书 书 书犐犆犛 ４７ ． ０２０ ． ５０ 犝 ４２ 中华人民共和国国家标准 犌犅 ／ 犜 ３７４４２ — ２０１９ 海洋平台起重机卷筒设计方法 犇犲狊犻犵狀犿犲狋犺狅犱狊狅犳犱狉狌犿狊犳狅狉狅犳犳狊犺狅狉犲犮狉犪狀犲狊 ２０１９  ０５  １０ 发布 ２０１９  １２  ０１ 实施 国家市场监督管理总局 中国国家标准化管理委员会 发布书 书 书前 　　 言 　　 本标准按照 ＧＢ ／ Ｔ１．１ — ２００９ 给出的规则起草 。 本标准由全国船用机械标准化技术委员会 （ ＳＡＣ ／ ＴＣ１３７ ） 归口 。 本标准起草单位 ： 武汉船用机械有限责任公司 、 中国船舶重工集团公司第七 ○ 四研究所 、 南京中船绿洲机器有限公司 。 本标准主要起草人 ： 汤敏 、 蒋荣华 、 石永科 、 蔡智军 、 徐兵 、 杨龙霞 、 陈琳 、 张晓群 、 瞿音 。 Ⅰ 犌犅 ／ 犜 ３７４４２ — ２０１９ 海洋平台起重机卷筒设计方法 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 ， 其他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 ／ Ｔ７００ — ２００６ 　 碳素结构钢 ＧＢ ／ Ｔ１５９１ — ２０１８ 　 低合金高强度结构钢 ＧＢ ／ Ｔ３８９３ — ２００８ 　 造船及海上结构物 　 甲板机械 　 术语和符号 ３ 　 术语和定义 ＧＢ ／ Ｔ３８９３ — ２００８ 界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。 ３ ． １ 钢丝绳偏角 　 狉狅狆犲犳犾犲犲狋犪狀犵犾犲 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 δ １ 和 δ 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 。 １ 犌犅 ／ 犜 ３７４４２ — ２０１９ 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 ； 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 根据第 ４ 章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 ／ Ｔ７００ — ２００６ 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 ／ Ｔ１５９１ — ２０１８ 中的 Ｑ３４５ ， 在低温环境下 ， 选用钢材应满足低温冲击要求 。 ５ ． ３ 　 结构参数 ５ ． ３ ． １ 　 卷筒直径 卷筒直径 犇 １ 按式 （ １ ） 计算 ： 犇 １ ＝ 犺 · 犱 ……………………（ １ ） 　　 式中 ： 犇 １ ——— 卷筒第一层钢丝绳中径 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）； 犺 ——— 卷筒第一层卷绕直径与钢丝绳直径之比 ； 犱 ——— 钢丝绳公称直径 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）。 其中 ， 犺 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 狉 与钢丝绳公称直径 犱 的比值 ， 应在 ０．５２ ～ ０．５７ 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 ） 　 螺旋槽式卷筒 ： 卷筒节距建议在 （ １．０６ ～ １．０６２ ） 犱 （ 犱 为钢丝绳公称直径 ）； ｂ ） 　 折线式卷筒 ： 卷筒节距建议在 １．０５ 犱 （ 犱 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 ： ２ 犌犅 ／ 犜 ３７４４２ — ２０１９ δ １ ＝ 犪 ｔａｎ 犔 １ － ０ ． ５ × 犱犔 （ ） ……………………（ ２ ） δ ２ ＝ 犪 ｔａｎ 犔 ２ － ０ ． ５ × 犱犔 （ ） …………………………（ ３ ） 　　 式中 ： δ １ ——— 卷筒左侧钢丝绳偏角 ， 单位为度 （ ° ）； 犔 １ ——— 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 ）； δ ２ ——— 卷筒右侧钢丝绳偏角 ， 单位为度 （ ° ）； 犔 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 ）； 犔 ——— 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 ０．５° ～ ２° 范围内 ， 优选 １° ～ １．５° ； 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 ０．５° ～ ２° 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有如下几种方式 ： ａ ） 　 钢丝绳通过压板固定在卷筒筒体上 （ 图 ２ ）， 用于焊接或铸造卷筒 ， 缠绕层数 ２ 层以内 ； ｂ ） 　 钢丝绳通过压块固定在卷筒侧板外侧 （ 图 ３ ）， 用于多层缠绕的焊接或铸造卷筒 ； ｃ ） 　 钢丝绳通过楔块嵌入到卷筒中固定 （ 图 ４ ）， 用于多层缠绕的铸造卷筒 。 图 ２ 　 压板固定在筒体上 ３ 犌犅 ／ 犜 ３７４４２ — ２０１９ 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 ： 犛 ｈｏｌｄ ＝ φ ｈ 犛 ｍａｘ ｅ μα ……………………（ ４ ） 　　 式中 ： 犛 ｈｏｌｄ ——— 钢丝绳固定装置处承受拉力 ， 单位为牛 （ Ｎ ）； φ ｈ ——— 起升载荷动载系数 ； 犛 ｍａｘ ——— 作用于卷筒上的最大钢丝绳静拉力 ， 单位为牛 （ Ｎ ）； μ ——— 计算摩擦系数 ， 取 μ ≤ ０．１ ； α ——— 安全圈的包角 ， 单位为弧度 （ ｒａｄ ）。 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 。 ４ 犌犅 ／ 犜 ３７４４２ — ２０１９ ５ ． ５ 　 设计计算 ５ ． ５ ． １ 　 强度计算 注 ： 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 犔 ≤ ３ 犇 时 （ 犔 为卷筒长度 ， 犇 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％ ， 只需计算环压应力即可 。 卷筒筒壁的环压应力按照式 （ ５ ） 计算 ： σ ｃ ＝ 犆 ． 犛 ｍａｘ δ ｅ × 狆 ≤ σ ｃｐ ……………………（ ５ ） 　　 式中 ： σ ｃ 　 ——— 卷筒压应力 ， 单位为兆帕 （ ＭＰａ ）； σ ｃｐ ——— 许用压应力 ， σ ｃｐ ＝０ ． ８５× σ ｓ ， 单位为兆帕 （ ＭＰａ ）； σ ｓ ——— 卷筒筒体材料屈服强度 ， 单位为兆帕 （ ＭＰａ ）； 犛 ｍａｘ ——— 作用于卷筒上的最大钢丝绳静拉力 ， 单位为牛 （ Ｎ ）； δ ｅ ——— 卷筒筒体计算厚度 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）； 狆 ——— 绳槽节距 ， 单位为毫米 （ ｍｍ ）； 犆 ——— 多层缠绕系数 ： 对于适用