【正文】 備研究人員的當(dāng)務(wù)之急。 從國(guó)內(nèi)目前的情況分析，建議初步設(shè)計(jì)研制時(shí)可考慮從實(shí)際使用條件出發(fā)，先從研制單滾筒絞車開始，采取分步驟。另外國(guó)產(chǎn)化調(diào)查絞車的研制不僅充分借鑒外國(guó)產(chǎn)品的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，不斷跟蹤調(diào)查作業(yè)新工藝、新方法，而且還應(yīng)考慮不同海域的作業(yè)要求等特點(diǎn)，如我國(guó)在南海盡管已經(jīng)做了許多工作，但至今沒有在南海進(jìn)行大規(guī)模的深水油氣生產(chǎn)。其產(chǎn)品從淺水到深水成系列發(fā)展，已經(jīng)生產(chǎn)了百余套鋪管作業(yè)設(shè)備，其中鋪管絞車?yán)?jí)別已經(jīng)從250KN發(fā)展到5000KN。美國(guó)Westech公司是世界著名的海工設(shè)備制造商，研制海洋鋪管調(diào)查絞車已有近30多年的歷史。 下面列舉幾種國(guó)內(nèi)常用的船用絞車： 背包式舷梯絞車主要用于船舶系泊是升降舷梯以及船舶進(jìn)港時(shí)升降引水員梯時(shí)使用，共分為五種規(guī)格6kN、8kN、10kN、12kN、16kN。除電動(dòng)機(jī)配備制動(dòng)器剎車外，齒輪箱采用渦輪、渦桿自鎖結(jié)構(gòu)，工作可靠，由一名操作者可移動(dòng)按鈕盒，在旁邊操作舷梯的收放，提升和下降，操作方便可靠，在停電時(shí)亦可手工操作。圖13 背包式舷梯絞車 維護(hù)保養(yǎng)：齒輪箱每運(yùn)轉(zhuǎn)50小時(shí)后應(yīng)清洗換油，但每年至少更換一次，潤(rùn)滑油牌號(hào)為N68（GB44389）機(jī)械油，油面應(yīng)達(dá)油標(biāo)心。經(jīng)常檢查各部件有無松動(dòng)，軟梯及扶手繩是否損壞，接頭是否牢靠，如有損壞及時(shí)修復(fù)，謹(jǐn)防事故發(fā)生。工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)該舷梯絞車是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的氣動(dòng)舷梯絞車，其最大特點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，吊架與氣馬達(dá)合為一體，一臺(tái)絞車完成起升、平移兩種動(dòng)作，布置緊湊，齒輪箱采用渦輪渦桿自鎖（該結(jié)構(gòu)為ISO7364所推薦形式）結(jié)構(gòu)，運(yùn)行平穩(wěn)，工作可靠，操作簡(jiǎn)便，由一名操作者在舷梯的收放，升降，使提升和收放動(dòng)作連續(xù)完成，此絞車也可手動(dòng)操作舷梯，無需再甲板上另外安裝絞車買節(jié)省了甲板面積，是舷梯設(shè)備實(shí)行模塊化造船的一種理想形式。本絞車由法蘭電動(dòng)機(jī)或氣馬達(dá)、減速齒輪箱、卷筒、雙向棘輪扳手等部件組成，并沒有手動(dòng)收放裝置。減速齒輪箱采用三級(jí)漸開線圓柱直齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)輪通過鍵與軸聯(lián)接，軸的支撐處沒有滾動(dòng)軸承，在第二級(jí)大齒輪與軸連接處采用螺旋式載荷自制制動(dòng)裝置。根據(jù)軟梯特點(diǎn)，卷筒設(shè)計(jì)成直徑較細(xì)，兩端擋板較高的結(jié)構(gòu)形式。在放置手柄處設(shè)有聯(lián)鎖閥，如果取走手柄，聯(lián)鎖閥關(guān)閉氣源，手柄放回原處，聯(lián)鎖閥鎖住手柄，氣源開通。表5 主要技術(shù)參數(shù) 額定負(fù)載 2000N支持負(fù)載3000N起升速度~ 容繩量22m氣馬達(dá)型號(hào)Pending 功 率 轉(zhuǎn) 速1200r/min 工作氣壓~耗 氣 量 移動(dòng)方式手動(dòng) Manual維護(hù)保養(yǎng)減速器內(nèi)注入N68（GB44389)機(jī)械油，油面應(yīng)達(dá)油標(biāo)中心，每年更換一次。經(jīng)常檢查各部件有無松動(dòng)，軟梯及扶手繩是否損壞，接頭是否牢靠，如有損壞及時(shí)修復(fù)，謹(jǐn)防事故發(fā)生。主要研究?jī)?nèi)容與思路如下：1) 深海絞車可靠性分析。2) 卷筒受力分析和運(yùn)動(dòng)分析：主要采用有限元分析絞車在工作過程中卷筒的各項(xiàng)指標(biāo)。 小結(jié)深海調(diào)查絞車作為海洋調(diào)查儀器投放的設(shè)備，它的性能好壞是調(diào)查任務(wù)工作效率很重要的因素之一，同時(shí)還影響著鋼纜和絞車的使用壽命，所以，各個(gè)國(guó)家的研制單位都非常重視對(duì)它的研究。 第2章 絞車可靠性分析 故障樹分析法故障樹分析方法是目前故障診斷中使用較多的方法之一，也是一種安全可靠的分析方法，它在系統(tǒng)的故障經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，采用逆向推理將系統(tǒng)級(jí)的故障現(xiàn)象頂事件與最基本的故障原因（底事件）之間的內(nèi)在聯(lián)系表示成樹狀的網(wǎng)絡(luò)圖，各層事件通過“與”、“或”、“非”、“異或”等邏輯關(guān)系相關(guān)聯(lián)。并將這些邏輯關(guān)系用邏輯符號(hào)表示出來，由上而下逐層分解，直到不能分解為止，推導(dǎo)出各故障和各單元故障之間的邏輯關(guān)系，利用這種邏輯關(guān)系從觀測(cè)到的頂層事件出發(fā)，逐漸向下進(jìn)行分析，最終找出對(duì)應(yīng)的底層故障原因。因此，F(xiàn)TA分析法具有以下特點(diǎn)：（1）故障樹分析具有很大的靈活性；（2）它是一種圖形演繹的方法；（3）通過故障樹可以定量地計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)的故障概率及其他可靠性參數(shù)，為改善和評(píng)估系統(tǒng)可靠性提供定量數(shù)據(jù)；（4）進(jìn)行FTA的過程是一個(gè)對(duì)系統(tǒng)更深入認(rèn)識(shí)的過程。圖21 基本步驟 （1）首先選擇和確定頂事件。 （2）其次再對(duì)頂事件進(jìn)行分析。將頂事件作為輸出事件，將所有直接原因作為輸入事件，并根據(jù)這些事件實(shí)際的邏輯關(guān)系用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T相聯(lián)系。如果該事件還能進(jìn)一步分解，則將其作為下一級(jí)的輸出事件，如同步驟(2)中對(duì)頂事件那樣進(jìn)行處理。（1）主要事件符號(hào)矩形符號(hào)：表示故障事件，在矩形內(nèi)注明故障事件的定義。它可以表示除底事件以外的所有中間事件和頂事件。只作為邏輯門的輸入而不能作為輸出?；蜷T：表示輸入事件中至少有一個(gè)發(fā)生，則輸出事件發(fā)生，這種關(guān)系稱為事件并。（1）割集和最小割集割集為故障樹中一些底事件的集合，當(dāng)這些底事件都發(fā)生時(shí)，頂事件必然發(fā)生，若將割集中所含的底事件任意去掉一個(gè)就不再成為割集，該割集就是最小割集。將導(dǎo)致系統(tǒng)故障發(fā)生最小故障模式的集合稱為最小割集。若c是一個(gè)割集，而任意去掉其中一個(gè)底事件后就不是割集了，這樣的割集稱為最小割集。（2）求最小割集的方法求最小割集的方法通常有兩種：Fussed法和Semanderes法。該算法沿著故障樹自上而下進(jìn)行，即從頂事件開始，依次將上排底事件置換為下排底事件。得到全部割集后，再應(yīng)用集合運(yùn)算規(guī)則將全部割集加以簡(jiǎn)化、吸收，去掉那些非最小割集部分，剩下的即為故障樹的全部最小割集。(b)在低階最小割集中出現(xiàn)的底事件比高階最小割集中的底事件重要。對(duì)故障樹定量分析的任務(wù)是定量的計(jì)算頂事件發(fā)生概率和底事件重要度，從而對(duì)系統(tǒng)的可靠性、安全性作出評(píng)估。底事件概率重要度反映了底事件發(fā)生概率的變化對(duì)頂事件發(fā)生概率的影響程度，它可以用來衡量降低各底事件的發(fā)生概率對(duì)于降低頂事件的貢獻(xiàn)的大小，從而確定哪個(gè)底事件的發(fā)生概率對(duì)頂事件發(fā)生概率的影響最大。由故障樹的最小割集可以計(jì)算出頂事件的發(fā)生概率。底事件結(jié)構(gòu)重要度說明了底事件在故障樹結(jié)構(gòu)中的重要程度，它表示底事件在故障樹結(jié)構(gòu)中所占地位對(duì)頂事件造成的影響程度，它并不表示底事件發(fā)生概率的特征，僅從故障樹所描述的邏輯關(guān)系中判斷底事件的關(guān)鍵程度。牽引卷筒帶有6~8 個(gè)纜槽，是絞車的承載部分，儲(chǔ)纜卷筒是絞車鋼纜的儲(chǔ)存機(jī)構(gòu)，在放纜或者收纜時(shí)，控制儲(chǔ)纜卷筒的速度，可以調(diào)整牽引卷筒和儲(chǔ)纜卷筒之間鋼纜的張力，使其保持在牽引卷筒前鋼纜（負(fù)重端）張力的10%~15%之內(nèi)，鋼纜受力處于平衡狀態(tài)，不會(huì)在牽引卷筒上滑動(dòng)，同時(shí)可以順利地纏繞在儲(chǔ)纜卷筒上。直角排纜器和儲(chǔ)纜卷筒協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，可以使?fàn)恳硗埠蛢?chǔ)纜卷筒之間鋼纜的張力同牽引卷筒前鋼纜的張力相適應(yīng)。卷筒通常用無縫鋼管制成外殼，為節(jié)省材料費(fèi)、降低成本，也可使用有縫鋼管做外殼，但焊縫要求較高，以免刮破膠帶。軸承座一般有鑄鐵軸承座和沖壓軸承座兩種。 表22鑄鐵軸承座和沖壓軸承座性能及技術(shù)要求對(duì)比從表22中可以看出，沖壓軸承座使用起來要比鑄鐵軸承座占很多優(yōu)勢(shì)。目前主要使用的是深溝向心球軸承和圓錐滾子軸承。通常設(shè)計(jì)中軸承采用大游隙球軸承，在運(yùn)行過程中干化的潤(rùn)滑脂始終處在滾動(dòng)體之間，不能自動(dòng)排出，從而加快軸承的磨損降低使用壽命。在卷筒軸承的選擇上，早期通常采用20205系列滾動(dòng)軸承。軸承是卷筒的重要部件，其選用是否適當(dāng)，質(zhì)量?jī)?yōu)劣，關(guān)系著卷筒的使用壽命。根據(jù)以上特點(diǎn)及卷筒成本，實(shí)際制作中一般采用深溝球軸承。該軸承對(duì)卷筒兩端軸承座及軸的同心度要求較高，內(nèi)圈和軸采用過渡或小過盈量配合，實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，卷筒噪聲大，保持架易生銹。因此，在選擇滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑方式、潤(rùn)滑劑品種時(shí)必須高度重視。滾動(dòng)軸承所用潤(rùn)滑劑分為三大類，即潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂和固體潤(rùn)滑劑，其中潤(rùn)滑脂的應(yīng)用最為廣泛。煤礦中常用的潤(rùn)滑脂有三大類：鈣基潤(rùn)滑脂、鈉基潤(rùn)滑脂和鋰基潤(rùn)滑脂。鈉基潤(rùn)滑脂的使用溫度高于鈣基，各項(xiàng)性能與鈣基相近，但它的耐水性差，適用于干燥的工作環(huán)境。鋰基潤(rùn)滑脂的價(jià)格偏高，也不能與其它脂混用。密封是為了防止外界灰塵、煤粉、水分等侵入軸承。若密封不好，軸承就容易失效。 在理想的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，滾動(dòng)軸承在任何應(yīng)用中都將因疲勞而最終停止運(yùn)轉(zhuǎn)。導(dǎo)致卷筒軸承失效的原因十分復(fù)雜，除了常規(guī)的疲勞失效外，固體顆粒、腐蝕性的氣體和液體侵入滾道，潤(rùn)滑脂老化，配合零件不同心和密封間隙不適當(dāng)?shù)榷伎蓪?dǎo)致卷筒軸承的實(shí)際使用壽命大大低于計(jì)算的名義壽命。軸承不僅對(duì)卷筒使用壽命有重大影響，而且對(duì)卷筒旋轉(zhuǎn)阻力也有一定的影響。分析國(guó)內(nèi)卷筒軸承失效的原因，主要包括如下幾個(gè)方面：1) 疲勞破壞。一般來說，疲勞點(diǎn)蝕是滾動(dòng)軸承的主要失效形式。滾動(dòng)體和滾道由于有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而就會(huì)產(chǎn)生磨損。產(chǎn)生的主要原因可能是座圈內(nèi)落入沙塵、金屬碎屑等異物，或者污物和磨損的鐵屑進(jìn)入潤(rùn)滑油脂就會(huì)破壞滾道面的油膜形成，甚至造成局部應(yīng)力集中，加劇磨損發(fā)生。3) 表面膠合。潤(rùn)滑不好時(shí)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面會(huì)有膠合現(xiàn)象。這種情況常常發(fā)生在滾動(dòng)體端面和導(dǎo)環(huán)發(fā)蘭面上。4) 塑性變形。這種情況一般發(fā)生在低速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承上。軸承內(nèi)部含有水分或者化學(xué)成分，油膜無法保護(hù)金屬表面， 迅速導(dǎo)致軸承生銹或化學(xué)腐蝕。由于在設(shè)備上進(jìn)行焊接時(shí)，不正確的焊接方法，導(dǎo)致焊接電流通過軸承，引起軸承表面電蝕。因轉(zhuǎn)速變化引起潤(rùn)滑油流速的改變，油中產(chǎn)生氣泡，氣泡破裂時(shí)產(chǎn)生的壓力連續(xù)沖擊合金表面，導(dǎo)致合金表面損傷而造成的。8) 剝落。9) 使用維護(hù)以及保養(yǎng)不良，潤(rùn)滑密封不良的原因，軸承內(nèi)外圈、滾動(dòng)體、保持架等都會(huì)發(fā)生斷裂、破碎，同上述剝落一樣，眾多因素都會(huì)導(dǎo)致軸承失效。滾動(dòng)軸承的軸承內(nèi)，外圈及滾動(dòng)元件一般用高純度的特種鉻合金鋼制成，硬度相當(dāng)高。溫度低于l50℃時(shí)，腐蝕較為緩慢。軸承選型不當(dāng)、安裝欠妥都可能使軸承燒傷，使軸承滾道、滾動(dòng)體回火損傷。12) 軸承的裝配質(zhì)量較差，引起軸承失效。以卷筒軸承失效作為頂事件, 第一步找出直接導(dǎo)致頂事件發(fā)生的各種可能的因素和因素組合,由于它們?nèi)魏我粋€(gè)發(fā)生都會(huì)導(dǎo)致頂事件發(fā)生, 因而用邏輯或門符號(hào)將它們連接起來。循此格式逐級(jí)向下演繹, 直至找出各個(gè)基本事件(底事件) 為止, 并用一定的邏輯門符號(hào)連接起來, 這樣就得到如圖所示卷筒軸承失效的故障樹。（2）軸承失效故障樹的定性分析通過計(jì)算，軸承失效故障樹共有19個(gè)最小割集, 其中18個(gè)一階最小割集, 1個(gè)二階最小割集。一階割集只包含一個(gè)底事件, 也即只要這個(gè)底事件失效, 系統(tǒng)即失效。因此, 要提高軸承的可靠性, 必需首先提高所有一階割集中底事件的可靠性。通過計(jì)算將全部底事件按概率重要度由大到小排隊(duì)，就得出底事件的重要度順序。表23 軸承故障的定量分析事件名稱符號(hào)發(fā)生的概率概率重要度結(jié)構(gòu)重要度疲勞點(diǎn)蝕X1正常的疲勞磨損X2主軸偏心X3主要螺栓失效X4突然過載X5超載工作X6過載X7冷卻裝置失效X8環(huán)境溫度高于450CX9牌號(hào)錯(cuò)X10雜質(zhì)X11變質(zhì)X12油路堵塞X13元件失效X14漏油X15氣蝕X16電蝕X17剝落X18軸承燒傷X19制造質(zhì)量和裝配質(zhì)量差X20通過計(jì)算的底事件的概率重要度和結(jié)構(gòu)重要度可以看出軸承的疲勞點(diǎn)蝕和過度磨損是造成軸承失效的主要原因，另外過載、元件失效和軸承的制造裝配質(zhì)量也是重要的影響因素，其他各因素也不同程度的影響卷筒軸承正常的工作。 卷筒密封件常用的材料有聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和尼龍等。失效形式有： 1）密封件的老化：密封件的強(qiáng)度、彈性及抗溶脹性能下降，發(fā)粘，變硬和變脆等。 3）損傷：唇口撕裂，局部嚴(yán)重變形，密封表面被銳器損傷，局部出現(xiàn)凹凸不平以及斷裂等。 5）膨脹：唇口軟化、發(fā)粘和局部剝離等。（1）建立密封件失效的故障樹 通過對(duì)密封件失效的原因分析和故障模式分析，建立卷筒軸承密封件失效的故障樹如圖24所示。（2）密封件失效的定性分析：橡膠密封件的失效主要表現(xiàn)為密封處的泄露和密封件的損壞，最終導(dǎo)致失去密封性，產(chǎn)生泄露。因此，準(zhǔn)確判斷橡膠密封件的失效原因，并采取相應(yīng)措施是十分必要的。2）裝配質(zhì)量不高：在實(shí)際統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)安裝不當(dāng)是造成密封件失效的主要原因，裝配時(shí)強(qiáng)行壓入，造成密封件局部變形以及密封面被花鍵或螺紋等銳邊處的毛刺劃傷等均會(huì)造成密封件失效。如果所用油液與密封材料的相容性差，將加速橡膠變質(zhì)、膨脹、老化以及產(chǎn)生不沉性油泥，加速密封件的磨損。密封流體中存在著各種固體微粒對(duì)密封唇口處的橡膠產(chǎn)生撕裂作用，加速磨損。它會(huì)將密封接觸面間的潤(rùn)滑劑擠出，無法形成油膜，形成干摩擦而引起卷筒軸承過度磨損。6）密封件存放不當(dāng)：橡膠密封件放置、存放和運(yùn)輸不合理也是造成密封件失效的原因。例如，往復(fù)運(yùn)動(dòng)軸上的軸向劃傷、刀痕， 旋轉(zhuǎn)軸上的螺旋刀紋都是造成泄漏的隱患。表24給出了各個(gè)最小割集的發(fā)生的概率和結(jié)構(gòu)重要度。（1）慎重選擇密封件選擇密封件時(shí)應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境，注重密封件的耐油性、耐磨性、耐熱性、耐寒性及耐化學(xué)藥品等性能，也應(yīng)考慮其彈性和抗拉強(qiáng)度等機(jī)械性能，(～．)。為防止密封件的唇邊損壞：?在密封件經(jīng)過的通道入口處設(shè)置倒角或?qū)蝈F面，并涂以高熔點(diǎn)的潤(rùn)滑脂，使其能夠方便順利地裝入；(2)要注意清除進(jìn)排氣或進(jìn)出油孔邊緣的殘存毛刺。2）注意密封件的方向性。同時(shí)要注意輔助元件的安裝。4）密封面的表面質(zhì)量。一般推薦用Ra= m。無論采用什么樣的密封也會(huì)發(fā)生漏油。（3）妥善保管橡膠密封件備用橡膠密封件應(yīng)妥善保管。在卷筒軸承中，潤(rùn)滑脂的性能是逐漸變化的。摩擦溫升急劇增加，滾動(dòng)表面產(chǎn)生燒傷，這種現(xiàn)象就是潤(rùn)滑脂失效。潤(rùn)滑脂在卷筒軸承中使用時(shí)，會(huì)同時(shí)受到機(jī)械剪切作用和離心力的作用。潤(rùn)滑脂在氧氣和溫度的作用下，則會(huì)發(fā)