海洋平台起重机卷筒设计

1、海洋平台起重机卷筒设计1范围本标准规定了海洋平台起重机卷筒缠绕层数、材料、结构参数、钢丝绳固定、设计计算等设计方法。 本标准适用于海洋平台起重机的起升、变幅工作用卷筒，其它类型近海起重机可参照执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 7002006碳素结构钢GB/T 15912018低合金高强度结构钢GB/T 38932008造船及海上结构物甲板机械术语和符号3术语和定义GB/T 38932008界定的及以下术语和定义适用于本文件。3.1钢丝绳偏

2、角rope fleet angle钢丝绳进入卷筒或滑轮（首次入绳滑轮）的最大角度，即当钢丝绳运动到卷筒左侧挡板或右侧挡板 时，钢丝绳中心线与卷筒或滑轮轴垂直的平面的最大夹角，如图1中所示的5 1和5 2。图1钢丝绳偏角示意图4卷筒类型钢丝绳卷筒根据表面绳槽形式可分为光卷筒、螺旋槽卷筒和折线绳槽卷筒三种类型。a）光卷筒：卷筒表面无绳槽布置；b）螺旋槽卷筒：卷筒表面加工有螺旋绳槽；c）折线绳槽卷筒:卷筒表面加工有折线绳槽，折线绳槽又分为单折线绳槽卷筒和双折线绳槽卷筒。钢丝绳卷筒根据钢丝绳端部安装方式可分为单联卷筒和双联卷筒两种类型。a）单联卷筒：钢丝绳端部仅一端固定在卷筒上，卷筒上仅布置一段绳槽；

3、b）双联卷筒：钢丝绳端部两端均固定在同一卷筒上，卷筒上布置两段独立的绳槽。5设计方法 5.1卷筒缠绕层数根据4中钢丝绳卷筒绳槽形式分类，每种卷筒缠绕层数要求不同，具体要求如下:a）光卷筒缠绕层数为单层，如用于多层缠绕，需咨询船级社；b）螺旋槽卷筒缠绕层数不超过3层（含3层）；c）折线绳槽卷筒缠绕层数为3层以上。5.2材料延伸率不小于12%的铸钢或铸铁可用于铸造卷筒材料。灰口铸铁不得作为卷筒材料。焊接卷筒应选用力学性能不低于GB/T 7002006中的Q235B，根据使用工况和环境温度的需要，也 可采用力学性能不低于GB/T 15912018中的Q345，在低温环境下，选用钢材应满足低温冲击要求

4、。5.3结构参数5.3.1卷筒直径卷筒直径D1按式（1）计算：D1 = hd （1）式中：D1 卷筒第一层钢丝绳中径，单位为毫米（mm）；h 卷筒第一层卷绕直径与钢丝绳直径之比；d钢丝绳公称直径，单位为毫米（mm）。其中，h不应小于18。5.3.2卷筒凸缘直径除非装有能使钢丝绳保持在卷筒上的额外装置，或为有绳槽卷筒且只缠绕一层，卷筒的凸缘应高出 顶层钢丝绳至少2.5倍钢丝绳直径的距离。5.3.3绳槽半径卷筒的绳槽半径r与钢丝绳公称直径d的比值，应在0.520.57的范围内，优选0.53。5.3.4 卷筒节距卷筒节距（即卷筒上相邻绳槽中心间水平距离）应根据卷筒绳槽的形式选取，具体要求如下：a）螺

5、旋槽式卷筒：卷筒节距建议在（1.061.062） d （ d为钢丝绳公称直径）；b）折线式卷筒：卷筒节距建议在1.05d （ d为钢丝绳公称直径），随着卷筒的缠绕层数的增加， 卷筒节距可能有所调整，准确取值需咨询卷筒制造商。5.3.5钢丝绳偏角钢丝绳偏角按照式（2）和式（3）计算：5 1 = a tan（L 一爵d） （2）L - 0.5 x d5 2 = a tan（ ） （3）式中：5 1卷筒左侧钢丝绳偏角，单位为度（）；5 2卷筒右侧钢丝绳偏角，单位为度（）；L1卷筒左侧挡板距离滑轮轴垂直平面的垂直距离，单位为毫米（mm）；L 2卷筒右侧挡板距离滑轮轴垂直平面的垂直距离，单位为毫米（mm

6、）；L 钢丝绳在卷筒出绳相切点和滑轮上入绳相切点间的距离，单位为毫米（mm）；根据5.1中卷筒缠绕层数不同，钢丝绳偏角大小范围控制具体要求如下：a）单层缠绕卷筒：钢丝绳偏角不宜大于3.5；b）两层缠绕卷筒：在卷筒爬绳侧，钢丝绳偏角建议控制在0.52。范围内，优选11.5； 非爬绳侧钢丝绳偏角不宜大于3.5；c）三层及以上缠绕卷筒：在卷筒两侧的钢丝绳偏角建议控制在0.52范围内，优选1 1.5。更详细的钢丝绳偏角需要通过计算获得或咨询卷筒供货商。5.4钢丝绳固定 5.4.1钢丝绳端头在卷筒上固定，应满足下列要求:a）钢丝绳不能作用在锐边上;b）钢丝绳固定端应方便检查。5.4.2钢丝绳固定方式主要

7、有如下几种方式:a)b)c)钢丝绳通过压板固定在卷筒筒体上（图2）， 钢丝绳通过压块固定在卷筒侧板外侧（图3） 钢丝绳通过楔块嵌入到卷筒中固定（图4），用于焊接或铸造卷筒，缠绕层数2层以内;，用于多层缠绕的焊接或铸造卷筒； 用于多层缠绕的铸造卷筒；图2压板固定在筒体上图3压块固定在侧板上图4楔块嵌入在筒体内5.4.3钢丝绳固定装置的设计，应考虑绕在卷筒上的安全圈的摩擦力，使摩擦力和固定力之和不小于 2倍的最大钢丝绳拉力。5.4.4钢丝绳固定装置承受的拉力可按照式（4）计算：S= hmaxholde |ia（4）式中：Shod 钢丝绳固定装置处承受拉力，单位为牛（N）；中h 起升载荷动载系数；S

8、m 作用于卷筒上的最大钢丝绳静拉力，单位为牛（N）；Rm计算摩擦系数，取UW0.1；a安全圈的包角，单位为弧度（rads）。5.4.5在任何作业工况下，卷筒上剩余钢丝绳圈数应不少于3整圈，宜不少于5圈。5.5 设计计算5.5.1强度计算卷筒筒体在钢丝绳上拉力作用下，产生压缩、弯曲和扭转应力，其中压缩应力最大。5.5.1.1筒体环压应力计算当L 3D时（L为卷筒长度，D为卷筒绳槽底直径），弯曲和扭转的合成应力不超过环压应力的10%, 只须计算环压应力即可。卷筒筒壁的环压应力按照式（5）计算：b = C. max 3D时，除考虑筒体环应力外，还须考虑由弯曲和转矩产生的应力。卷筒筒体弯曲和转矩产生的

9、应力按照式（8）计算：: M 2 + T 2b = b （8）式中：M max由钢丝绳最大拉力引起卷筒的最大弯矩，单位为牛（N）；。b 卷筒筒体弯曲和转矩产生的应力，单位为兆帕（MPa）；T 卷筒转矩，双联卷筒T邓皿：D，单联卷筒T 二知严，单位为牛毫米（Nmm）；w 抗弯截面模数，w = 0（D4 - 4），单位为立方毫米（mm 3）；DD 卷筒绳槽底径，单位为毫米（mm）；D0 一卷筒内径单位为毫米(血； b*许用拉应力，单位为兆帕(MPa)；bp当筒体材料为钢时，b = J 当筒体材料为铸铁时：b =%bp 2 ，bp 5b bb 卷筒筒体材料抗拉强度，单位为兆帕(MPa)。则卷筒合成应力按照式(9)计算：b=b +tXb 2D大尺寸卷筒，应对卷筒筒体进行稳定性验算。 失稳的临界单位压力按照式(10)或式(11)计算： TOC o 1-5 h z 钢卷筒：P = 5250013 (10)crR 35 3铸铁卷筒：P =(2500032500) R- (11)式中：R卷筒绳槽底