大型航标船锚链绞车变速箱破损原因分析及应对措施

车荣合 张志侠 李秉泉（天津航标处，天津 300450）



大型航标船锚链绞车变速箱破损原因分析及应对措施

车荣合 张志侠 李秉泉
（天津航标处，天津 300450）

【摘要】在航标的抛设、撤除、更换当中，航标绞车便于操作，不用人工盘链等，在很大程度上减轻了船员的劳动强度。以往采用电动立式绞盘劳动强度大，安全隐患多，作业效率低。本文主要介绍了改进后的锚链绞车的技术参数、传动原理，以及在实际使用当中的优点，分析了造成变速箱破损的原因，并在总结工作经验的基础上提出对变速箱的革新建议。

【关键词】航标船 锚链绞车 变速箱

大型航标船海巡153是在我国第一个采用《船用锚链收放组合设备》（专利号2010.2.0543843.3）的航标船。在这之前，起绞浮标和沉石的设备是电动立式绞盘，该设备起绞浮标锚链是利用自身的U型结构将锚链从底端卷入，并不断挤压已卷入的锚链，从顶部逐渐脱落到甲板上。锚链的绞出靠的是锚链和锚链之间的相互挤压，以及锚链与绞盘的硬性摩擦，容易造成锚链和锚链叠压在一起，不易脱落，须人工不停地用撬棍进行调整，比较费力。这种作业模式效率极低，且至少需要五六个人同时在不停地工作，劳动强度大，安全隐患多，作业效率低。传统的航标作业模式如图1所示。自上世纪40年代一直延续至海标153建成未能改变。而新型设备采用了机电一体化技术，将立式绞盘改为卧式绞车，锚链自动整齐地排列在绞车表面。如图2所示。

锚链绞车的技术参数：（1）卷筒线速度：v=0～12m/min；（2）卷筒直径：D=2.0m；（3）容链量：80～100m；（4）锚链规格：Φ38mm；（5）锚链拉力：F=200Kn。传动原理：液压马达驱动一台三级减速机，减速机输出轴安装一小齿轮，与卷筒连接的大齿轮啮合，组成一对开式齿轮传动，这样就使卷筒旋转。在卷筒下面有一个油缸推动一个摆臂，摆臂端部设一个滚轮，锚链通过滚轮在卷筒上缠绕。在大齿轮表面设一传感器，当大齿轮转1转，油缸推动摆臂使锚链在卷筒上面轴向走一个链宽的节距，就使锚链在卷筒上整齐地排列起来。当然，这是由PLC控制的液压伺服阀和油缸位移传感器配合的结果。见图2及图3。

图1　传统的航标作业模式

图2　卧式绞车图

1 造成变速箱破损的原因分析

1.1 航标作业时涌浪作用的影响

“海巡153轮”对石岛港7#标进行更换作业，绞沉石锚链过程中，沉石没有离底，锚链受力较大，绞车停止转动。在等待中突然减速齿轮箱壳体破裂，作业停止。“海巡153”轮立即采取应急措施，放弃沉石，将浮标恢复原位，避免了更大的损失。根据“海巡153轮”减速齿轮箱损坏的情况，现场检查发现输入齿轮组及中间齿轮组无异常，输出齿轮组有1/4齿损坏。通过分析初步确定是齿轮箱箱体强度不够，在石岛港7#航标作业过程中，由于沉石未绞离底（力量很大）停止绞动，此时由于船的晃动锚链作用在绞车上的瞬时拉力很大，引起箱体输出轴轴孔处开始发生破裂延伸至上下壳体，造成输出齿轮轴位移、输出齿轮组损坏。经过分析初步认为航标作业时涌浪作用的影响较大，属偶然事故。也正是这次事故的发生，提示了以后在航标绞车减速齿轮箱的选用上和安装上进行改进。

1.2 减速机的选用

ZSY315减速机是国茂减速机集团生产的国内名牌减速机。这台减速机的选用是经过严格的科学计算的；在将设备安装在船甲板上后，进行了拉力（200kN）实验，说明减速机的额定输出扭矩满足要求。但是，这次减速机的损坏是什么原因呢？

（1）过载能够使任何设备失效，因此需要采取措施不过载，抗过载。（2）目前国内外的减速机外壳材质基本上都是铸铁的，铸铁材料刚度大，适合做低成本的形状复杂的外壳和基座。但是另一方面，它和钢相比抗拉能力差，易脆裂。而一般钢的刚度不如铸铁。（3）保护方面情况：液压保护和滚筒棘轮。理论上控制液压系统即可控制载荷大小，本机液压系统设计压力为p=25Mpa，在实际试验时，当压力达

图3　锚链绞车图

············

图4　速箱输出齿轮受力示意图

到16Mpa时，绞车拉力已达到额定载荷200kN。所以，如果限定压力不超过16Mpa，可能就不会发生减速机失效的事情。如果在这是拉不动，可以把棘爪放下，液压马达停止，棘轮棘爪起作用，用船带一下，先把沉石启动了，再用绞车就可以了。（4）变速箱输出齿轮受力示意图4所示：图4中输出轴齿轮受两个主动力，径向力和圆周力，是大齿轮给与的反作用力，它们的合力为Fn，所产生的力矩和T1平衡。正常情况下，其静止或匀速匀速运转。其中的力通过齿轮、轴、轴承传递给基座。当过载时，在传动链上的各零件同时受到冲击，哪个安全系数低（薄弱环节），那个就先失效。在本系统中，减速箱就先失效了。（5）锚链绞车变速箱破坏试验情况及数据。海军也有三条船上配备同样的设备-自排链式液压绞车，其中减速机也是用的国茂减速机集团生产的三级减速机。今年4月做了极限实验，设计能力额定载荷200kN，实验做到270kN时减速机外壳突然破裂。后来又换了新的减速机。这也说明设备不能太过载，任何设备承载能力都有极限。这也证实了“海巡153”轮航标锚链绞车的变速箱确实因过载造成破裂的。

2 应对措施

（1）科学合理地制定操作规程：一、设计安全措施保证设备不过载，采用溢流阀等安全措施。二、当液压绞车带不动时，可停车，使棘轮棘爪起作用，用船带一下沉石，只要动了，机器就可带动。（2）变速箱的改进（钢板焊接壳体，基座加强等）、：要加强减速机外壳的强度，通常可考虑壁厚加厚，若用钢板焊接外壳，可提高其强度，若和铸铁同厚，其刚度还不如铸铁。一般情况下，减速机的设计应该是等强度设计，一个薄弱环节失效时，其他另部件也应该几乎到了强度、刚度极限。因此，这次减速机外壳失效虽然是小概率事件，也可以在选用大一号的减速机，其承载能力大一个等级，失效的概率降低。（3）起沉石时，如果锚链不能绞到制链器的位置，用短链接驳。

参考文献：

［1］吴华杰，孟淑媛，李广达，杜玉明，陈英俊，等.船用锚链收放组合设备［M］.CN，2011.