.85≈2.08 m2；0.85—是面积估计系数]
同理工况1代入（1）；（2）；（3）公式得第1号螺栓拉力：
R1=Rx1+Ry1-RSi=74.5+41.6-2.37=110.73 kN
取较大者计算应力：<[σ]=320 MPa
综合上述计算甲板上风浪载荷时螺栓抗拉强度满足要求。
4 结论
液压组合锚机的与船体连接时主要由底座底脚螺栓固定，所以合理地选用何种型号的高强度螺栓至关重要，既要满足锚机工况的强度要求又要兼顾结构设计的优化。本文根据实船工况，对锚机底脚螺栓强度进行了校核，计算中考虑了不同的工况，并在某些工况中计及不同的载荷组合。从计算中可知，X、Y坐标均为正时，距离坐标中心最远的螺栓所受的应力最大。
参考文献
[1]中国船级社.钢质海船入级规范[M].2009.
[2]中国船级社海上规范研究所关于“锚机固定部分的船体结构强度校核建议”[Z].
[3]机械设计手册[M].成大先主编化学工业出版社.
作者简介
张英姿，女，江苏淮安人，工程师，主要从事船机专业项目设计研究工作。