絞車卷筒自動排繩器的設計計算與應用

秦鋼

（江陰耐波特船用設備有限公司 設計部，江蘇 江陰 214423）

1 引言

近年來，我國造船行業迅猛發展，船用配套設備也有長足進步，其中船用救生設備是船用配套設備中必不可少的組成部分。絞車是救生設備常用的工具，絞車卷筒上的鋼絲繩，在運行中經常出現排繩亂、擠繩等不正常現象，所以絞車卷筒上的鋼絲繩能否整齊，直接關系到救生艇及艇里人的安全，越來越多的船東要求絞車卷筒處增加排繩器，以保證絞車上鋼絲繩有序、緊湊，防止出現亂繩、擠繩等不正常現象。本文主要介紹一種比較簡單又很實用的排繩器。

2 絞車自動排繩器的基本結構與工作原理

2.1 基本結構

絞車自動排繩器主要由鏈輪傳動、齒輪箱、手動調節裝置、導向滾輪架、雙向矩形螺紋副、離合器、聯軸器和導向支座等部件構成。絞車自動排繩器結構簡圖見圖1。

圖1 絞車自動排繩器結構簡圖

圖中，大鏈輪固定在絞車卷筒上，小鏈輪和小齒輪由離合器相連在同一傳動軸上，與小齒輪相嚙合的大齒輪和雙向矩形螺紋桿相連，其中大、小齒輪置于齒輪箱內，導向支座上安裝兩個對稱的導向滾輪架。

2.2 工作原理及主要特點

2.2.1 工作原理

當絞車運行時，旋轉的卷筒上大鏈輪通過鏈條帶動小鏈輪，小鏈輪通過離合器帶動齒輪箱里的小齒輪，小齒輪帶動相嚙合的大齒輪，大齒輪帶動和它連接的兩個雙向矩形螺紋桿，導向滾輪里的活銷一頭月牙形嵌在雙向矩形螺紋槽里，另一頭圓銷形連接導向滾輪架，因此旋轉的雙向矩形螺紋桿，帶動導向滾輪架作直線運動。這樣旋轉的卷筒，通過鏈輪-齒輪-雙向矩形螺紋副三級旋轉轉動，轉變成導向滾輪架的來回直線運動，實現了卷筒上的鋼絲繩在纏繞時，排繩器上導向滾輪架控制鋼絲繩軸向走動，保證鋼絲繩按著固定的節奏來纏繞，松繩時候同樣如此。當絞車卷筒與排繩器導向滾輪架不同步時，可以松開小鏈輪上的離合器，通過手動調節裝置，將雙向矩形螺紋副上的導向滾輪架移動到絞車卷筒鋼絲繩的位置，達到同步的目的。當兩邊的導向滾輪架位置，與兩絞車卷筒中心不對稱，差距較大時可以先松開中間離合器，先調節左邊導向滾輪，調好后調節右邊導向滾輪，最后將離合器擰緊；差距較小時，可以直接調節相應的導向滾輪架上兩個滾輪座來達到對稱的要求。

2.2.2 主要特點

（1）絞車卷筒自動排繩器從根本上解決因排繩亂造成擠壓繩問題，消除因排繩亂引發的不安全因素；（2）不附加動力源，全機械式；（3）自動強制規范纏繩，保證絞車正常工作；（4）排繩安全可靠，操作簡單，維修更換方便。

3 主要技術參數的確定和設計中應考慮的要點

3.1 絞車卷筒自動排繩器主要技術參數確定

3.1.1 已知相關參數

卷筒上鋼絲繩的層數n（n=3）；鋼絲繩直徑d（18mm）；鋼絲繩的長度S（60m）；卷筒最大轉速約94.5r/min；絞車電機功率為5.5kW。

3.1.2 絞車卷筒主要技術參數的確定

（1）絞車卷筒筒體直徑D的確定。根據LSA Code 國際救生規則規定，卷筒直徑必須大于等于鋼絲繩直徑18 倍，即D≥18d=18×18=324，這里取D=350mm；（2）卷筒上鋼絲繩之間間隙的確定。在一般情況下，當卷筒上鋼絲繩直徑d＜20mm 時，取a=0.5mm；當d在20～40mm 時，取a=1mm；d＞40mm 時，取a=2mm，這里鋼絲繩直徑為18mm，取a=0.5mm；（3）絞車卷筒筒體長度的確定。鋼絲繩的長度S 是根據救生艇下放的高度確定，其值為60m，鋼絲繩的長度等于絞車卷筒每層鋼絲繩纏繞圈數乘以鋼絲繩所占的長度，因鋼絲繩在每層開始和結束時不可能正好，計算時需增加一圈間隙。則卷筒筒體的長度L，

3.1.3 絞車卷筒自動排繩器主要技術參數確定

確定絞車卷筒自動排繩器主要技術參數，首先要知道排繩器上導向滾輪架與絞車卷筒鋼絲繩軸向同步條件。保證排繩器能夠有效地在絞車卷筒上進行排繩，排繩器必須滿足兩個條件：一是排繩器上雙向矩形螺紋副軸向速度與絞車卷筒上繞鋼絲繩軸向速度相一致；二是排繩器上雙向矩形螺紋行程與絞車卷筒筒體有效長度相等。

另外：雙向矩形螺紋行程L′=0.5NP（其中：N為不包括零的自然數）。

3.2 設計中應考慮的要點

在絞車卷筒與排繩器傳動之間，增加一級齒輪傳動，是因為考慮到排繩器導向滾輪與絞車卷筒上鋼絲繩纏繞位置，或排繩器左右導向滾輪位置出現偏差，可以手動進行調節，恢復到相應同步的位置，如果采用手動直接旋轉雙向矩形螺紋副，需要的扭矩較大，操作比較困難，如果中間加一組齒輪傳動，由小齒輪帶動大齒輪，小齒輪上安裝手動調節裝置，大齒輪連接雙向矩形螺紋，這樣需要的扭轉就小很多，操作起來也方便自如。大小齒輪傳動比越大，手動調節需要的扭矩也就越小，但齒輪的傳動比也不能過大，如果太大，要保證總的傳動比為2.7，大小鏈輪的傳動比也相應加大，而安裝大小鏈輪的空間有限，所以大小齒輪的傳動比也不能太大。

4 應用情況介紹

4.1 應用情況

（1）排繩器自成一體，獨立安裝，無須絞車改造；（2）當出現絞車卷筒與導向滾輪，及兩導向滾輪不同步時，可以手動進行調節，修正其同步性；（3）通過以上設計計算可知，根據要求可以設計不同型號絞車卷筒排繩器，配合不同直徑的鋼絲繩；（4）可以采用多級傳動，靈活實現大的傳動比；（5）延長了絞車卷筒鋼絲繩的使用壽命，節省了大量的鋼絲繩材料費用和更換鋼絲繩所投入的人力費用，經濟效益明顯。

4.2 缺點和不足

（1）因排繩器大部分是機械式傳動（鏈輪、齒輪和雙向矩形螺紋副傳動），設備安裝在海上潮濕空氣中，容易生銹，所以設備關鍵部位要定期加油脂潤滑，齒輪箱內加注齒輪油；（2）設備暴露在空氣中，容易受到塵埃污染，影響設備的正常運行，所以在不使用時，最好使用帆布遮蓋起來。

5 結論

介紹了絞車卷筒自動排繩器的基本結構、工作原理和主要特點，分析排繩器設計計算，主要技術參數的確定及設計中注意的要點。它采用“鏈輪-齒輪-雙向矩形螺紋副”傳動系統結構，靈活實現各種傳動比要求，同時方便手動修正排繩器與絞車卷筒的同步問題。它具有結構簡單、工作穩定可靠，安裝方便等特點，適用于絞車卷筒排繩要求比較高的船舶救生設備和其它特殊要求行業。

［1］機械設計手冊編委會.機械設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［2］陳國桓.機械基礎［M］.北京：化學工業出版社，2001.