ISO6482《造船甲板机械绞缆筒外形》修订研究

史琪琪，乔志强，张晓群

（1. 上海船舶设备研究所，上海 200031；2. 南京中船绿洲机器有限公司，南京 210039）

0 引言

绞缆筒在起锚机、系泊绞车、起重绞车以及很多工程船用特种绞车上普遍使用，多数情况下用于辅助作业[1]。ISO 6482《造船 甲板机械 绞缆筒外形（Shipbuilding - Deck Machinery - Warping end profiles）》是绞缆筒设计选用中最主要的依据。ISO 6482初版发布于1980年，随着甲板机械大型化发展和绳索国际标准更新，原标准中的尺寸系列已不足以满足现阶段和未来甲板机械绞缆筒的实际选用，也无法与更新后的绳索国际标准相匹配，已无法指导绞缆筒的设计选用和制造。

1 国际标准修订过程

2014年10月，经国家标准委审核，我国向国际标准化组织船舶与海洋技术委员会舾装与甲板机械分委会（ISO/TC8/SC4）主导提出了ISO 6482的修订提案。

2015年2月，经过ISO/TC8/SC4下P成员国立项投票（NP），ISO 6482成功获得正式立项。

2015年3月～12月，在新工作项目提案的基础上，编制组先后完成了2轮工作组草案（WD）专家意见征询和 3次草案修改，编制工作得到了日本、韩国和美国专家的技术支持。

2016年1月，经过ISO/TC8/SC4内部投票，ISO 6482跳过委员会草案（CD）阶段，直接注册询问草案（DIS）。

2016年12月，ISO 6482以100%支持率通过DIS投票，并于2017年5月获得正式发布。

2 主要修订内容

2.1 公称尺寸m修改为绞缆筒直径

在起锚机、系泊绞车等甲板机械的选型和设计中，绞缆筒公称直径D及缆绳直径d是首先考虑的主要特征参数。对绞缆筒直径D进行系列化限制后，原标准可能出现的不加限制的绞缆筒直径在很大程度上被压缩了，有利于设计的系列化及标准化，有利于用户的选用，减少了铸造模具的品种，降低了企业的制造成本。

原标准在4.2中规定系数m=马尼拉绳径/3（mm），其他尺寸由m算出。m只是在计算过程中使用到，对用户的选型并无意义，可以取消。分析如下：

1）30多年来，随着船用缆绳制造技术的发展，目前船上使用的缆绳绝大部分是人造纤维绳，其次是钢丝绳，使用最少的是马尼拉绳。

2）使用m推算其他尺寸，实际就是利用马尼拉绳直径进行计算。随着ISO 1181:2004《纤维绳索-马尼拉麻和西沙尔麻绳索-3、4和8股绳》[2]的发布，新标准的直径系列与原标准ISO 6482中的m值系列基本没有直接关系。经比较，ISO 1181:2004和ISO 1140:2012《纤维缆绳-聚酰胺-3、4、8和 12股绳索》、ISO 1141:2012《纤维缆绳-聚酯-3、4、8和 12股绳索》、ISO 1346:2012《纤维绳索-聚丙烯裂膜、单丝和多丝（PP2）及聚丙烯高弹性多丝（PP3）绳索-3、4、8和12股绳索》的直径系列是一致的。

3）通过换算，原标准尺寸中的LC、LE、L1、L2、R、R1、R2、C1、C2系列数据，相互之间已经具备固定的比例关系，例如LC给定某一数值，其他数据都可以计算出来，并不需要m值。

4）原标准第6章中轴扭矩计算公式Cr=0.9m+0.45d不太合理，m是绞缆筒允许的最大马尼拉绳直径的1/3，该公式不应用m进行计算，应该用实际选用的缆绳直径d进行计算。

5）经查，DIN 84154:1994《绞缆筒》及 ASTM F1106—2012《绞缆筒》两项标准都没有使用到系数m的概念。

2.2 绞缆筒长度LC的确定

缆绳在绞缆筒上缠绕的圈数决定了绞缆筒的长度。绞缆筒的正常工作必须满足2个条件：1）保持力的平衡，即操作者的拉力+摩擦力=载荷；2）缆绳能在绞缆筒的长度方向滑移。由于变化因素（如操作者拉力的大小、载荷大小、缆绳与绞缆筒的摩擦系数、绞缆筒直径、绞缆筒的粗糙度及环境条件等）太多，上述要求目前很难通过理论计算来解决，因此只能通过经验来确定。

原标准中，绞缆筒长度与缆绳直径的关系为：钢丝绳和人造纤维绳，LC≥10d；天然纤维绳，LC≥6d。本版标准将两者关系修改为：钢丝绳，L≥10d；天然纤维绳和人造纤维绳，L≥7.5d。理由如下：1）经调查，多数使用单位的绞缆操作规程要求：使用绞缆筒绞缆时，缆绳在绞缆筒上通常绕3圈～4圈，最多5圈；2）由于取消了绳孔和绳钩的结构，没有必要在绞缆筒上缠绕超过7.5圈的缆绳，特殊情况可选用加长绞缆筒；3）天然纤维绳和人造纤维绳的柔软度及摩擦系数比较接近，参考DIN 84154:1994，统一取L≥7.5d。

2.3 绞缆筒直径D与缆绳直径d的匹配关系确定

原标准规定：天然纤维绳，D≥6d；人造纤维绳，D≥8d。

而在 ISO 3730:2012《船舶与海洋结构物 系泊绞车》中规定，采用人造纤维索时卷筒直径应不小于合成纤维索直径的 6倍。本版标准按此修改，将天然纤维绳和人造纤维绳的绞缆筒直径与缆绳直径匹配关系统一为D≥6d。

2.4 绞缆筒直径与绞缆筒长度的匹配关系确定

在编制本标准时，有2种方案可选择。

方案 1：按钢丝绳用绞缆筒和天然/人造纤维绳用绞缆筒 2种型式分，钢丝绳用绞缆筒的长度与直径之比为L/D=10d/16d=0.625；天然/人造纤维绳用绞缆筒的长度与直径之比为L/D=7.5d/6d=1.25。

方案2：按普通型绞缆筒和加长型绞缆筒2种型式分，普通型绞缆筒的长度与直径之比为 LC/D=1.0，加长型绞缆筒的长度与直径之比LE/D=1.25。

考虑到以下理由，本版标准选择方案2。

1）本版标准编制过程中参考了3项国家标准，相关内容介绍如下。

a）德国标准DIN 84154:1994-01《绞缆筒外形》[3]

该标准的结构遵照ISO 6482，绞缆筒的长度与直径之比只有一种型式，即1∶1。该标准获GL船级社、内河航运职业协会（BSBG）和航海职业协会（See-BG）认可并一直在实施。

b）中国船舶行业标准CB/T 3827—1998《绞缆筒》[4]

绞缆筒的长度与直径之比有2种，普通型为1∶1，加长型为1∶1.25。

c）美国标准ASTM F 1106-87(2012)《绞缆筒装置（绞绳筒，绞盘架）》[5]

分圆柱型和圆锥形 2种型式，圆柱型的长度与直径之比为0.91，圆锥型的长度与小头直径之比为0.91。

上述3项标准基本都采用了1∶1左右的关系。

2）绞缆筒在船上的作业多为辅助作业，绞缆筒的长度与直径之比如果能同时满足钢丝绳和天然/人造纤维绳的要求，将给用户带来较大的方便，显然方案 1中长度与直径之比为0.625的情况无法满足要求。

3）原标准普通型与加长型的比例LE/LC=1.25，天然/人造纤维绳要求的长度与直径极值比7.5d/6d=1.25，二者一致，故本版标准保留了长度与直径之比为 1.25的系列。

4）设计者在选用卷筒时，一般的考虑顺序是“缆绳品种—负载—缆绳直径”。由速度和传动比确定绞缆筒直径 D，最后校对绞缆筒与本标准的符合性。一般情况下绞缆筒长度和直径不会取到极值。

5）采纳日本专家对本版工作组草案的意见，增加因船上布置的关系对长度有严格控制要求的情况，在尺寸表中以表注的形式为用户提供自由选择的空间。

2.5 取消“绳孔和绳钩”章节

在标准编制过程中，编制组了解到绳钩实际使用极少。由于缠绕圈数很难控制，而圈数太多的情况下，缆绳有从绞缆筒跳出的安全隐患。另外，由于绞缆筒和动力源之间没有离合器，也没有制动器可释放，所以当绞缆筒超扭矩时，尤其误作系泊定位使用时，绳钩无法进行负荷释放，很不安全。考虑到上述原因，本版标准取消了“绳孔和绳钩”章节。

2.6 增加绞缆筒表面质量要求

随着绳索制造工艺的不断完善，钢丝绳、化学合成纤维绳及天然纤维绳质量都在不断提高，其中化学合成纤维绳与天然纤维绳相比具有更优越的性能。化学合成纤维绳具备更高强度及在冲击负荷下吸收更多能量的能力；相同破断拉力下，化学合成纤维绳比天然纤维绳直径小；相同大直径的绳，化学合成纤维绳手感比天然纤维绳好。由于上述特点，化学合成纤维绳目前广泛应用于船舶的系泊和拖引。

但由于化学合成纤维绳不耐切割和磨损，为保证使用安全，使用化学合成纤维绳的卷筒表面必须光滑；如果在使用钢丝绳后替换使用化学合成纤维绳，卷筒必须打磨光滑才能使用。根据上述理由，本版标准中增加了对绞缆筒表面粗糙度的要求。

2.7 增加绞缆筒未注尺寸公差要求

本版标准在新工作项目提案中提出：线性尺寸公差应符合ISO 8062-3《产品几何量技术规范（GPS）—模制件尺寸和几何公差—第 3部分：一般尺寸、几何尺寸和加工余量》[6]中的DCTG 9。在立项投票中，日本专家提出建议，认为线性尺寸公差应符合ISO 8062-3中的DCTG 12。编制组对相关精度等级进行比较分析，见表1。

表1 ISO 8062-3精度等级要求

考虑到应严格控制绞缆筒直径 D，综合日本专家提出的建议，本版标准取DCTG 11精度要求。

2.8 绞缆筒轴扭矩及弯矩的计算

原标准按式（1）和式（2）计算出的尺寸Cr和Lr来计算绞缆筒轴扭矩及弯矩，如图1所示。

上述公式计算存在以下问题：计算的扭矩值应为最大值；式中的 d应是实际选用的缆绳直径，而不应是该卷筒允许的最大马尼拉绳直径。

图1 绞缆筒轴扭矩及弯矩计算示意图

根据上文公称尺寸修改原则，将计算公式（1）、公式（2）用m=d/3代入后，可以修改为

本版标准中，采用式（3）、式（4）计算绞缆筒轴扭矩及弯矩。

3 结论

ISO 6482主要规定了绞缆筒外形的型式、公称系列、尺寸、标示及选型方法。与原标准相比，我国主导修订的新版ISO 6482:2017修改了主要特征参数、确定了绞缆筒长度要求、修改了绞缆筒直径和缆绳直径匹配关系、明确了绞缆筒直径与绞缆筒长度匹配关系、取消了绳孔绳钩要求、增加了绞缆筒表面质量要求、增加了绞缆筒未注尺寸公差要求、修改了绞缆筒轴扭矩及弯矩计算方法，在修订过程中融入了我国甲板机械设计、制造、检验和使用的大量技术积累和常用做法，有效体现了我国优势技术在国际标准转化过程中的主导作用。ISO 6482:2017在世界船舶行业范围内的推广应用也将规范甲板机械绞缆筒外形的设计选用，对于提升我国相关产品国际标准符合度，打破甲板机械产品国际市场技术壁垒具有重要意义。