新型铺缆船牵引机构设计应用

2019-01-12马云骄葛杨元

船舶与海洋工程 2018年6期

关键词：钢缆卷筒绞车

马云骄，葛杨元

（南通力威机械有限公司，江苏南通 226500）

0 引言

近年来，随着船舶建造水平的不断提高和新技术的广泛应用，海缆船的发展取得很大进步，已由采用锚泊定位、仅适用于浅水作业的铺缆船发展为采用动力定位技术、能满足深海作业需求的铺缆船。

为提高市场竞争力，铺缆船在浅水作业区、深水作业区应采用不同的动力来完成铺缆作业。浅水作业区铺缆船上的牵引系统应能有效解决传统锚泊定位铺缆作业存在的辅助时间长、效率低和劳动强度大等问题，同时能减少辅助船使用量，提高铺缆作业效率。

1 牵引机构作业流程

牵引机构[1]主要作用是使铺缆船在作业时沿着既定的铺缆路线完成牵引船、移船等操作，主要由牵引绞车、换缆装置[2]、甲板储缆绞车、舱内储缆绞车和导向滚轮组、抛锚艇绞车及控制系统等组成。

为保证连续铺缆作业，牵引机构采用2条线路切换的设计（见图1），其工作流程为：当线路A的牵引绞车运转时，甲板储缆绞车辅助张力并将缆索缠绕到卷筒上；当缠绕一段钢缆接近末端后，通过换缆装置将前后钢缆接头连接件卡住，解开卸扣，前段钢缆末端继续缠绕到线路A的甲板储缆绞车卷筒上；随后将卡在换缆装置上的后段钢缆切换到线路B的甲板储缆绞车上，继续进行牵引收缆工作。在线路B的牵引绞车与储缆绞车工作的同时，线路A的甲板储缆绞车钢缆通过滑轮组转移到舱内的储缆绞车上。反之，在线路A的牵引绞车与储缆绞车工作的同时，线路B的甲板储缆绞车钢缆通过滑轮组转移到舱内的储缆绞车上。舱内的储缆绞车钢缆释放是通过抛锚艇绞车回收并转到下一个抛锚点实现的。重复上述工作，从而实现牵引船舶铺缆连续作业。

图1 牵引机构作业示意

2 牵引机构组成设计

该牵引机构的设计重点包括以下几个方面：

1) 牵引绞车卷筒结构型式[3]及多圈缠绕通过快速连接卸扣时无卡阻、蹦缆、压缆现象或钢缆损伤；

2) 甲板储缆绞车卷筒能容纳钢缆快速连接卸扣结构；

3) 舱内储缆绞车卷筒能容纳多根大容缆量钢缆结构，钢缆之间的切换及排缆机构的要求；

4) 抛锚艇绞车钢缆释放控制的稳定性设计；

5) 导向滑轮组通过钢缆连接卸扣滑轮槽型设计；

6) 快速连接卸扣结构型式和强度要求。

通过对以上几个方面的重点研制和使用验证，排除牵引机构性能方面的隐患，保证整个牵引机构工作的连续性、稳定性、可靠性和安全性。

2.1 牵引绞车设计

牵引绞车（见图 2）是整个牵引系统的主要设备。绞车设计的重点是保证卷筒多圈缠绕有足够的摩擦力[4]，同时保证两段钢缆之间的快速连接卸扣通过卷筒时无卡阻、蹦缆、压缆现象或钢缆损伤。因此，连接卸扣的结构形式、尺寸、活动范围和运转形态直接关系到绞车牵引过程的可靠性、稳定性和安全性。对此，在与索具制作厂家共同研究讨论的基础上，通过理论分析和三维建模模拟分析，确定卷筒的节径，并利用与卷筒等径的试验装置验证卸扣在卷筒上运转状态。试验结果表明，由于卸扣外形较大，影响牵引效果并易损伤钢缆。经过仔细分析、论证，设置防压缆专用装置（见图3）。该装置的基本工作原理是在钢缆快速连接卸扣进入卷筒之前用油缸顶起，即使快速连接卸扣与卷筒表面分离，消除快速连接卸扣对缠绕钢缆的影响。通过改进试验验证，取得理想的效果，满足不同工况的使用要求。

图 2 牵引绞车

图 3 防压缆装置

2.2 甲板储缆绞车设计

甲板储缆绞车（见图4）是配合牵引工作的绞车，其拉力需足以满足牵引绞车在负载工况下产生的摩擦力。根据理论计算式[5]，有

式(1)中：ψZ为起升载荷的动载系数，查表取1.5；Smax为钢缆最大工作负载，以500000N为例；μ为钢缆与卷筒和压板间的摩擦因数，按摩擦面有无油脂，取0.12～0.16；a为安全圈在卷筒上的包角，rad；e为自然对数的底数，取2.71828。从卷绕3圈开始计算，代入数值得：第3圈 S1= 7 8111N；第4圈 S2=36750 N；第5圈 S3= 1 7 291N 。

以理论计算为基础，结合多年的设计制作经验，在确保安全因素和考虑摩擦效率等因素的前提下，设定甲板储缆绞车的工作负载为50kN，并进行工厂试验验证。

甲板储缆绞车结构设计重点是考虑钢缆快速连接卸扣对绞车卷筒缠绕且有序排列钢缆的影响。对此，卷筒采用分隔式结构，即快速连接卸扣与钢缆分开储存。工作时将辅助引缆挂在钢缆快速连接卸扣卷筒储存区，同时将快速连接卸扣卷入储存区，当钢缆从卷筒隔板缺口导入到钢缆储存区卷筒侧时，靠排缆器缠绕并有序排列钢缆。

为保证甲板储缆绞车与舱内储缆绞车动作的协调性，舱内储缆绞车收缆时甲板储缆绞车需有恒定的张力，绞车设置有动态阻尼制动器，保证在舱内储缆绞车预张力下钢缆排列整齐有序。