采用導(dǎo)纜孔代替滾柱導(dǎo)纜器的工藝研究

陳捷 盧曉翔

摘要：導(dǎo)纜孔和滾柱導(dǎo)纜器均為常用系泊件，用于系泊纜繩的導(dǎo)向。導(dǎo)纜孔具有結(jié)構(gòu)簡單、布置方便的特點，但對纜繩的磨損嚴重，故在大型船舶上采用不多;滾柱導(dǎo)纜器能夠?qū)⒒瑒幽Σ磷優(yōu)闈L動摩擦，減少了摩擦阻力，對纜繩的損傷較小，但存在體積大、重量重和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點，不便于維護。本文結(jié)合實船系泊布置，充分對比導(dǎo)纜孔和滾柱導(dǎo)纜器的優(yōu)缺點，并提出解決方案，如在導(dǎo)纜孔內(nèi)表面增加墊片，減少摩擦系數(shù)，保護纜繩，并努力減少成本，使導(dǎo)纜孔代替滾柱導(dǎo)纜器切實可行。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)纜孔;滾柱導(dǎo)纜器;導(dǎo)纜孔墊片;聚合物;成本

中圖分類號：U667.4? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： Mooring holes and roller fairleads are common mooring parts used for guiding mooring lines. The mooring hole has the characteristics of simple structure and convenient arrangement， but because of the serious wear of the cable， it is not used in large ships. The roller fairlead can change sliding friction into rolling friction， reduce friction resistance， and damage to the cable is small， but it has the disadvantages of large volume， heavy weight and complex structure， and is not easy to maintain. Combined with the real ship mooring arrangement， this paper fully compares the characteristics of the mooring hole and the roller fairlead， and puts forward a solution， such as adding a gasket on the inner surface of the mooring hole to reduce the friction coefficient and protect the cable.， and work hard to reduce the costs， it is feasible to replace the roller fairlead with the mooring hole.

Key words： Mooring hole; Roller fairlead; Mooring hole gasket; Polymer; Cost

1前言

系泊系統(tǒng)是船舶舾裝設(shè)計的重要組成部分，應(yīng)合理地選用系泊設(shè)備和屬具，并將它們安裝在船舶恰當?shù)奈恢靡宰罴训姆绞降挚垢鞣N外力。導(dǎo)纜孔和滾柱導(dǎo)纜器都是纜繩導(dǎo)向裝置，在實船上兩種系泊屬具均有應(yīng)用。從功能上來講，二者區(qū)別不大;從成本上講，滾柱導(dǎo)纜器體積更大、重量更重、結(jié)構(gòu)零件更多、成本更高;從使用方面來看，滾柱導(dǎo)纜器的滾柱對纜繩的磨損較小，纜繩的壽命更長，但日常維護工作較多。相比而言，導(dǎo)纜孔結(jié)構(gòu)簡單，但對系泊纜繩的磨損比較嚴重。如何提高導(dǎo)纜孔的競爭力，需從降低導(dǎo)纜孔的摩擦系數(shù)著手，為此可以考慮在導(dǎo)纜孔內(nèi)壁增加墊片，并論證此項工藝的可行性，以最終實現(xiàn)在實船上推廣應(yīng)用。

2導(dǎo)纜孔和滾柱導(dǎo)纜器的對比

下面從系泊布置、重量、價格、安裝、使用、設(shè)備維護、纜繩維護等多個方面對導(dǎo)纜孔及滾柱導(dǎo)纜器進行對比：

2.1導(dǎo)纜孔和滾柱導(dǎo)纜器標準

（1）導(dǎo)纜孔標準ISO 13729

分甲板式和舷墻式兩種，為圓形或橢圓形的鑄鋼件，是船舶停航過程中必不可少的導(dǎo)纜裝置，如圖1、圖2所示：

（2）滾柱導(dǎo)纜器標準ISO 13733

根據(jù)實際需求可以采用4滾柱、5滾柱甚至8滾柱的設(shè)計;根據(jù)安裝形式，可分為甲板式和舷墻式，如圖3、圖4所示：

2.2系泊布置

以某大型集裝箱船艏艉系泊布置為例，我們做了滾柱導(dǎo)纜器和導(dǎo)纜孔的兩種方案，如圖5、圖6所示。在某些工況下，如船靠船操作時封閉式導(dǎo)纜孔更加適合，因為當兩艘船的干舷發(fā)生變化時，它們能有效地控制系泊纜繩，并且標準裝置的D/d比最大;而滾柱導(dǎo)纜器通常內(nèi)置于舷墻中，并設(shè)計為引導(dǎo)纜繩向下，在某些過駁期間可能會由于滾柱數(shù)量的不足使得引導(dǎo)纜繩向上，系泊纜繩就會與上部支撐結(jié)構(gòu)接觸產(chǎn)生磨損。

2.3重量及成本對比（表1）

2.4布置和安裝維護方面的對比（表2）

綜上可知，導(dǎo)纜孔對比滾柱導(dǎo)纜器在各方面都有一定的優(yōu)勢，唯獨在對纜繩的保護上不利，而且隨著銹蝕的發(fā)生對纜繩的磨損會加大。

3減少導(dǎo)纜孔對纜繩磨損的措施

從滾柱導(dǎo)纜器的結(jié)構(gòu)特點出發(fā)，有研究者設(shè)計了內(nèi)置滾筒機構(gòu)的導(dǎo)纜孔，解決靜摩擦大的問題，但復(fù)雜的軸承座機構(gòu)同樣存在維護保養(yǎng)方面的問題。根據(jù)OCIMF系泊設(shè)備指南（MEG4）中“對于巴拿馬導(dǎo)纜孔來說，鋼材需高度拋光，如很難達到要求，可以考慮安裝不銹鋼或聚合物內(nèi)襯。”所以我們另辟思路，提出在導(dǎo)纜孔內(nèi)部增加不銹鋼或聚合物內(nèi)襯的工藝改進，以達到降低摩擦，最終代替滾柱導(dǎo)纜器的目的。

對于越來越多的超大型船舶，為了限制她們在泊位上的移動，剛度高彈性小的高模量HMPE纜繩具有明顯的優(yōu)勢，被認為是鋼絲纜的可行替代品。但這類纜繩對導(dǎo)纜孔內(nèi)表面的光滑度要求很高，故纜繩廠家大都推薦上述兩種墊片方案，以最大限度的減少摩擦損傷，延長使用壽命。

3.1導(dǎo)纜孔內(nèi)部增加不銹鋼墊片

一般使用5mm不銹鋼板，用硬紙附在導(dǎo)纜孔內(nèi)表面進行放樣，按紙板展開尺寸下料。為保證焊接后不銹鋼板與導(dǎo)纜孔內(nèi)表面緊密貼合，提高導(dǎo)纜孔內(nèi)表面不銹鋼牢固度，需在不銹鋼板上開塞焊孔，在導(dǎo)纜孔表面敲打貼合、焊接，最后進行打磨，以保證導(dǎo)纜孔表面的光滑度，如圖7所示：

打磨光順的不銹鋼墊片表面摩擦系數(shù)要比原先的鑄鐵表面低很多，因此對纜繩的保護性提高，但放樣、開孔、貼合、焊接、打磨各工序會消耗大量人工，據(jù)測算一個標準導(dǎo)纜孔不銹鋼墊片成本接近1.5萬元。

3.2導(dǎo)纜孔內(nèi)部增加聚合物墊片

根據(jù)導(dǎo)纜孔外形尺寸加工模具，聚合物調(diào)制好倒模成型并打磨光順;安裝時一般做成兩片，中間用螺栓固定，如圖8所示;聚合物基耐磨復(fù)合材料，一般是以熱塑性或熱固性樹脂為基體，通過添加有機或無機的減摩組份以及抗磨增強組份而呈現(xiàn)出良好的耐磨性能，具有質(zhì)輕、比強度高、耐腐蝕性好、成型方便、自潤滑、消聲吸震等特性。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，大批高性能的聚合物已越來越多地應(yīng)用于摩擦學(xué)領(lǐng)域。

聚合物的摩擦和金屬的摩擦存在本質(zhì)區(qū)別，即金屬具有彈性，而聚合物具有黏彈性。在對滑動摩擦的機理分析中聚合物的摩擦特性常用粘著機理來進行解釋，認為柔軟的聚合物材料在摩擦過程中常會向?qū)δγ孓D(zhuǎn)移，這樣對任何材料、體系的最終摩擦總是趨向于聚合物和聚合物之間的摩擦。

測試數(shù)據(jù)表明：高強度纜繩在導(dǎo)纜孔內(nèi)部經(jīng)過70次負載收放后，纜繩已明顯磨損，300次后斷裂;在滾柱導(dǎo)纜器內(nèi)經(jīng)過1650次負載收放后，纜繩發(fā)生明顯磨損;而在導(dǎo)纜孔內(nèi)部增加聚合物墊片后，經(jīng)過1650次負載收放，纜繩幾乎沒有明顯磨損。

該方案安裝過程簡便，只需將兩片墊片合攏、螺栓固定好即可，后期如有損壞調(diào)換也相當方便;經(jīng)濟性方面，由于開發(fā)成本和模具制作等因素，一套進口墊片的成本大約為3.5萬元，國內(nèi)開發(fā)的類似產(chǎn)品性能雖沒有進口產(chǎn)品優(yōu)越，但成本可以降低到約1.8萬元。此外，在選擇聚合物廠家時，需要特別關(guān)注搭配高分子量纜繩使用時某些聚合物襯墊會將熱量傳遞到纜繩中的問題。

4各種導(dǎo)纜方案整體成本核算和對比

以某大型集裝箱船的艏艉系泊布置為例：艏舷墻位置滾柱導(dǎo)纜器10個（四滾柱8個+五滾柱2個），B型導(dǎo)纜孔5個;艉甲板上滾柱導(dǎo)纜器12個（均為四滾柱），A型導(dǎo)纜孔7個;纜繩的搭配為17套Φ80mm x 200m尼龍纜繩。各種導(dǎo)纜方案整體成本核算及對比，如表3所列：

從表3可知：采用導(dǎo)纜孔加聚合物墊片的方式，可以極大的節(jié)約纜繩成本，系泊屬具的成本也可節(jié)約33萬元，在廠安裝工時的節(jié)省和營運保養(yǎng)方面帶來的便利還未計算在內(nèi)。

關(guān)于墊片的成本，船廠一般會以加帳方式向船東收取，因為墊片的配置不是系泊布置的基本要求;而系泊安全和帶纜便利已經(jīng)越來越引起船東的重視，船東也愿意為此在前期進行更多地投入。因此采用導(dǎo)纜孔加聚合物墊片代替滾柱導(dǎo)纜器的方案是完全可行的，并且是船廠、船東的雙贏項目，如果船東從成本考慮也可采用國產(chǎn)墊片替代。

5結(jié)語

本文通過導(dǎo)纜孔和滾柱導(dǎo)纜器的比較，得出導(dǎo)纜孔在各方面都有優(yōu)勢，只是由于鑄鐵表面的滑動摩擦和易銹對纜繩的保護不利。為了解決這一問題，我們提出在導(dǎo)纜孔內(nèi)壁增加墊片的方式來降低摩擦，并通過分析不銹鋼墊片和聚合物墊片兩種不同的工藝方式，最終得出導(dǎo)纜孔加聚合物墊片代替滾柱導(dǎo)纜器的可行方案。

越來越多的船東已經(jīng)體會到聚合物墊片對纜繩保護的優(yōu)勢，船廠可以在設(shè)計初期提出導(dǎo)纜孔加聚合物墊片代替滾柱導(dǎo)纜器的工藝改進，使雙方達到一個共贏的狀態(tài)。

目前進口聚合物墊片的成本還較高，需隨時關(guān)注市場上的國產(chǎn)替代品，也可相互合作推進聚合物的研發(fā)，提高性能、降低成本、提升市場競爭力。另外，非金屬材料在船舶上的應(yīng)用也越來越廣泛，例如環(huán)氧墊片基本可以完全取代傳統(tǒng)的鋼質(zhì)墊片，故也需研究推廣類似新材料新工藝在船舶上的應(yīng)用。

參考文獻

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