導纜孔（fairlead）又稱“舷牆纜孔”，是設於舷牆上，用於限制纜繩導出位置的閉孔狀導纜器，為一圓形或橢圓形的環形鑄件。導纜孔通常由鑄鐵或鑄鋼製成，安裝在舷牆上，引導纜索穿過船體，並可防止纜索損壞船體。
基本介紹
- 中文名：導纜孔
- 外文名：fairlead
- 拼音：dǎo lǎn kǒnɡ
- 性質：閉孔狀導纜器
- 別稱：舷牆纜孔
- 一級學科：船舶工程
簡介,現有導纜孔存在的問題與不足,新型導纜孔的設計要求,新型導纜孔的結構,新型導纜孔的工作原理,新型導纜孔的主要組成部件,新型導纜孔的可行性分析,研究結論,
簡介
導纜孔（又稱巴拿馬孔），為圓形或橢圓形的鑄鋼件，它是船舶停航過程中必不可少的的導纜裝置。導纜孔一般嵌在舷牆上（多見於船中），系纜經過導纜孔時，接觸面呈圓弧形，以避免舷牆對系纜切割作用，也便於系纜琵琶頭順利通過。但導纜孔對系纜裝置的磨損比較嚴重，尤其是對系泊纜繩的磨損及其嚴重。某公司纜繩磨損平均每艘船每年報廢3條，據該公司1990年不完全統計，系泊纜繩更換費用達200多萬，其中導纜孔對纜繩的磨損消耗占有很大因素，是不容忽視的一部分。由此可見，對導纜孔的研究與改進是必要的。
以下將圍繞新舊導纜孔的結構展開論述。一方面用來闡述導纜孔的現有結構問題與不足，並對現有導纜孔設計提出了要求；另一方面則通過分析新型導纜孔的設計改進方案，從而驗證新型導纜孔設計的可行性。
現有導纜孔存在的問題與不足
圖1是目前使用的導纜孔的標準結構，它有安裝在甲板上或安裝在舷牆上的兩種方式。BS、MA19對這兩種型式都有適當的標準。
圖1 導纜孔結構三視圖
圖1 導纜孔結構三視圖表1是圖1中A、B、C、D和E分別相對應的尺寸。
由圖1和表1所給出的導纜孔現有結構的參數可以看出，不同型號的導纜孔導致其必須使用相對應的纜繩型號。由於船舶的各種需要，如靠碼頭、船與船之間的靠泊都需要用纜繩通過導纜孔進行連線，倘若存在多種因素，如風浪、潮汐等作用，使纜繩在承受巨大的力作用下，還會發生一定的運動。在船舶晃蕩過程中，導纜孔的內圈對纜繩產生往復切割的摩擦力，使纜繩的工作壽命減短。由於纜繩的磨損部位比較固定，當出現纜繩的直徑小於標準值時，該纜繩就會報廢，直接影響船舶的運營成本。
表1 圖1中標註對應尺寸新型導纜孔的設計要求
1）結構設計要求。新型導纜孔的結構設計，有以下幾方面要求：a.在現有導纜孔結構基礎上進行改進；b.需從總體結構和局部結構詳細進行設計，並將其最最佳化；c.滿足《鋼質海船入級規範》對導纜孔剛度與強度的要求；d.實現導纜孔對纜繩的摩擦最小化。
2）技術設計要求。新型導纜孔的技術設計，一方面要求該技術必須簡單且易實現，能夠體現新型導纜孔的創新性和先進性；另一方面要求新型導纜孔有可靠的實驗依據，便於後期通過實驗進一步進行改進與完善。
3）操作設計要求。新型導纜孔的操作設計，要求其總體操作起來方便，安全可靠。同時應該確保零部件為標準件、通用件，從而便於後期的維修與保養。
4）經濟設計要求。新型導纜孔的經濟設計，要求改進後的導纜孔要解決纜繩磨損嚴重的問題，產生巨大經濟效益；同時要求新型導纜孔的設計能夠為船舶製造提供新思路、新方法，從而實現巨大的社會效益。
新型導纜孔的結構
新型導纜孔的工作原理
當船舶上的纜繩通過導纜孔對船舶進行固定時，纜繩會承受非常大的力，此時導纜孔的內圈會對纜繩產生一個摩擦力，使纜繩的表面與滾筒的筒體表面進行滑動摩擦的接觸，同時會有一個相對小的活動量，從而提高纜繩的使用壽命。
圖2 新型導纜孔結構的主視圖
圖2 新型導纜孔結構的主視圖新型導纜孔的主要組成部件
新型導纜孔的總體結構如圖2、圖3所示，右滾筒機構、下滾筒機構及左滾筒機構分別安裝在導纜孔的對應位置，每個滾筒機構包括滾筒及在滾筒兩端的滾筒軸；固定軸承座與導纜孔固定連線，在固定軸承座的凸台處加工內螺紋，活動軸承座的凸台處加工通孔，通過連線螺栓將活動軸承座與固定軸承座配合；軸承座機構內安裝軸瓦及滾筒軸。
圖3 圖2中C位置放大圖
圖3 圖2中C位置放大圖新型導纜孔的局部結構包括滾筒機構、軸承座機構、注油機構3個部分。
滾筒機構如圖4所示，新型導纜孔主要安裝左、下、右3個滾筒機構。右滾筒機構與下滾筒機構之間、左滾筒機構與下滾筒機構之間存在一定的間隙，所述間隙小於纜繩的直徑。採用在導纜孔的內部安裝滾筒機構，使滾筒與纜繩發生滾動摩擦，可以大大提高纜繩的工作壽命。
圖4 滾筒機構的主視圖
圖4 滾筒機構的主視圖軸承座機構（圖未詳細標出）包括固定軸承座及活動軸承座。在固定軸承座的凸台處加工內螺紋，在活動軸承座的凸台處加工通孔，通過連線螺栓將活動軸承座與固定軸承座配合連線。在軸承座機構的凸台處加工定位孔，定位孔內配定位銷，保證裝配軸承座機構的精度。
注油機構（未畫圖說明）：在軸承座機構的內部安裝軸瓦，軸瓦為2付。在軸承座機構的中間位置安裝注油機構，保證軸瓦與滾筒軸之間建立油膜。
新型導纜孔的局部結構除上述幾點外，還採用滾筒的雙曲線異形外表面設計，如圖5所示。
新型導纜孔的可行性分析
1）結構可行性。通過對現有導纜孔的結構改進，新型導纜孔的局部結構通過採用軸承座機構，即固定軸承座和活動軸承座機構，同時新型導纜孔的結構設計參照巴拿馬導纜孔的設計計算，確保了新型導纜孔的結構強度和剛度達到要求；通過採用雙曲線異形外表面結構設計，讓滾筒的筒體處高於導纜孔內圈，保證纜繩與滾筒的筒體接觸，同時參照碼頭系泊纜繩張力的蒙特卡洛算法，使纜繩與筒體的摩擦最小化，進而確保其結構可行性達到要求。
圖5 滾筒的雙曲線異形外表面設計
圖5 滾筒的雙曲線異形外表面設計2）技術可行性。新型導纜孔的技術原理是將導纜孔對纜繩的靜摩擦轉變為滑動摩擦，是物理學中很簡單的一個原理，該技術原理簡便易行。為使技術可行性達到要求，將參照影響滑動摩擦力因素的實驗探究，進一步完善新型導纜孔。
3）操作可行性。新型導纜孔裝置的組成部件大多數是標準件、通用件，因此操作簡單，同時該裝置的局部採用注油機構，通過使用2付瓦軸，便於後期注油，進而便於該裝置的維修與保養。
當出現纜繩的直徑小於標準值時，該裝置可以利用其自身動摩擦作用，變換纜繩磨損部位，延長纜繩使用壽命。該裝置從一定程度實現了導纜孔的自動化。
4）經濟可行性。通過採用新型導纜孔裝置，進而解決纜繩磨損嚴重問題；通過最佳化導纜孔裝置，減少對纜繩的耗損，減少甲板工作區的器具，擴大甲板作業面積，方便甲板作業，進而為社會帶來巨大的經濟效益。
