锚爪

锚爪是一种常见的金属构件，通常用于建筑、防腐等领域，通过焊接、丝接、膨胀螺栓等方式与基层固定，以增强胶泥与基层的结合强度。此外，锚爪还广泛应用于船舶等水上设施，作为一种能够与河岸或河床锚固的器具。

工艺研究

现有霍尔锚铸造工艺

霍尔锚是我国中大型船舶中最常用的首锚。现役霍尔锚的特点包括锚干为锻钢，锚爪为铸钢，锚体无横杆，锚爪和锚冠可以绕穿过锚干下端孔的销轴转动，锚爪折角约为45°，两爪同时入土，抓重比为2.5~4.0，最大不超过8。然而，霍尔锚锚爪的铸造工艺面临挑战，因为前后体积变化较大，现有铸造难以顺序凝固，容易在锚爪顶端产生缩孔现象，在锚爪爪端产生缩松现象，铸件成品质量不高。为此，研究人员进行了霍尔锚锚爪铸造工艺的研究，旨在提高铸件的内部质量和生产效率。

工件模型及参数

研究人员选择了规格为100 kg、锚高为500 mm的霍尔锚作为研究对象，并建立了锚爪的三维模型。锚爪质量小于5 t，采用钢液作为浇注材料，浇注温度控制在1420~1460℃。考虑到锚爪内部设计为中空，需要在内壁保留5 mm的加工余量，且铸件距端面处有坡度，也保留5 mm加工余量。

浇注系统

浇注系统的设计对于铸件的质量至关重要。现有工艺中，霍尔锚锚爪底部的孔体积较小，需要填满再加工。采用开放式浇注系统，直浇道横截面积为14 cm²，横浇道横截面积为16.8 cm²，内浇道横截面积为21 cm²。最佳浇注时间设置为15 s，钢液的上升速度设置为20 mm/s，流速为4 kg/s。

霍尔锚锚爪铸造模型

在MAGMA软件的前处理中导入铸件以及现有的浇注系统模型和设置追踪粒子。软件划分网格数量为8823152。铸件材料为GS20Mn5，型砂材料选择铬sand（石英砂）；金属液初始温度为1560℃，型砂初始温度为20℃；铸件和型砂间的热传递类型选择Steel-Sand；整个浇注时间为15 s。

铸造模拟结果与分析

粒子追踪分析

粒子追踪模拟显示金属液在型腔内的充型过程不稳定，有飞溅、漩涡、裹气等现象，易产生充填不足等问题，影响铸件内部质量。

缩孔分析

模拟结果显示，现有锚爪的铸造工艺系统中出现了较大比例的缩孔区域，实际生产中产生缩孔的可能性很高。

锚爪铸造工艺改进

针对现有铸造工艺存在的问题，研究人员提出了改进方案，旨在提高粒子流动性，减少缩孔现象的发生，以提升铸件质量。

反向问题解决方案

研究背景

锚爪反向问题是船舶起锚时常见的一类问题，可能导致锚无法正常收回，存在安全隐患。传统解决方法包括“再抛锚法”和“水流法”，但均有一定局限性。

具体操作

一种名为“兜绳法”的新方法被提出并实践，具体步骤如下：

1. 收绞锚，使锚爪横向分布，形成“大挂钩”状。

2. 使绳子落在“大挂钩”内，通过特定的操作使绳子顺利落下并兜住锚爪臂。

3. 根据锚爪朝向的不同情况，选择相应的操作使绳子绕兜住锚爪臂。

4. 利用水缆机逐渐收紧绳索，配合锚机绞进锚，改变锚爪朝向，最终成功收回锚。

实用性比较

“兜绳法”相对于传统的解决方法而言，更为实用，尤其适用于锚冠与锚干连接销轴不灵活的情况。

参考资料

锚爪铸造.百度学术搜索.2024-10-28

舰艇的利爪——锚.百家号.2024-10-28

霍尔锚和斯贝克锚的锚爪区别是什么.爱采购.2024-10-28