船舶缆绳的弹射及作业安全分析

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摘要：摘 要：通过分析缆绳的形变情况、弹射类型、弹射区域，以及影响弹射的因素，旨在防范缆绳弹射造成人员伤亡事故，提高作业人员安全意识。 关键词：缆绳弹射;反弹区;缆绳作业;船舶安全;拖带作业 0 引 言 船舶在靠离泊、拖带等工作中，系、解缆绳是一项高风险的

　　摘 要：通过分析缆绳的形变情况、弹射类型、弹射区域，以及影响弹射的因素，旨在防范缆绳弹射造成人员伤亡事故，提高作业人员安全意识。

　　关键词：缆绳弹射;反弹区;缆绳作业;船舶安全;拖带作业

　　0 引 言

　　船舶在靠离泊、拖带等工作中，系、解缆绳是一项高风险的甲板工作，缆绳弹射造成人员伤亡事故时有发生。本文分析缆绳弹射情况以及影响缆绳弹射的各种因素，为船舶系、解缆作业安全寻找防范措施，提供参考意见。

　　1 缆绳的形变

　　缆绳的内部形变。缆绳是由多股单独绳股编制而成的，每股绳股由多根单根绳线组成，每根绳线又由纤维丝或金属丝制成。每个单独股的中心轴线围绕缆绳中心轴成螺旋形，每个单独股之间都有一定的间隙。当缆绳受力拉伸时，不仅缆绳中的每个单独股将被拉长变形，而且由于单独股之间的间隙，缆绳内部螺旋结构在一定范围内可以像弹簧一样拉升。因此，我們根据弹性形变原因的不同，定义为缆绳的材料弹性拉伸形变和结构弹性拉伸形变。

　　缆绳的外部形变。缆绳可顺着缆绳方向传递张力，但不抗压。缆绳的状态可从弯曲松弛成为拉直，或由拉直成为弯曲松弛，或由一种弯曲松弛变为另一种弯曲松弛状态。这种因缆绳各段之间的相对位移而导致缆绳以多种弯曲形状呈现，不同弯曲形状之间的转换过程可以认为是缆绳的塑形过程。即使缆绳是刚性绳，即没有弹性形变，这种塑形过程也是存在的，为了方便在工作中使用，定义为缆绳的塑形形变。

　　2 缆绳的弹射

　　当缆绳在不受外力且不存在拉伸形变，静止放置时，缆绳是不会自己动起来的，更不会发生弹射伤人。缆绳只有在受到外力或内部储存的势能得到释放，缆绳获得了动能，才会弹射伤人。

　　缆绳的弹性弹射。在缆绳受到较大拉伸力，缆绳发生拉伸形变，缆绳内部储存了一定的弹性势能，且当缆绳破断等情况发生时，使得缆绳储存的弹性势能释放，并转化为缆绳的动能，缆绳将顺着拉伸力反方向运动。这种缆绳弹射所需的能量来自缆绳储存的弹性势能，为了方便在工作中使用，我们可以把这种缆绳运动定义为缆绳的弹性弹射。

　　缆绳的塑形弹射。还有一种情况，松弛的缆绳受到外力，外力将造成缆绳由松弛到拉直的塑形形变，缆绳各段将发生位移，当缆绳破断时将抽扫过特定区域，最终回到松弛的状态。或者在缆绳通过导向滚轮，缆绳变向，且受持续的外力作用时，导向滚轮失效或缆绳跳出导向滚轮，缆绳各段将发生位移，将抽扫过特定区域，最终被拉伸至新的拉直状态。这些因缆绳塑形而造成的缆绳弹射，我们可以把它定义为缆绳的塑形弹射。

　　3缆绳的弹射区域分析

　　3.1 弹射区域分析

　　为了方便分析缆绳的弹射，我们可以把缆绳弹射的实际空间问题简化为平面问题。在同一平面上缆绳一端固定，另一端拉伸使其内部储存一定弹性势能，而缆绳另一端被释放时，弹性势能将转化为缆绳的动能，缆绳运动的方向将顺着缆绳拉伸方向的反方向运动，即向固定点方向运动。

　　我们将缆绳分为无数等分，如图1所示。离断缆点最近为F1段，依次向固定点方向为F2，F3，F4……离固定点最近为FN段。当缆绳弹性势能转化为缆绳的动能，即缆绳无拉伸形变时，缆绳获得最大动能，此时固定点最近的FN段是与固定点连接的，可认为FN段动能趋近于0，即速度趋近于0，即VFN→0。由于缆绳发生拉伸形变时，受力方向始终在缆绳延伸方向上，传递张力更为直接，且缆绳各段是连续的，可知在缆绳弹性势能全部释放时，F1段的速度VF1一定大于等于F2段的速度VF2。依次类推，VF1≥VF2≥VF3≥VF4……≥VFN→0。当存储的弹性势能转化为动能时，受力方向将是从断缆点指向固定点，造成缆绳受压。但是压力传递需要受力角度稳定，在势能和动能转化过程中，没有外力的限制作用，很难做到受力角度稳定。当受力角度不在缆绳延伸线上时，缆绳会发生弯曲，缆绳的塑形形变将会使缆绳的各段在y轴方向上发生位移。随着各段离断缆点距离的增加，y轴方向上的位移也将增加。x轴和y轴上的共同运动，使得缆绳弹射区域呈扇形。由于弹射过程存在偶然性，该弹射区域仅是存在弹射到的可能性，并不是每次弹射都全部覆盖该区域。该扇形区域不仅和缆绳长度有关，而且和缆绳的曲率、重量等均有关。

　　3.2 缆绳绕过单个导向滚轮的弹射区域

　　当缆绳一端固定，绕过导向滚轮，缆绳变向后延伸，并且缆绳受力内部储存有一定弹性势能，延伸端断裂时，缆绳将先向导向滚轮方向弹射，因导向滚轮对缆绳的导向性，限制缆绳向导向滚轮内侧运动，当缆绳通过导向滚轮外侧后弹射区域将增大，弹射区域呈多边形，如图2所示。

　　3.3 缆绳绕过多个导向滚轮的弹射区域

　　缆绳固定点和导向滚轮的位置是固定的，而断缆点可能是缆绳的任意一点，因缆绳断缆点的不同，缆绳弹射区域也不同。当受力的缆绳经过多个导向滚轮，发生断缆弹射时，弹射区域将较为复杂。断缆点的不同，缆绳弹射区域也不同。所谓安全三角区仅是相对安全，也有被缆绳弹到的危险，如图3所示。

　　3.4 导向滚轮失效的弹射区域及其他情况

　　当缆绳一端固定，绕过导向滚轮，缆绳变向后延伸，并且缆绳受持续的外力，内部储存有一定弹性势能，当导向滚轮失效或缆绳跳出导向滚轮时，缆绳各段在外力作用下发生位移，将向缆绳拉直方向弹射，弹射区域呈多边形。或缆绳在甲板上盘置成的绳圈，当缆绳受力，缆绳各段发生位移，缆绳将被拉直，绳圈将缩小，绳圈内部区域为弹射区域。或原松弛状态的缆绳，快速受力拉伸时，缆绳将向缆绳拉直方向塑形弹射，弹射区域呈多边形，如图4所示。

　　4 影响缆绳弹射的其他因素

　　实际上， 缆绳弹射区不仅和缆绳固定点、导向滚轮、 断缆点、缆绳长度、缆绳曲率有关，而且和缆绳自身重量、缆绳的受力情况、缆绳与甲板摩擦力、缆绳自身内部摩擦以及缆绳拉伸形变储存的弹性势能大小等都有关。

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