大型航標船錨鏈絞車變速箱破損原因分析及應對措施

車榮合 張志俠 李秉泉（天津航標處，天津 300450）

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大型航標船錨鏈絞車變速箱破損原因分析及應對措施

車榮合 張志俠 李秉泉
（天津航標處，天津 300450）

【摘要】在航標的拋設、撤除、更換當中，航標絞車便于操作，不用人工盤鏈等，在很大程度上減輕了船員的勞動強度。以往采用電動立式絞盤勞動強度大，安全隱患多，作業效率低。本文主要介紹了改進后的錨鏈絞車的技術參數、傳動原理，以及在實際使用當中的優點，分析了造成變速箱破損的原因，并在總結工作經驗的基礎上提出對變速箱的革新建議。

【關鍵詞】航標船 錨鏈絞車 變速箱

大型航標船海巡153是在我國第一個采用《船用錨鏈收放組合設備》（專利號2010.2.0543843.3）的航標船。在這之前，起絞浮標和沉石的設備是電動立式絞盤，該設備起絞浮標錨鏈是利用自身的U型結構將錨鏈從底端卷入，并不斷擠壓已卷入的錨鏈，從頂部逐漸脫落到甲板上。錨鏈的絞出靠的是錨鏈和錨鏈之間的相互擠壓，以及錨鏈與絞盤的硬性摩擦，容易造成錨鏈和錨鏈疊壓在一起，不易脫落，須人工不停地用撬棍進行調整，比較費力。這種作業模式效率極低，且至少需要五六個人同時在不停地工作，勞動強度大，安全隱患多，作業效率低。傳統的航標作業模式如圖1所示。自上世紀40年代一直延續至海標153建成未能改變。而新型設備采用了機電一體化技術，將立式絞盤改為臥式絞車，錨鏈自動整齊地排列在絞車表面。如圖2所示。

錨鏈絞車的技術參數：（1）卷筒線速度：v=0～12m/min；（2）卷筒直徑：D=2.0m；（3）容鏈量：80～100m；（4）錨鏈規格：Φ38mm；（5）錨鏈拉力：F=200Kn。傳動原理：液壓馬達驅動一臺三級減速機，減速機輸出軸安裝一小齒輪，與卷筒連接的大齒輪嚙合，組成一對開式齒輪傳動，這樣就使卷筒旋轉。在卷筒下面有一個油缸推動一個擺臂，擺臂端部設一個滾輪，錨鏈通過滾輪在卷筒上纏繞。在大齒輪表面設一傳感器，當大齒輪轉1轉，油缸推動擺臂使錨鏈在卷筒上面軸向走一個鏈寬的節距，就使錨鏈在卷筒上整齊地排列起來。當然，這是由PLC控制的液壓伺服閥和油缸位移傳感器配合的結果。見圖2及圖3。

圖1　傳統的航標作業模式

圖2　臥式絞車圖

1 造成變速箱破損的原因分析

1.1 航標作業時涌浪作用的影響

“海巡153輪”對石島港7#標進行更換作業，絞沉石錨鏈過程中，沉石沒有離底，錨鏈受力較大，絞車停止轉動。在等待中突然減速齒輪箱殼體破裂，作業停止?！昂Ｑ?53”輪立即采取應急措施，放棄沉石，將浮標恢復原位，避免了更大的損失。根據“海巡153輪”減速齒輪箱損壞的情況，現場檢查發現輸入齒輪組及中間齒輪組無異常，輸出齒輪組有1/4齒損壞。通過分析初步確定是齒輪箱箱體強度不夠，在石島港7#航標作業過程中，由于沉石未絞離底（力量很大）停止絞動，此時由于船的晃動錨鏈作用在絞車上的瞬時拉力很大，引起箱體輸出軸軸孔處開始發生破裂延伸至上下殼體，造成輸出齒輪軸位移、輸出齒輪組損壞。經過分析初步認為航標作業時涌浪作用的影響較大，屬偶然事故。也正是這次事故的發生，提示了以后在航標絞車減速齒輪箱的選用上和安裝上進行改進。

1.2 減速機的選用

ZSY315減速機是國茂減速機集團生產的國內名牌減速機。這臺減速機的選用是經過嚴格的科學計算的；在將設備安裝在船甲板上后，進行了拉力（200kN）實驗，說明減速機的額定輸出扭矩滿足要求。但是，這次減速機的損壞是什么原因呢？

（1）過載能夠使任何設備失效，因此需要采取措施不過載，抗過載。（2）目前國內外的減速機外殼材質基本上都是鑄鐵的，鑄鐵材料剛度大，適合做低成本的形狀復雜的外殼和基座。但是另一方面，它和鋼相比抗拉能力差，易脆裂。而一般鋼的剛度不如鑄鐵。（3）保護方面情況：液壓保護和滾筒棘輪。理論上控制液壓系統即可控制載荷大小，本機液壓系統設計壓力為p=25Mpa，在實際試驗時，當壓力達

圖3　錨鏈絞車圖

············

圖4　速箱輸出齒輪受力示意圖

到16Mpa時，絞車拉力已達到額定載荷200kN。所以，如果限定壓力不超過16Mpa，可能就不會發生減速機失效的事情。如果在這是拉不動，可以把棘爪放下，液壓馬達停止，棘輪棘爪起作用，用船帶一下，先把沉石啟動了，再用絞車就可以了。（4）變速箱輸出齒輪受力示意圖4所示：圖4中輸出軸齒輪受兩個主動力，徑向力和圓周力，是大齒輪給與的反作用力，它們的合力為Fn，所產生的力矩和T1平衡。正常情況下，其靜止或勻速勻速運轉。其中的力通過齒輪、軸、軸承傳遞給基座。當過載時，在傳動鏈上的各零件同時受到沖擊，哪個安全系數低（薄弱環節），那個就先失效。在本系統中，減速箱就先失效了。（5）錨鏈絞車變速箱破壞試驗情況及數據。海軍也有三條船上配備同樣的設備-自排鏈式液壓絞車，其中減速機也是用的國茂減速機集團生產的三級減速機。今年4月做了極限實驗，設計能力額定載荷200kN，實驗做到270kN時減速機外殼突然破裂。后來又換了新的減速機。這也說明設備不能太過載，任何設備承載能力都有極限。這也證實了“海巡153”輪航標錨鏈絞車的變速箱確實因過載造成破裂的。

2 應對措施

（1）科學合理地制定操作規程：一、設計安全措施保證設備不過載，采用溢流閥等安全措施。二、當液壓絞車帶不動時，可停車，使棘輪棘爪起作用，用船帶一下沉石，只要動了，機器就可帶動。（2）變速箱的改進（鋼板焊接殼體，基座加強等）、：要加強減速機外殼的強度，通?？煽紤]壁厚加厚，若用鋼板焊接外殼，可提高其強度，若和鑄鐵同厚，其剛度還不如鑄鐵。一般情況下，減速機的設計應該是等強度設計，一個薄弱環節失效時，其他另部件也應該幾乎到了強度、剛度極限。因此，這次減速機外殼失效雖然是小概率事件，也可以在選用大一號的減速機，其承載能力大一個等級，失效的概率降低。（3）起沉石時，如果錨鏈不能絞到制鏈器的位置，用短鏈接駁。

參考文獻：

［1］吳華杰，孟淑媛，李廣達，杜玉明，陳英俊，等.船用錨鏈收放組合設備［M］.CN，2011.