ISO6482《造船甲板機械絞纜筒外形》修訂研究

史琪琪，喬志強，張曉群

（1. 上海船舶設備研究所，上海 200031；2. 南京中船綠洲機器有限公司，南京 210039）

0 引言

絞纜筒在起錨機、系泊絞車、起重絞車以及很多工程船用特種絞車上普遍使用，多數情況下用于輔助作業[1]。ISO 6482《造船 甲板機械 絞纜筒外形（Shipbuilding - Deck Machinery - Warping end profiles）》是絞纜筒設計選用中最主要的依據。ISO 6482初版發布于1980年，隨著甲板機械大型化發展和繩索國際標準更新，原標準中的尺寸系列已不足以滿足現階段和未來甲板機械絞纜筒的實際選用，也無法與更新后的繩索國際標準相匹配，已無法指導絞纜筒的設計選用和制造。

1 國際標準修訂過程

2014年10月，經國家標準委審核，我國向國際標準化組織船舶與海洋技術委員會舾裝與甲板機械分委會（ISO/TC8/SC4）主導提出了ISO 6482的修訂提案。

2015年2月，經過ISO/TC8/SC4下P成員國立項投票（NP），ISO 6482成功獲得正式立項。

2015年3月～12月，在新工作項目提案的基礎上，編制組先后完成了2輪工作組草案（WD）專家意見征詢和 3次草案修改，編制工作得到了日本、韓國和美國專家的技術支持。

2016年1月，經過ISO/TC8/SC4內部投票，ISO 6482跳過委員會草案（CD）階段，直接注冊詢問草案（DIS）。

2016年12月，ISO 6482以100%支持率通過DIS投票，并于2017年5月獲得正式發布。

2 主要修訂內容

2.1 公稱尺寸m修改為絞纜筒直徑

在起錨機、系泊絞車等甲板機械的選型和設計中，絞纜筒公稱直徑D及纜繩直徑d是首先考慮的主要特征參數。對絞纜筒直徑D進行系列化限制后，原標準可能出現的不加限制的絞纜筒直徑在很大程度上被壓縮了，有利于設計的系列化及標準化，有利于用戶的選用，減少了鑄造模具的品種，降低了企業的制造成本。

原標準在4.2中規定系數m=馬尼拉繩徑/3（mm），其他尺寸由m算出。m只是在計算過程中使用到，對用戶的選型并無意義，可以取消。分析如下：

1）30多年來，隨著船用纜繩制造技術的發展，目前船上使用的纜繩絕大部分是人造纖維繩，其次是鋼絲繩，使用最少的是馬尼拉繩。

2）使用m推算其他尺寸，實際就是利用馬尼拉繩直徑進行計算。隨著ISO 1181:2004《纖維繩索-馬尼拉麻和西沙爾麻繩索-3、4和8股繩》[2]的發布，新標準的直徑系列與原標準ISO 6482中的m值系列基本沒有直接關系。經比較，ISO 1181:2004和ISO 1140:2012《纖維纜繩-聚酰胺-3、4、8和 12股繩索》、ISO 1141:2012《纖維纜繩-聚酯-3、4、8和 12股繩索》、ISO 1346:2012《纖維繩索-聚丙烯裂膜、單絲和多絲（PP2）及聚丙烯高彈性多絲（PP3）繩索-3、4、8和12股繩索》的直徑系列是一致的。

3）通過換算，原標準尺寸中的LC、LE、L1、L2、R、R1、R2、C1、C2系列數據，相互之間已經具備固定的比例關系，例如LC給定某一數值，其他數據都可以計算出來，并不需要m值。

4）原標準第6章中軸扭矩計算公式Cr=0.9m+0.45d不太合理，m是絞纜筒允許的最大馬尼拉繩直徑的1/3，該公式不應用m進行計算，應該用實際選用的纜繩直徑d進行計算。

5）經查，DIN 84154:1994《絞纜筒》及 ASTM F1106—2012《絞纜筒》兩項標準都沒有使用到系數m的概念。

2.2 絞纜筒長度LC的確定

纜繩在絞纜筒上纏繞的圈數決定了絞纜筒的長度。絞纜筒的正常工作必須滿足2個條件：1）保持力的平衡，即操作者的拉力+摩擦力=載荷；2）纜繩能在絞纜筒的長度方向滑移。由于變化因素（如操作者拉力的大小、載荷大小、纜繩與絞纜筒的摩擦系數、絞纜筒直徑、絞纜筒的粗糙度及環境條件等）太多，上述要求目前很難通過理論計算來解決，因此只能通過經驗來確定。

原標準中，絞纜筒長度與纜繩直徑的關系為：鋼絲繩和人造纖維繩，LC≥10d；天然纖維繩，LC≥6d。本版標準將兩者關系修改為：鋼絲繩，L≥10d；天然纖維繩和人造纖維繩，L≥7.5d。理由如下：1）經調查，多數使用單位的絞纜操作規程要求：使用絞纜筒絞纜時，纜繩在絞纜筒上通常繞3圈～4圈，最多5圈；2）由于取消了繩孔和繩鉤的結構，沒有必要在絞纜筒上纏繞超過7.5圈的纜繩，特殊情況可選用加長絞纜筒；3）天然纖維繩和人造纖維繩的柔軟度及摩擦系數比較接近，參考DIN 84154:1994，統一取L≥7.5d。

2.3 絞纜筒直徑D與纜繩直徑d的匹配關系確定

原標準規定：天然纖維繩，D≥6d；人造纖維繩，D≥8d。

而在 ISO 3730:2012《船舶與海洋結構物 系泊絞車》中規定，采用人造纖維索時卷筒直徑應不小于合成纖維索直徑的 6倍。本版標準按此修改，將天然纖維繩和人造纖維繩的絞纜筒直徑與纜繩直徑匹配關系統一為D≥6d。

2.4 絞纜筒直徑與絞纜筒長度的匹配關系確定

在編制本標準時，有2種方案可選擇。

方案 1：按鋼絲繩用絞纜筒和天然/人造纖維繩用絞纜筒 2種型式分，鋼絲繩用絞纜筒的長度與直徑之比為L/D=10d/16d=0.625；天然/人造纖維繩用絞纜筒的長度與直徑之比為L/D=7.5d/6d=1.25。

方案2：按普通型絞纜筒和加長型絞纜筒2種型式分，普通型絞纜筒的長度與直徑之比為 LC/D=1.0，加長型絞纜筒的長度與直徑之比LE/D=1.25。

考慮到以下理由，本版標準選擇方案2。

1）本版標準編制過程中參考了3項國家標準，相關內容介紹如下。

a）德國標準DIN 84154:1994-01《絞纜筒外形》[3]

該標準的結構遵照ISO 6482，絞纜筒的長度與直徑之比只有一種型式，即1∶1。該標準獲GL船級社、內河航運職業協會（BSBG）和航海職業協會（See-BG）認可并一直在實施。

b）中國船舶行業標準CB/T 3827—1998《絞纜筒》[4]

絞纜筒的長度與直徑之比有2種，普通型為1∶1，加長型為1∶1.25。

c）美國標準ASTM F 1106-87(2012)《絞纜筒裝置（絞繩筒，絞盤架）》[5]

分圓柱型和圓錐形 2種型式，圓柱型的長度與直徑之比為0.91，圓錐型的長度與小頭直徑之比為0.91。

上述3項標準基本都采用了1∶1左右的關系。

2）絞纜筒在船上的作業多為輔助作業，絞纜筒的長度與直徑之比如果能同時滿足鋼絲繩和天然/人造纖維繩的要求，將給用戶帶來較大的方便，顯然方案 1中長度與直徑之比為0.625的情況無法滿足要求。

3）原標準普通型與加長型的比例LE/LC=1.25，天然/人造纖維繩要求的長度與直徑極值比7.5d/6d=1.25，二者一致，故本版標準保留了長度與直徑之比為 1.25的系列。

4）設計者在選用卷筒時，一般的考慮順序是“纜繩品種—負載—纜繩直徑”。由速度和傳動比確定絞纜筒直徑 D，最后校對絞纜筒與本標準的符合性。一般情況下絞纜筒長度和直徑不會取到極值。

5）采納日本專家對本版工作組草案的意見，增加因船上布置的關系對長度有嚴格控制要求的情況，在尺寸表中以表注的形式為用戶提供自由選擇的空間。

2.5 取消“繩孔和繩鉤”章節

在標準編制過程中，編制組了解到繩鉤實際使用極少。由于纏繞圈數很難控制，而圈數太多的情況下，纜繩有從絞纜筒跳出的安全隱患。另外，由于絞纜筒和動力源之間沒有離合器，也沒有制動器可釋放，所以當絞纜筒超扭矩時，尤其誤作系泊定位使用時，繩鉤無法進行負荷釋放，很不安全。考慮到上述原因，本版標準取消了“繩孔和繩鉤”章節。

2.6 增加絞纜筒表面質量要求

隨著繩索制造工藝的不斷完善，鋼絲繩、化學合成纖維繩及天然纖維繩質量都在不斷提高，其中化學合成纖維繩與天然纖維繩相比具有更優越的性能。化學合成纖維繩具備更高強度及在沖擊負荷下吸收更多能量的能力；相同破斷拉力下，化學合成纖維繩比天然纖維繩直徑小；相同大直徑的繩，化學合成纖維繩手感比天然纖維繩好。由于上述特點，化學合成纖維繩目前廣泛應用于船舶的系泊和拖引。

但由于化學合成纖維繩不耐切割和磨損，為保證使用安全，使用化學合成纖維繩的卷筒表面必須光滑；如果在使用鋼絲繩后替換使用化學合成纖維繩，卷筒必須打磨光滑才能使用。根據上述理由，本版標準中增加了對絞纜筒表面粗糙度的要求。

2.7 增加絞纜筒未注尺寸公差要求

本版標準在新工作項目提案中提出：線性尺寸公差應符合ISO 8062-3《產品幾何量技術規范（GPS）—模制件尺寸和幾何公差—第 3部分：一般尺寸、幾何尺寸和加工余量》[6]中的DCTG 9。在立項投票中，日本專家提出建議，認為線性尺寸公差應符合ISO 8062-3中的DCTG 12。編制組對相關精度等級進行比較分析，見表1。

表1 ISO 8062-3精度等級要求

考慮到應嚴格控制絞纜筒直徑 D，綜合日本專家提出的建議，本版標準取DCTG 11精度要求。

2.8 絞纜筒軸扭矩及彎矩的計算

原標準按式（1）和式（2）計算出的尺寸Cr和Lr來計算絞纜筒軸扭矩及彎矩，如圖1所示。

上述公式計算存在以下問題：計算的扭矩值應為最大值；式中的 d應是實際選用的纜繩直徑，而不應是該卷筒允許的最大馬尼拉繩直徑。

圖1 絞纜筒軸扭矩及彎矩計算示意圖

根據上文公稱尺寸修改原則，將計算公式（1）、公式（2）用m=d/3代入后，可以修改為

本版標準中，采用式（3）、式（4）計算絞纜筒軸扭矩及彎矩。

3 結論

ISO 6482主要規定了絞纜筒外形的型式、公稱系列、尺寸、標示及選型方法。與原標準相比，我國主導修訂的新版ISO 6482:2017修改了主要特征參數、確定了絞纜筒長度要求、修改了絞纜筒直徑和纜繩直徑匹配關系、明確了絞纜筒直徑與絞纜筒長度匹配關系、取消了繩孔繩鉤要求、增加了絞纜筒表面質量要求、增加了絞纜筒未注尺寸公差要求、修改了絞纜筒軸扭矩及彎矩計算方法，在修訂過程中融入了我國甲板機械設計、制造、檢驗和使用的大量技術積累和常用做法，有效體現了我國優勢技術在國際標準轉化過程中的主導作用。ISO 6482:2017在世界船舶行業范圍內的推廣應用也將規范甲板機械絞纜筒外形的設計選用，對于提升我國相關產品國際標準符合度，打破甲板機械產品國際市場技術壁壘具有重要意義。