大型航標(biāo)船錨鏈絞車變速箱破損原因分析及應(yīng)對(duì)措施

車榮合 張志俠 李秉泉（天津航標(biāo)處，天津 300450）

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大型航標(biāo)船錨鏈絞車變速箱破損原因分析及應(yīng)對(duì)措施

車榮合 張志俠 李秉泉
（天津航標(biāo)處，天津 300450）

【摘要】在航標(biāo)的拋設(shè)、撤除、更換當(dāng)中，航標(biāo)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(dòng)強(qiáng)度。以往采用電動(dòng)立式絞盤勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全隱患多，作業(yè)效率低。本文主要介紹了改進(jìn)后的錨鏈絞車的技術(shù)參數(shù)、傳動(dòng)原理，以及在實(shí)際使用當(dāng)中的優(yōu)點(diǎn)，分析了造成變速箱破損的原因，并在總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出對(duì)變速箱的革新建議。

【關(guān)鍵詞】航標(biāo)船 錨鏈絞車 變速箱

大型航標(biāo)船海巡153是在我國(guó)第一個(gè)采用《船用錨鏈?zhǔn)辗沤M合設(shè)備》（專利號(hào)2010.2.0543843.3）的航標(biāo)船。在這之前，起絞浮標(biāo)和沉石的設(shè)備是電動(dòng)立式絞盤，該設(shè)備起絞浮標(biāo)錨鏈?zhǔn)抢米陨淼腢型結(jié)構(gòu)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(jìn)行調(diào)整，比較費(fèi)力。這種作業(yè)模式效率極低，且至少需要五六個(gè)人同時(shí)在不停地工作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全隱患多，作業(yè)效率低。傳統(tǒng)的航標(biāo)作業(yè)模式如圖1所示。自上世紀(jì)40年代一直延續(xù)至海標(biāo)153建成未能改變。而新型設(shè)備采用了機(jī)電一體化技術(shù)，將立式絞盤改為臥式絞車，錨鏈自動(dòng)整齊地排列在絞車表面。如圖2所示。

錨鏈絞車的技術(shù)參數(shù)：（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(guī)格：Φ38mm；（5）錨鏈拉力：F=200Kn。傳動(dòng)原理：液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)三級(jí)減速機(jī)，減速機(jī)輸出軸安裝一小齒輪，與卷筒連接的大齒輪嚙合，組成一對(duì)開式齒輪傳動(dòng)，這樣就使卷筒旋轉(zhuǎn)。在卷筒下面有一個(gè)油缸推動(dòng)一個(gè)擺臂，擺臂端部設(shè)一個(gè)滾輪，錨鏈通過(guò)滾輪在卷筒上纏繞。在大齒輪表面設(shè)一傳感器，當(dāng)大齒輪轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，油缸推動(dòng)擺臂使錨鏈在卷筒上面軸向走一個(gè)鏈寬的節(jié)距，就使錨鏈在卷筒上整齊地排列起來(lái)。當(dāng)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(jié)果。見圖2及圖3。

圖1　傳統(tǒng)的航標(biāo)作業(yè)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(biāo)作業(yè)時(shí)涌浪作用的影響

“海巡153輪”對(duì)石島港7#標(biāo)進(jìn)行更換作業(yè)，絞沉石錨鏈過(guò)程中，沉石沒(méi)有離底，錨鏈?zhǔn)芰^大，絞車停止轉(zhuǎn)動(dòng)。在等待中突然減速齒輪箱殼體破裂，作業(yè)停止?！昂Ｑ?53”輪立即采取應(yīng)急措施，放棄沉石，將浮標(biāo)恢復(fù)原位，避免了更大的損失。根據(jù)“海巡153輪”減速齒輪箱損壞的情況，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)輸入齒輪組及中間齒輪組無(wú)異常，輸出齒輪組有1/4齒損壞。通過(guò)分析初步確定是齒輪箱箱體強(qiáng)度不夠，在石島港7#航標(biāo)作業(yè)過(guò)程中，由于沉石未絞離底（力量很大）停止絞動(dòng)，此時(shí)由于船的晃動(dòng)錨鏈作用在絞車上的瞬時(shí)拉力很大，引起箱體輸出軸軸孔處開始發(fā)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(jīng)過(guò)分析初步認(rèn)為航標(biāo)作業(yè)時(shí)涌浪作用的影響較大，屬偶然事故。也正是這次事故的發(fā)生，提示了以后在航標(biāo)絞車減速齒輪箱的選用上和安裝上進(jìn)行改進(jìn)。

1.2 減速機(jī)的選用

ZSY315減速機(jī)是國(guó)茂減速機(jī)集團(tuán)生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)名牌減速機(jī)。這臺(tái)減速機(jī)的選用是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的科學(xué)計(jì)算的；在將設(shè)備安裝在船甲板上后，進(jìn)行了拉力（200kN）實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明減速機(jī)的額定輸出扭矩滿足要求。但是，這次減速機(jī)的損壞是什么原因呢？

（1）過(guò)載能夠使任何設(shè)備失效，因此需要采取措施不過(guò)載，抗過(guò)載。（2）目前國(guó)內(nèi)外的減速機(jī)外殼材質(zhì)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(fù)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(hù)方面情況：液壓保護(hù)和滾筒棘輪。理論上控制液壓系統(tǒng)即可控制載荷大小，本機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力為p=25Mpa，在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)壓力達(dá)

圖3　錨鏈絞車圖

············

圖4　速箱輸出齒輪受力示意圖

到16Mpa時(shí)，絞車?yán)σ堰_(dá)到額定載荷200kN。所以，如果限定壓力不超過(guò)16Mpa，可能就不會(huì)發(fā)生減速機(jī)失效的事情。如果在這是拉不動(dòng)，可以把棘爪放下，液壓馬達(dá)停止，棘輪棘爪起作用，用船帶一下，先把沉石啟動(dòng)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(gè)主動(dòng)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(chǎn)生的力矩和T1平衡。正常情況下，其靜止或勻速勻速運(yùn)轉(zhuǎn)。其中的力通過(guò)齒輪、軸、軸承傳遞給基座。當(dāng)過(guò)載時(shí)，在傳動(dòng)鏈上的各零件同時(shí)受到?jīng)_擊，哪個(gè)安全系數(shù)低（薄弱環(huán)節(jié)），那個(gè)就先失效。在本系統(tǒng)中，減速箱就先失效了。（5）錨鏈絞車變速箱破壞試驗(yàn)情況及數(shù)據(jù)。海軍也有三條船上配備同樣的設(shè)備-自排鏈?zhǔn)揭簤航g車，其中減速機(jī)也是用的國(guó)茂減速機(jī)集團(tuán)生產(chǎn)的三級(jí)減速機(jī)。今年4月做了極限實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)能力額定載荷200kN，實(shí)驗(yàn)做到270kN時(shí)減速機(jī)外殼突然破裂。后來(lái)又換了新的減速機(jī)。這也說(shuō)明設(shè)備不能太過(guò)載，任何設(shè)備承載能力都有極限。這也證實(shí)了“海巡153”輪航標(biāo)錨鏈絞車的變速箱確實(shí)因過(guò)載造成破裂的。

2 應(yīng)對(duì)措施

（1）科學(xué)合理地制定操作規(guī)程：一、設(shè)計(jì)安全措施保證設(shè)備不過(guò)載，采用溢流閥等安全措施。二、當(dāng)液壓絞車帶不動(dòng)時(shí)，可停車，使棘輪棘爪起作用，用船帶一下沉石，只要?jiǎng)恿?，機(jī)器就可帶動(dòng)。（2）變速箱的改進(jìn)（鋼板焊接殼體，基座加強(qiáng)等）、：要加強(qiáng)減速機(jī)外殼的強(qiáng)度，通?？煽紤]壁厚加厚，若用鋼板焊接外殼，可提高其強(qiáng)度，若和鑄鐵同厚，其剛度還不如鑄鐵。一般情況下，減速機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)該是等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)失效時(shí)，其他另部件也應(yīng)該幾乎到了強(qiáng)度、剛度極限。因此，這次減速機(jī)外殼失效雖然是小概率事件，也可以在選用大一號(hào)的減速機(jī)，其承載能力大一個(gè)等級(jí)，失效的概率降低。（3）起沉石時(shí)，如果錨鏈不能絞到制鏈器的位置，用短鏈接駁。

參考文獻(xiàn)：

［1］吳華杰，孟淑媛，李廣達(dá)，杜玉明，陳英俊，等.船用錨鏈?zhǔn)辗沤M合設(shè)備［M］.CN，2011.