新型自动排绳器的设计

张炳发 黄玮东 李朝阳

0 引言
随着海洋工程的发展，近年来具备人字架放倒功能的全回转浮式起重机受到越来越多用户的青睐。全回转浮式起重机的人字架放倒方式是将人字架拉杆和压杆折叠到一起，在变幅钢丝绳的带动下将人字架缓慢放置于预制的搁座上，使整个起重船高度大幅降低[1]，如图1所示。考虑安全和防水需要，如变幅机构、主钩机构等都放置在机器房内，这样，在放倒过程中就必须考虑主要受力件变幅钢丝绳的路径变化（换向）和排绳。绞车排绳器广泛应用于船舶定位锚绞机，但由于锚绞机排绳和换向是分开的，两者独立，互不影响。而本文所设计的受力换向型排绳器不仅满足排绳要求，而且因为变幅钢丝绳受力较大和路径变化，必须能够承受较大拉力，并在受力较大情况下不影响排绳精度和效果。

1 结构及工作原理
新型受力换向型排绳器采用左右旋交错螺纹的双旋螺杆带动导绳轮往复移动的原理满足钢丝绳入绳角的要求实现正常排绳；采用2 根导杆为受力件，在排绳过程中承受钢丝绳所传递的力从而不会引起螺杆变形影响排绳效果；采用导绳轮装置改变钢丝绳路径，顺利实现浮式起重机的人字架放倒。

1. 人字架 2、5 变幅钢丝绳 3. 臂架 4. 臂架搁架6、14. 排绳器 7. 桁框架 8. 回转底盘 9. 圆筒体
10. 副钩机构 11. 主钩机构 12. 变幅机构 13. 机器房
图1 全回转浮式起重机（具备人字架放倒功能）

如图2 所示，该变幅机构卷筒排绳装置由主动链轮、传动链轮、从动链轮、链条、导绳轮装配、滑套组件、支座、变幅钢丝绳、导杆、螺杆、变幅机构和手动调整轮组成。

图2 排绳器工作原理

工作原理为：在起重机正常工作状态下，排绳器中导绳轮装配不安装，如图3 所示。人字架放倒前，首先安装排绳器链条，启动变幅机构，使排绳器滑套组件随变幅机构转动而移动，待滑套组件移至支座（螺杆或导杆）中间时停止；拆除链条；调整变幅钢丝绳，待钢丝绳移至变幅卷筒中间位置（即运动到支座中间）时，将排绳器上导绳轮装配安装到位，如图4 所示。安装排绳器链条，使排绳器可以随变幅机构一块运动。使用时注意观察，如果不同步，需用手动调整轮进行微调。

1. 导绳轮装配 2. 滑套组件 3. 支座
图3 导绳轮装配

1. 支座 2. 导绳轮装配 3. 变幅钢丝绳 4. 滑套组件
图4 导绳轮装配安装

2 往复运动原理
排绳器工作过程中要能随变幅机构做往复运动，通常是靠螺杆传动，但这样做在一个行程终了时，螺杆必须反转，通常要通过极限开关改变螺杆传动轮系结构，才能实现正反转的转换，但这种机构复杂，可靠性差。而此次设计的新型排绳器是利用图5 所示的正反扣螺杆和图6 所示的月牙板来实现排绳器的往复运动。

图5 正反扣螺杆

图6 月牙板

如图7、图8 所示，月牙板顺螺杆螺纹方向完成直线运动，一个行程完成时，月牙板顺螺杆末端过渡圆弧自行进入另一道反向螺纹。因此，月牙板一方面顺螺纹方向运动，另一方面，在月牙套中转动，起到螺母的作用，如图9 所示。

1. 螺杆 2、3. 局部放大图
图7 排绳装置

1. 螺杆 2、3. 月牙板
图8 排绳器往复运动原理

图9 月牙板和月牙套

3 参数设计
确定卷筒排绳器主要技术参数，首先要知道排绳器上导绳轮与卷筒钢丝绳轴向的同步条件。为了保证排绳器能够有效地在绞车卷筒上进行排绳，排绳器必须满足2 个条件：一是排绳器上双向矩形螺纹副轴向速度与绞车卷筒上钢丝绳轴向速度相一致；二是排绳器上双向矩形螺纹行程与绞车卷筒筒体有效长度相等[2]。为了实现整齐紧密排绳，在设计排绳器时必须满足卷筒每旋转一周，导绳轮在螺杆上移动一个绳槽间距。因此，必须对链轮传动比i 和螺杆上的螺距Pl 进行设计计算。
设螺杆螺纹为单头螺纹，螺距为Pl，钢丝绳直径为d 。卷筒缠绳时，假设卷筒转速为n 1，那么主动链轮的转速也是n 1，链条带动从动链轮以n 2 转动，两传动齿轮转速相等，等值反向，齿数一样，不影响传动比。卷筒每旋转一周，则螺杆旋转n 2 / n 1 周，导绳轮的移动距离

要使排绳平稳，应s =P ，P 是卷筒上的绳槽间距。可求得链传动的传动比
即为绳槽间距与螺杆螺距之比。
设计时还应根据钢丝绳力计算导杆截面，保证导杆受力后产生的变形量不会影响螺杆传动。

4 结论
介绍了一种新型的兼具受力与换向的排绳器基本结构和工作原理，排绳器往复运动原理以及如何进行参数的设计计算。该新型受力换向型排绳器无动力源，全机械式；自动排绳；自成一体，独立安装，无需绞车改造；导绳轮的设计可以改变钢丝绳路径；导杆的设计可以使此排绳器能够承受较大的钢丝绳力；当出现绞车卷筒与导绳轮不同步时，可以通过手动调整轮进行调节，修正其同步性；排绳可靠、有效，维修、更换方便。