采用導纜孔代替滾柱導纜器的工藝研究

陳捷 盧曉翔

摘要：導纜孔和滾柱導纜器均為常用系泊件，用于系泊纜繩的導向。導纜孔具有結構簡單、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;滾柱導纜器能夠將滑動摩擦變為滾動摩擦，減少了摩擦阻力，對纜繩的損傷較小，但存在體積大、重量重和結構復雜的缺點，不便于維護。本文結合實船系泊布置，充分對比導纜孔和滾柱導纜器的優缺點，并提出解決方案，如在導纜孔內表面增加墊片，減少摩擦系數，保護纜繩，并努力減少成本，使導纜孔代替滾柱導纜器切實可行。

關鍵詞：導纜孔;滾柱導纜器;導纜孔墊片;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

系泊系統是船舶舾裝設計的重要組成部分，應合理地選用系泊設備和屬具，并將它們安裝在船舶恰當的位置以最佳的方式抵抗各種外力。導纜孔和滾柱導纜器都是纜繩導向裝置，在實船上兩種系泊屬具均有應用。從功能上來講，二者區別不大;從成本上講，滾柱導纜器體積更大、重量更重、結構零件更多、成本更高;從使用方面來看，滾柱導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，導纜孔結構簡單，但對系泊纜繩的磨損比較嚴重。如何提高導纜孔的競爭力，需從降低導纜孔的摩擦系數著手，為此可以考慮在導纜孔內壁增加墊片，并論證此項工藝的可行性，以最終實現在實船上推廣應用。

2導纜孔和滾柱導纜器的對比

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

2.1導纜孔和滾柱導纜器標準

（1）導纜孔標準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纜裝置，如圖1、圖2所示：

（2）滾柱導纜器標準ISO 13733

根據實際需求可以采用4滾柱、5滾柱甚至8滾柱的設計;根據安裝形式，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，我們做了滾柱導纜器和導纜孔的兩種方案，如圖5、圖6所示。在某些工況下，如船靠船操作時封閉式導纜孔更加適合，因為當兩艘船的干舷發生變化時，它們能有效地控制系泊纜繩，并且標準裝置的D/d比最大;而滾柱導纜器通常內置于舷墻中，并設計為引導纜繩向下，在某些過駁期間可能會由于滾柱數量的不足使得引導纜繩向上，系泊纜繩就會與上部支撐結構接觸產生磨損。

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，導纜孔對比滾柱導纜器在各方面都有一定的優勢，唯獨在對纜繩的保護上不利，而且隨著銹蝕的發生對纜繩的磨損會加大。

3減少導纜孔對纜繩磨損的措施

從滾柱導纜器的結構特點出發，有研究者設計了內置滾筒機構的導纜孔，解決靜摩擦大的問題，但復雜的軸承座機構同樣存在維護保養方面的問題。根據OCIMF系泊設備指南（MEG4）中“對于巴拿馬導纜孔來說，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襯。”所以我們另辟思路，提出在導纜孔內部增加不銹鋼或聚合物內襯的工藝改進，以達到降低摩擦，最終代替滾柱導纜器的目的。

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纜繩具有明顯的優勢，被認為是鋼絲纜的可行替代品。但這類纜繩對導纜孔內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導纜孔內部增加不銹鋼墊片

一般使用5mm不銹鋼板，用硬紙附在導纜孔內表面進行放樣，按紙板展開尺寸下料。為保證焊接后不銹鋼板與導纜孔內表面緊密貼合，提高導纜孔內表面不銹鋼牢固度，需在不銹鋼板上開塞焊孔，在導纜孔表面敲打貼合、焊接，最后進行打磨，以保證導纜孔表面的光滑度，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，據測算一個標準導纜孔不銹鋼墊片成本接近1.5萬元。

3.2導纜孔內部增加聚合物墊片

根據導纜孔外形尺寸加工模具，聚合物調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出良好的耐磨性能，具有質輕、比強度高、耐腐蝕性好、成型方便、自潤滑、消聲吸震等特性。隨著材料科學的發展，大批高性能的聚合物已越來越多地應用于摩擦學領域。

聚合物的摩擦和金屬的摩擦存在本質區別，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對摩面轉移，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。

測試數據表明：高強度纜繩在導纜孔內部經過70次負載收放后，纜繩已明顯磨損，300次后斷裂;在滾柱導纜器內經過1650次負載收放后，纜繩發生明顯磨損;而在導纜孔內部增加聚合物墊片后，經過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，后期如有損壞調換也相當方便;經濟性方面，由于開發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，國內開發的類似產品性能雖沒有進口產品優越，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：艏舷墻位置滾柱導纜器10個（四滾柱8個+五滾柱2個），B型導纜孔5個;艉甲板上滾柱導纜器12個（均為四滾柱），A型導纜孔7個;纜繩的搭配為17套Φ80mm x 200m尼龍纜繩。各種導纜方案整體成本核算及對比，如表3所列：

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

關于墊片的成本，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。因此采用導纜孔加聚合物墊片代替滾柱導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墊片替代。

5結語

本文通過導纜孔和滾柱導纜器的比較，得出導纜孔在各方面都有優勢，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，我們提出在導纜孔內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，最終得出導纜孔加聚合物墊片代替滾柱導纜器的可行方案。

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

目前進口聚合物墊片的成本還較高，需隨時關注市場上的國產替代品，也可相互合作推進聚合物的研發，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用也越來越廣泛，例如環氧墊片基本可以完全取代傳統的鋼質墊片，故也需研究推廣類似新材料新工藝在船舶上的應用。

參考文獻

[1] ISO/DIS 13729. Closed chocks 2010[S]

[2] ISO/DIS 13733. Universal fairleads with upper roller 2010[S]

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[4] OCIMF系泊設備指南（MEG4）2018[S].

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