折線繩槽

“折線繩槽”也稱為Lebus繩槽，該辭彙流行於我國起重行業，是指從國外引進的一種適合鋼絲繩多層卷繞的繩槽形式。 Lebus公司聲稱採用折線繩槽的鋼絲繩直徑可以從1mm到100mm，層數可以到50層，捲筒直徑最大可以到5m，而鋼絲繩的線速度則無限制。 根據表1（略）可以看出，在日本的水工起重機械上，折線繩槽捲筒的鋼絲繩最粗為60mm，捲筒直徑最大到2

“折線繩槽”也稱為Lebus繩槽，該辭彙流行於我國起重行業，是指從國外引進的一種適合鋼絲繩多層卷繞的繩槽形式。由於這種繩槽在捲筒周向的大部分區段上保持與法蘭端面平行，只在很小的區段上與法蘭端面相交，因此繩槽必然出現拐折現象，故而得名“折線繩槽”。
由於其源於美國，是由美國Lebus國際有限公司(Lebus International Inc. )的創始人Frank.L.Lebus先生髮明的，故國外一般稱這種繩槽為“Lebus Grooves” ，即Lebus繩槽。
早在1900年，Lebus先生就已涉足美國的油田工業界，並通過為迅速發展的德克薩斯州西部油田提供鑽探設備的專用工具和配件開始了他的創業史。那時，Lebus先生開辦的企業還只是一家鐵器作坊。後來，Lebus先生通過對石油鑽探設備的觀察，發現這些設備上的鋼絲繩常常不能在捲筒上均勻纏繞，致使鋼絲繩嚴重磨損並很快報廢。這引起了他的濃厚興趣，於是，他開始了對鋼絲繩纏繞方式及繩槽形式的研究，終於發明了折線繩槽，並使之成為一種專門的繩索卷繞技術。
1.折線繩槽卷繞技術的發展階段
折線繩槽技術的發展，按時間劃分大體上可分為兩個階段，即1937～1949年為第一階段，1950年以後為第二階段。
1937年，Lebus先生在美國德克薩斯州東北部的郎維尤城(Longview)創建了Lebus國際有限公司。也就是在這一年，他發明了“Lebus繩槽”，並將世界上第一個帶有“Lebus繩槽”的捲筒套用於油田的鑽井設備，獲得了成功。在此之後，隨著世界各國特別是歐美和日本等國陸地和海上石油開採工業以及其它工業的快速發展，“Lebus繩槽”的套用也隨之擴大。特別在1945年以後，這一技術在不同領域的卷揚機構上得到了大量套用。不過，這時的“Lebus繩槽”在一圈內只有一個斜旋段(相對於法蘭)，即在多層纏時，上下層的鋼絲繩在捲筒上僅有一個交叉過渡區。
與此同時，Lebus先生根據在不同領域實際使用的情況，對最初的繩槽形式也進行了不斷的改進。至1950年，他又發明了帶有兩個斜線段的“Lebus繩槽”槽形(見圖1)和“Lebus繩槽偏角補償器”，使這種繩槽的卷繞性能更趨完善，而這種帶有兩個斜線段的繩槽槽形也一直保持至今。從此，Lebus繩槽不僅在石油鑽井和採礦工業，而且在建築施工、航空吊運、深海探測、起重工業等領域都得到更為廣泛的套用。
至20世紀60年代以來，美國Lebus國際有限公司相繼在日本、英國、德國、澳大利亞、挪威、南非和新加坡等國建立了下屬的子公司或代理銷售、服務公司。Lebus技術已享譽整個世界。目前，Lebus國際有限公司正在第三代繼任人、現任執行長Charls Lebus(1978年繼任)的帶領下，繼續著它的成功的故事和輝煌，這是在20世紀初還是個鐵匠師傅的老Lebus先生始料不及的。
2. 國外折線繩槽的套用現狀
2.1 繩槽槽形與捲筒法蘭
如上所述，折線繩槽的槽形有兩種形式，一種是單折線繩槽，一種是雙摺線繩槽。前者為最初的繩槽形式，後者為改進的繩槽形式，目前套用較多的是後一種形式。雙摺線繩槽的斜繩槽和直繩槽交替出現，這樣在捲筒表面上就出現了兩個斜繩槽區和兩個直繩槽區。所謂斜繩槽，是指與捲筒母線斜交的繩槽，直繩槽是指與捲筒母線直交或與法蘭平行的繩槽。斜繩槽約占圓周長的20%，直繩槽約占80%。
折線繩槽已被Lebus公司註冊為一種產品。它既可以直接在捲筒上加工成型，也可以製成帶有這種繩槽的套，並且做成分體式的。安裝時包裹在光面捲筒上，通過螺栓或焊接與捲筒連線成一體。目前，國外以這種方式使用折線繩槽的捲筒居多。
繩槽套的材料可為碳鋼、不鏽鋼、合金鋼、鋁或玻璃纖維等。
捲筒的法蘭多為平板型，結構簡單，便於加工製造。不論纏多少層，只需在捲筒的第一層加墊塊，這樣，每一層鋼絲繩的圈數都相等。
2.2 纏繞層數、速度、鋼絲繩直徑、捲筒直徑及容繩量
Lebus公司聲稱採用折線繩槽的鋼絲繩直徑可以從1mm到100mm，層數可以到50層，捲筒直徑最大可以到5m，而鋼絲繩的線速度則無限制。以下是根據現有資料整理的一些套用實例。
(1)鋼絲繩直徑
最大為94mm，用在日本[響聲丸]號船的500t起重機上，捲筒的名義直徑為2 094mm，捲筒法蘭間距為1 953mm，共纏繞7層；其次是日本現代造船使用的[ODECO]型起重機，鋼絲繩直徑最大為88.9mm，捲筒的名義直徑為1 511mm，捲筒法蘭間距為2 096mm，共纏繞11層；還有三菱重工業株式會社下關造船所使用的[ODECO]和[SEDECO]起重機，鋼絲繩直徑分別為82.6mm和76.2mm。前者捲筒直徑1 363mm，法蘭間距1 487mm，共卷繞14層；後者捲筒直徑1 422mm，法蘭間距1 152mm，共卷繞16層。
(2)鋼絲繩層數
最多為49層，用在日本[百鳳丸]號海洋研究船的3號起重機上。鋼絲繩直徑6mm，捲筒直徑450mm，法蘭間距698mm；其次為英國的WDA.10.40型深海探測絞車，纏繞鋼絲繩48層，線速度為172m/min，但鋼絲繩較細，直徑只有6.45mm。
(3)線速度
折線捲筒的最大線速度為190m/min，用於南非海軍使用的水文勘察絞車，該絞車捲筒的容繩量達10 000m，但鋼絲繩直徑只有4mm；其次為英國的深海重型單捲筒鑽探絞車，最後一層鋼絲繩線速度為180m/min，折線繩槽捲筒容納9 096m長的鍍鋅變截面鋼絲繩，纏繞36層，鋼絲繩直徑從13mm變到11mm。還有英國的WDA.10.40型深海探測絞車，最後一層鋼絲繩的線速度為172m/min。
(4)捲筒直徑、容繩量
捲筒的容繩量最大為10 000m，用在南非海軍水文勘察絞車上。另外，日本某設備的電纜卷取裝置也達到了10 000m的容繩量，且電纜直徑44mm，捲筒的名義直徑4 525mm，法蘭間距4 500mm，是已知的折線捲筒中捲筒尺寸最大的。
2.3 在水電工程上的套用
Lebus公司的折線繩槽卷繞技術雖然在諸多領域廣泛套用，但在歐美諸國水工啟閉機械領域內尚難覓其例。這同這些國家的水工布置特點和機械工程師在水工閘門啟閉機的選型上大多寧可選用液壓啟閉機的選型指導思想有關。所以，在西方的水電站建設中很少見有採用大噸位高揚程卷揚啟閉機的工程實例。在日本，則能找到一些套用實例，見表1（略）。
根據表1（略）可以看出，在日本的水工起重機械上，折線繩槽捲筒的鋼絲繩最粗為60mm，捲筒直徑最大到2 400mm，卷繞的層數最多達到了10層，而捲筒的長度普遍較短。
3. Lebus公司對摺線繩槽使用條件的限制
Lebus公司對摺線繩槽的使用條件做出了如下規定：
(1)捲筒的法蘭必須在任何條件下都保持與捲筒壁垂直，即使在有荷載作用時也一樣；
(2)為避免鋼絲繩出現“跳槽”或“越軌”現象，鋼絲繩必須保持足夠的拉力，以使鋼絲繩能始終緊貼繩槽表面。當不滿足此條件時，應加設鋼絲繩壓輥。
在這方面， Lebus公司的一些分公司規定了具體數值，但稍有差異：Lebus德國分公司規定鋼絲繩上的拉力應不小於鋼絲繩破斷荷載的2%(或工作荷載的10%)，而日本分公司則規定應不小於鋼絲繩破斷荷載的1.7%。
(3)繩索偏角最好保持在0.25°～1.25°內，最大不超過1.5°，如不能滿足此條件，則必須使用Lebus鋼絲繩偏角補償器(Fleet angle compensator)來進行糾正。
關於繩索的最小偏角，Lebus公司的一些分公司之間稍有差異，如：美國和日本規定為不小於0.25°，而德國規定為不小於0.5°。
(4)從捲筒上放出的鋼絲繩繞向定滑輪時，定滑輪的中心必須與捲筒法蘭間的寬度對中。
(5)繩索必須保持它的不鬆散性和圓的形狀，即使在最大荷載下也一樣。
Lebus公司認為，當滿足以上條件時，使用折線繩槽捲筒可安全地進行多層卷繞而不會出現任何問題。