超大型全回转浮吊起升机构钢丝绳多层缠绕方式

科技信息2013年第9期

ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ

多年来，浮吊一直在海上救捞系统中扮演着举足轻重的角色，海洋工程、海上铺管以及海洋平台的拆卸与安装都要广泛地运用到大型浮吊，形式上也逐渐由非自航式不可回转浮吊发展成现在常见的自航式全回转浮吊。随着海洋工程重型装备技术向大型化、高科技化方向发展，浮吊也逐渐向超大型化、高效化方向发展。本文就是对深海打捞全回转浮吊起升机构钢丝绳多层缠绕方式进行研究，探究出在大起重量、大起升高度的条件下，钢丝绳受力情况更好、寿命更长的多层缠绕方式，为浮吊起升机构的设计提供参考。

1两种常见的起升机构钢丝绳多层缠绕方式

1.1普通卷筒钢丝绳多层缠绕方式

目前常见的两种起升机构钢丝绳多层缠绕方式的区别主要在于卷筒，较早的浮吊起升高度小，起重量也小，因此起升机构通常采用的是普通螺旋槽卷筒钢丝绳多层缠绕的方式，其卷筒表面展开图见图1。该方式的优点是卷筒造价低，结构简单，重量轻。

图1普通卷筒表面展开图

但是这种钢丝绳多层缠绕方式有很大的缺点，由于上下层钢丝绳的卷绕旋向相反，此时上层钢丝绳不能很好的落入下层钢丝绳形成的螺旋槽内而容易出现钢丝绳排列不规则和乱绳现象，上层钢丝绳容易嵌入下层钢丝绳的缝隙中，导致钢丝绳产生挤压破坏，并且上层钢丝绳与下层钢丝绳之间互相交叉，造成钢丝绳磨损严重，大大影响钢丝绳的使用寿命。

1.2篱笆式卷筒钢丝绳多层缠绕方式

目前，大型浮吊起升机构最常用的是篱笆式卷筒钢丝绳多层缠绕的方式，其卷筒表面展开图见图2。篱笆式卷筒的结构特点是绳槽在卷筒的每一周范围内分为4段，其中直线段绳槽1、3区域占圆周长度的大约80%，折线段绳槽2、4区域占圆周长度的大约20%，并对称布置，每段折线绳槽使得钢丝绳在卷筒轴向移动半个节距。卷筒两侧端板处设有特殊的导向挡环，其形状如图2中涂黑部分所示。钢丝绳在进行多层缠绕时通过折线段绳槽来固定上层钢丝绳与下层钢丝绳交叉过渡的位置，在直线段，上层钢丝绳完全落入下层钢丝绳形成的绳槽内，使上下层钢丝绳的接触改善。在折线段和两端爬升段受相邻绳圈的挤压和摩擦，会率先出现磨损甚至是断丝现象，为解决这一问题，可根据实际使用情况，在使用一段时间后将钢丝绳截去一段，以错开处于恶劣位置的钢丝绳，延长钢丝绳的使用寿命。

图2篱笆式卷筒表面展开图

但是这种篱笆式卷筒钢丝绳多层缠绕的方式仍然有其局限性，由于采用的是单卷筒完成钢丝绳牵引和储绳功能的，钢丝绳在卷筒上缠绕过程中，上层钢丝绳在张力作用下会对下层钢丝绳产生挤压。在超大起重量、大起升高度的情况下，钢丝绳张力可达到几十吨甚至几百吨，在这样大的张力作用下上层钢丝绳甚至可能会进入到下层钢丝绳中，造成排绳混乱。

2双动力卷筒起升机构钢丝绳多层缠绕方式

多环槽双动力卷筒，在国内外工矿企业应用已久，在我国采运机械上也有一定应用，但在浮吊上应用还是很少，因此对浮吊来说还是一种新的结构，而且目前尚无定型产品，需自行设计和加工。本文最新研制了一种应用在浮吊上的新型双动力卷筒起升机构，该起升机构不仅具备现有起升机构的功能，即起升或下降货物，而且由于其特殊的系统组成，能够起升超大起重量、超高起升高度的货物，一次可起吊起重量达几千吨甚至上万吨、起升高度几百米甚至几千米的货物，为浮吊实现无限航区航行提供了可能。图3为双动力卷筒起升机构示意图。该起升机构主要由牵引绞车系统和储绳绞车系统两部分组成。其工作原理是：牵引绞车系统实现提升功能，储绳绞车系统实现收放存储功能。具体就是钢丝绳首先通过牵引卷筒（即双动力卷筒），牵引卷筒和钢丝绳之间的摩擦力可以吸收掉大部分钢丝绳的张力，使得钢丝绳缠绕到储绳卷筒上时张力可保持在一个较小的稳定范围，有效提高了储绳的准确性和可重复性。储绳绞车系统除存储钢丝绳外，还为钢丝绳提供一定的预张力来保证工作过程中摩擦驱动不失效。

图3双动力卷筒起升机构示意图

2.1牵引绞车系统的特点

牵引绞车系统主要包括牵引卷筒和驱动、传动、制动装置等，其中牵引卷筒是双动力卷筒起升机构的重要承载部件，其强度对整个起升机构的安全可靠性至关重要。牵引卷筒由结构相同、前后排列的两个卷筒组成，并同时被驱动，卷筒上根据设计需要开有多个绳槽，只缠绕一层钢丝绳，钢丝绳从一个卷筒的绳槽缠绕到另一个卷筒的绳槽以提供轴向运动，而不会产生像单卷筒起升机构那样的钢丝绳之间的轴向摩擦。牵引卷筒示意图如图4所示。

图4牵引卷筒示意图

起升机构工作时，牵引卷筒承受了大部分钢丝绳上的张力，其工作示意图如图5示。牵引卷筒与钢丝绳之间力的传递关系是影响卷筒结构参数设计的主要因素，牵引卷筒的参数直接决定了钢丝绳出入端张力的变化，是影响钢丝绳寿命和储绳准确性的重要因素。钢丝绳张力与钢丝绳在牵引卷筒上的包角、钢丝绳与牵引卷筒之间的摩擦系数符合欧拉公式。即：

T

1

=T

2

eμα

超大型全回转浮吊起升机构钢丝绳

多层缠绕方式研究

蒋金蓉

(上海海事大学物流工程学院，中国上海200135)

【摘要】本文分析了大型浮吊常用的两种起升机构钢丝绳多层缠绕方式，探究这两种方式的优势及缺点，并针对其缺点研制了新型的双动力卷筒起升机构，创新的结构特点克服了原有技术的问题，并且能有效减少钢丝绳磨损，延长钢丝绳使用寿命。

【关键词】浮吊；起升机构；双动力卷筒；多层缠绕钢丝

绳

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2013年第9期科

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式中：μ———钢丝绳与牵引卷筒之间的摩擦系数；α———

钢丝绳在牵引卷筒上的包角。图5牵引卷筒工作示意图

1.排绳器；

2.储绳卷筒；

3.开式齿轮；

4.减速器；

5.高速轴制动器；

6.联轴器；

7.电动机；

8.机架；

9.低速轴制动器

图6储绳绞车系统示意图

2.2储绳绞车系统的特点

储绳绞车系统主要包括卷筒、排绳装置和驱动、传动、制动装置

等，其结构示意图如图6所示。储绳绞车用于收放储存钢丝绳，通过多层缠绕可以存放长度很长的钢丝绳，为保证钢丝绳在储绳卷筒上有序排列，在储绳绞车的入绳端安装有排绳器。储绳卷筒采用篱笆式卷筒，其上钢丝绳多层缠绕的特点见2。

双动力卷筒起升机构系统庞大，结构复杂，并且造价不菲，但其钢丝绳多层缠绕方式的优势在于该起升机构系统将提升和储存功能分开，无论起重量多大，负载钢丝绳通过牵引卷筒缠绕到储绳卷筒上时钢丝绳中的张力都可保持在一个较小的范围内，这样可大大减少上层钢丝绳作用在下层钢丝绳上的紧箍力，避免了在钢丝绳张力作用下上层钢丝绳可能会进入到下层钢丝绳中的情况，并且能有效减少钢丝绳之间的摩擦，显著延长了钢丝绳的使用寿命。

3

结论

3.1

普通卷筒钢丝绳多层缠绕方式：卷筒造价低，结构简单，重量轻，但钢丝绳磨损严重，并且容易出现乱绳现象。

3．2篱笆式卷筒钢丝绳多层缠绕方式：卷筒结构复杂，造价高，由于其卷筒特殊的结构设计使得钢丝绳磨损得到一定程度的改善，但是在钢丝绳张力很大的情况下上层钢丝绳可能会进入到下层钢丝绳中，造成排绳混乱。

3．3双动力卷筒钢丝绳多层缠绕方式：系统体积庞大，结构复杂，造价高，但由于其特殊的系统组成，将提升和储存功能分开，使钢丝绳达到储绳卷筒时其上张力已稳定在一个较小的范围内，有效减少钢丝绳磨损，延长钢丝绳使用寿命。

双动力卷筒起升机构钢丝绳多层缠绕方式与单卷筒起升机构钢丝绳多层缠绕方式相比，钢丝绳受力情况较好，储绳的准确性和重复性也较好，因此适合用于大起重量、大起升高度的深海打捞全回转浮吊。【参考文献】

［1］翟庆光，聂杰，康岳伟.深海取样绞车牵引卷筒上钢缆张力分析[J].海洋技术，

2008,27(2).

［2］苏宁宁，李怀亮，段梦兰，毛东风，赵天奉，张九菊.深水A&R 绞车动力滚筒牵引力计算及有限元强度分析[J].石油矿场机械，2011,40(10):45~49.

［3］胡勇，胡志辉，胡吉全.多层卷绕钢丝绳卷筒[Z].物流工程三十年技术创新发展之道.

［责任编辑：王迎迎

］

（上接第155页）构建页面信息时，只需要从系统信息架构中提取所需的信息类别，再进行信息重组。

图4系统信息架构

餐饮服务系统用户终端的信息架构如图4所示，主要分成五大信息类别，若干子信息类别，每一个信息的条目都围绕层级展开。每一子信息都没有不孤立存在于一个功能中，在不同的操作界面都有出现几

率，从而构成系统复杂而又有条理的信息库。但通过构建信息架构，信息就能清晰地呈现到我们面前。

2.3

信息流程

“流程图展示了用户完成具体任务的全部过程。流程图可能不会显示交互的所有细节，但是却能够针对目标用户提供一个全面的视角，展示了人们是如何使用现有的处理机制的。”[3]点餐系统信息流程如图5，用户在使用点餐系统时，可根据需要选择相应的操作流程。

3总结

系统的建立是一个迭代的过程，它需要在系统设计初期到系统推出使用后，对用户进行跟踪研究与接收反馈。本文从交互设计的角度，对数字化点餐系统的功能定义、

信息架构作了简单的分析，然而这只是过程的一部分，为下一步的原型制作和交互方式设计提供参考。【参考文献】

［1］唐纳德·A ·诺曼．设计心理学[M].梅琼,译．中信出版社,2003.

［2］龙尼·利普顿.信息设计实用指南[M].王毅,刘小麓,译．上海人民美术出版社,2008.［3］任凯.自助服务终端触摸界面的交互设计研究[D].山东大学,2010.

［4］邓胜利.基于用户体验的交互式信息服务[D].武汉大学出版社,2008.

［责任编辑：王洪泽］

图5信息流程

科

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