ISO6482《造船甲板機(jī)械絞纜筒外形》修訂研究

史琪琪，喬志強(qiáng)，張曉群

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

0 引言

絞纜筒在起錨機(jī)、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(shù)情況下用于輔助作業(yè)[1]。ISO 6482《造船 甲板機(jī)械 絞纜筒外形（Shipbuilding - Deck Machinery - Warping end profiles）》是絞纜筒設(shè)計選用中最主要的依據(jù)。ISO 6482初版發(fā)布于1980年，隨著甲板機(jī)械大型化發(fā)展和繩索國際標(biāo)準(zhǔn)更新，原標(biāo)準(zhǔn)中的尺寸系列已不足以滿足現(xiàn)階段和未來甲板機(jī)械絞纜筒的實(shí)際選用，也無法與更新后的繩索國際標(biāo)準(zhǔn)相匹配，已無法指導(dǎo)絞纜筒的設(shè)計選用和制造。

1 國際標(biāo)準(zhǔn)修訂過程

2014年10月，經(jīng)國家標(biāo)準(zhǔn)委審核，我國向國際標(biāo)準(zhǔn)化組織船舶與海洋技術(shù)委員會舾裝與甲板機(jī)械分委會（ISO/TC8/SC4）主導(dǎo)提出了ISO 6482的修訂提案。

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

2015年3月～12月，在新工作項(xiàng)目提案的基礎(chǔ)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(shù)支持。

2016年1月，經(jīng)過ISO/TC8/SC4內(nèi)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(fā)布。

2 主要修訂內(nèi)容

2.1 公稱尺寸m修改為絞纜筒直徑

在起錨機(jī)、系泊絞車等甲板機(jī)械的選型和設(shè)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(shù)。對絞纜筒直徑D進(jìn)行系列化限制后，原標(biāo)準(zhǔn)可能出現(xiàn)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(shè)計的系列化及標(biāo)準(zhǔn)化，有利于用戶的選用，減少了鑄造模具的品種，降低了企業(yè)的制造成本。

原標(biāo)準(zhǔn)在4.2中規(guī)定系數(shù)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(shù)的發(fā)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(shí)際就是利用馬尼拉繩直徑進(jìn)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(fā)布，新標(biāo)準(zhǔn)的直徑系列與原標(biāo)準(zhǔn)ISO 6482中的m值系列基本沒有直接關(guān)系。經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)尺寸中的LC、LE、L1、L2、R、R1、R2、C1、C2系列數(shù)據(jù)，相互之間已經(jīng)具備固定的比例關(guān)系，例如LC給定某一數(shù)值，其他數(shù)據(jù)都可以計算出來，并不需要m值。

4）原標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用m進(jìn)行計算，應(yīng)該用實(shí)際選用的纜繩直徑d進(jìn)行計算。

5）經(jīng)查，DIN 84154:1994《絞纜筒》及 ASTM F1106—2012《絞纜筒》兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都沒有使用到系數(shù)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(shù)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(shù)、絞纜筒直徑、絞纜筒的粗糙度及環(huán)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(jīng)驗(yàn)來確定。

原標(biāo)準(zhǔn)中，絞纜筒長度與纜繩直徑的關(guān)系為：鋼絲繩和人造纖維繩，LC≥10d；天然纖維繩，LC≥6d。本版標(biāo)準(zhǔn)將兩者關(guān)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(jīng)調(diào)查，多數(shù)使用單位的絞纜操作規(guī)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(jié)構(gòu)，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(shù)比較接近，參考DIN 84154:1994，統(tǒng)一取L≥7.5d。

2.3 絞纜筒直徑D與纜繩直徑d的匹配關(guān)系確定

原標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(jié)構(gòu)物 系泊絞車》中規(guī)定，采用人造纖維索時卷筒直徑應(yīng)不小于合成纖維索直徑的 6倍。本版標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系統(tǒng)一為D≥6d。

2.4 絞纜筒直徑與絞纜筒長度的匹配關(guān)系確定

在編制本標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)選擇方案2。

1）本版標(biāo)準(zhǔn)編制過程中參考了3項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)內(nèi)容介紹如下。

a）德國標(biāo)準(zhǔn)DIN 84154:1994-01《絞纜筒外形》[3]

該標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)獲GL船級社、內(nèi)河航運(yùn)職業(yè)協(xié)會（BSBG）和航海職業(yè)協(xié)會（See-BG）認(rèn)可并一直在實(shí)施。

b）中國船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)基本都采用了1∶1左右的關(guān)系。

2）絞纜筒在船上的作業(yè)多為輔助作業(yè)，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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)保留了長度與直徑之比為 1.25的系列。

4）設(shè)計者在選用卷筒時，一般的考慮順序是“纜繩品種—負(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(guān)系對長度有嚴(yán)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(jié)

在標(biāo)準(zhǔn)編制過程中，編制組了解到繩鉤實(shí)際使用極少。由于纏繞圈數(shù)很難控制，而圈數(shù)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(dāng)絞纜筒超扭矩時，尤其誤作系泊定位使用時，繩鉤無法進(jìn)行負(fù)荷釋放，很不安全?？紤]到上述原因，本版標(biāo)準(zhǔn)取消了“繩孔和繩鉤”章節(jié)。

2.6 增加絞纜筒表面質(zhì)量要求

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

但由于化學(xué)合成纖維繩不耐切割和磨損，為保證使用安全，使用化學(xué)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(xué)合成纖維繩，卷筒必須打磨光滑才能使用。根據(jù)上述理由，本版標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)在新工作項(xiàng)目提案中提出：線性尺寸公差應(yīng)符合ISO 8062-3《產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)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(xiàng)投票中，日本專家提出建議，認(rèn)為線性尺寸公差應(yīng)符合ISO 8062-3中的DCTG 12。編制組對相關(guān)精度等級進(jìn)行比較分析，見表1。

表1 ISO 8062-3精度等級要求

考慮到應(yīng)嚴(yán)格控制絞纜筒直徑 D，綜合日本專家提出的建議，本版標(biāo)準(zhǔn)取DCTG 11精度要求。

2.8 絞纜筒軸扭矩及彎矩的計算

原標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)為最大值；式中的 d應(yīng)是實(shí)際選用的纜繩直徑，而不應(yīng)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(jù)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(biāo)準(zhǔn)中，采用式（3）、式（4）計算絞纜筒軸扭矩及彎矩。

3 結(jié)論

ISO 6482主要規(guī)定了絞纜筒外形的型式、公稱系列、尺寸、標(biāo)示及選型方法。與原標(biāo)準(zhǔn)相比，我國主導(dǎo)修訂的新版ISO 6482:2017修改了主要特征參數(shù)、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(guān)系、明確了絞纜筒直徑與絞纜筒長度匹配關(guān)系、取消了繩孔繩鉤要求、增加了絞纜筒表面質(zhì)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(jī)械設(shè)計、制造、檢驗(yàn)和使用的大量技術(shù)積累和常用做法，有效體現(xiàn)了我國優(yōu)勢技術(shù)在國際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化過程中的主導(dǎo)作用。ISO 6482:2017在世界船舶行業(yè)范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用也將規(guī)范甲板機(jī)械絞纜筒外形的設(shè)計選用，對于提升我國相關(guān)產(chǎn)品國際標(biāo)準(zhǔn)符合度，打破甲板機(jī)械產(chǎn)品國際市場技術(shù)壁壘具有重要意義。