绞车卷筒自动排绳器的设计计算与应用

秦钢

（江阴耐波特船用设备有限公司 设计部，江苏 江阴 214423）

1 引言

近年来，我国造船行业迅猛发展，船用配套设备也有长足进步，其中船用救生设备是船用配套设备中必不可少的组成部分。绞车是救生设备常用的工具，绞车卷筒上的钢丝绳，在运行中经常出现排绳乱、挤绳等不正常现象，所以绞车卷筒上的钢丝绳能否整齐，直接关系到救生艇及艇里人的安全，越来越多的船东要求绞车卷筒处增加排绳器，以保证绞车上钢丝绳有序、紧凑，防止出现乱绳、挤绳等不正常现象。本文主要介绍一种比较简单又很实用的排绳器。

2 绞车自动排绳器的基本结构与工作原理

2.1 基本结构

绞车自动排绳器主要由链轮传动、齿轮箱、手动调节装置、导向滚轮架、双向矩形螺纹副、离合器、联轴器和导向支座等部件构成。绞车自动排绳器结构简图见图1。

图1 绞车自动排绳器结构简图

图中，大链轮固定在绞车卷筒上，小链轮和小齿轮由离合器相连在同一传动轴上，与小齿轮相啮合的大齿轮和双向矩形螺纹杆相连，其中大、小齿轮置于齿轮箱内，导向支座上安装两个对称的导向滚轮架。

2.2 工作原理及主要特点

2.2.1 工作原理

当绞车运行时，旋转的卷筒上大链轮通过链条带动小链轮，小链轮通过离合器带动齿轮箱里的小齿轮，小齿轮带动相啮合的大齿轮，大齿轮带动和它连接的两个双向矩形螺纹杆，导向滚轮里的活销一头月牙形嵌在双向矩形螺纹槽里，另一头圆销形连接导向滚轮架，因此旋转的双向矩形螺纹杆，带动导向滚轮架作直线运动。这样旋转的卷筒，通过链轮-齿轮-双向矩形螺纹副三级旋转转动，转变成导向滚轮架的来回直线运动，实现了卷筒上的钢丝绳在缠绕时，排绳器上导向滚轮架控制钢丝绳轴向走动，保证钢丝绳按着固定的节奏来缠绕，松绳时候同样如此。当绞车卷筒与排绳器导向滚轮架不同步时，可以松开小链轮上的离合器，通过手动调节装置，将双向矩形螺纹副上的导向滚轮架移动到绞车卷筒钢丝绳的位置，达到同步的目的。当两边的导向滚轮架位置，与两绞车卷筒中心不对称，差距较大时可以先松开中间离合器，先调节左边导向滚轮，调好后调节右边导向滚轮，最后将离合器拧紧；差距较小时，可以直接调节相应的导向滚轮架上两个滚轮座来达到对称的要求。

2.2.2 主要特点

（1）绞车卷筒自动排绳器从根本上解决因排绳乱造成挤压绳问题，消除因排绳乱引发的不安全因素；（2）不附加动力源，全机械式；（3）自动强制规范缠绳，保证绞车正常工作；（4）排绳安全可靠，操作简单，维修更换方便。

3 主要技术参数的确定和设计中应考虑的要点

3.1 绞车卷筒自动排绳器主要技术参数确定

3.1.1 已知相关参数

卷筒上钢丝绳的层数n（n=3）；钢丝绳直径d（18mm）；钢丝绳的长度S（60m）；卷筒最大转速约94.5r/min；绞车电机功率为5.5kW。

3.1.2 绞车卷筒主要技术参数的确定

（1）绞车卷筒筒体直径D的确定。根据LSA Code 国际救生规则规定，卷筒直径必须大于等于钢丝绳直径18 倍，即D≥18d=18×18=324，这里取D=350mm；（2）卷筒上钢丝绳之间间隙的确定。在一般情况下，当卷筒上钢丝绳直径d＜20mm 时，取a=0.5mm；当d在20～40mm 时，取a=1mm；d＞40mm 时，取a=2mm，这里钢丝绳直径为18mm，取a=0.5mm；（3）绞车卷筒筒体长度的确定。钢丝绳的长度S 是根据救生艇下放的高度确定，其值为60m，钢丝绳的长度等于绞车卷筒每层钢丝绳缠绕圈数乘以钢丝绳所占的长度，因钢丝绳在每层开始和结束时不可能正好，计算时需增加一圈间隙。则卷筒筒体的长度L，

3.1.3 绞车卷筒自动排绳器主要技术参数确定

确定绞车卷筒自动排绳器主要技术参数，首先要知道排绳器上导向滚轮架与绞车卷筒钢丝绳轴向同步条件。保证排绳器能够有效地在绞车卷筒上进行排绳，排绳器必须满足两个条件：一是排绳器上双向矩形螺纹副轴向速度与绞车卷筒上绕钢丝绳轴向速度相一致；二是排绳器上双向矩形螺纹行程与绞车卷筒筒体有效长度相等。

另外：双向矩形螺纹行程L′=0.5NP（其中：N为不包括零的自然数）。

3.2 设计中应考虑的要点

在绞车卷筒与排绳器传动之间，增加一级齿轮传动，是因为考虑到排绳器导向滚轮与绞车卷筒上钢丝绳缠绕位置，或排绳器左右导向滚轮位置出现偏差，可以手动进行调节，恢复到相应同步的位置，如果采用手动直接旋转双向矩形螺纹副，需要的扭矩较大，操作比较困难，如果中间加一组齿轮传动，由小齿轮带动大齿轮，小齿轮上安装手动调节装置，大齿轮连接双向矩形螺纹，这样需要的扭转就小很多，操作起来也方便自如。大小齿轮传动比越大，手动调节需要的扭矩也就越小，但齿轮的传动比也不能过大，如果太大，要保证总的传动比为2.7，大小链轮的传动比也相应加大，而安装大小链轮的空间有限，所以大小齿轮的传动比也不能太大。

4 应用情况介绍

4.1 应用情况

（1）排绳器自成一体，独立安装，无须绞车改造；（2）当出现绞车卷筒与导向滚轮，及两导向滚轮不同步时，可以手动进行调节，修正其同步性；（3）通过以上设计计算可知，根据要求可以设计不同型号绞车卷筒排绳器，配合不同直径的钢丝绳；（4）可以采用多级传动，灵活实现大的传动比；（5）延长了绞车卷筒钢丝绳的使用寿命，节省了大量的钢丝绳材料费用和更换钢丝绳所投入的人力费用，经济效益明显。

4.2 缺点和不足

（1）因排绳器大部分是机械式传动（链轮、齿轮和双向矩形螺纹副传动），设备安装在海上潮湿空气中，容易生锈，所以设备关键部位要定期加油脂润滑，齿轮箱内加注齿轮油；（2）设备暴露在空气中，容易受到尘埃污染，影响设备的正常运行，所以在不使用时，最好使用帆布遮盖起来。

5 结论

介绍了绞车卷筒自动排绳器的基本结构、工作原理和主要特点，分析排绳器设计计算，主要技术参数的确定及设计中注意的要点。它采用“链轮-齿轮-双向矩形螺纹副”传动系统结构，灵活实现各种传动比要求，同时方便手动修正排绳器与绞车卷筒的同步问题。它具有结构简单、工作稳定可靠，安装方便等特点，适用于绞车卷筒排绳要求比较高的船舶救生设备和其它特殊要求行业。

［1］机械设计手册编委会.机械设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［2］陈国桓.机械基础［M］.北京：化学工业出版社，2001.