全回轉(zhuǎn)浮式起重機(jī)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的載荷計(jì)算

全回轉(zhuǎn)浮式起重機(jī)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的載荷計(jì)算邵雄（長江船舶設(shè)計(jì)院港機(jī)工程研究設(shè)計(jì)部武漢430062）摘要：本文以700t全回轉(zhuǎn)浮式起重機(jī)為例，對回轉(zhuǎn)類浮式起重機(jī)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所受載荷進(jìn)行簡要分析與計(jì)算。關(guān)鍵詞：浮式起重機(jī)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)Abstract:Thispaperbrieflyanalyzestheloadingontheslewinggearofslewingfloatingcraneas700tslewingfloatingcraneforanexample.Keywords:floatingcrane;slewinggear;divingmechanism.近年來，隨著海洋資源開發(fā)，大型海上工程建設(shè)、海上救助等事業(yè)的發(fā)展，與之緊密相連的大型浮式起重機(jī)也得到了迅速地發(fā)展，并成為海上作業(yè)不可缺少的吊裝設(shè)備。與非回轉(zhuǎn)浮式起重機(jī)相比，全回轉(zhuǎn)浮式起重機(jī)利用自身的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)就可以完成回轉(zhuǎn)作業(yè)，因此它具有作業(yè)靈活，作業(yè)效率高的特點(diǎn)。臂架2.防后倒支架3.人字架4.框架5.配重箱6.回轉(zhuǎn)支承及圓筒總成7.臂架擱置架8.吊鉤圖1. 700t全回轉(zhuǎn)浮式起重機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖圖1所示為我院設(shè)計(jì)的700t全回轉(zhuǎn)浮式起重機(jī)示意圖。本文以該機(jī)為例，對回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所受的載荷進(jìn)行分析與計(jì)算。該機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作級別為M3,回轉(zhuǎn)速度為:滿載時(shí)，n=0.025?0.25r/min空載時(shí)，n=0.03?0.33r/min。表1所示為回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶載工況。表1.回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶載工況:工況額定起重量主鉤幅度起升動(dòng)載系數(shù)％作業(yè)系數(shù)％①550t45m1.11.05②450t45m1.381.2③700t32m1.11.05④250t68m1.11.05其中工況②為特殊工況，其它工況為正常工況；起升動(dòng)載系數(shù)％、作業(yè)系數(shù)％均以實(shí)際工況按《船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范2007版》選取。下文選擇以起重機(jī)受力最惡劣的工況一一工況①進(jìn)行分析計(jì)算。1、本機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)簡介本機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由滾子夾套式回轉(zhuǎn)支承裝置（圖2）和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置兩大部分組成?；剞D(zhuǎn)部分由滾子夾套式回轉(zhuǎn)支承支持在圓筒總成上，由驅(qū)動(dòng)裝置來驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)部分相對于固定部分的回轉(zhuǎn)。滾子夾套式回轉(zhuǎn)支承裝置主要由上下兩層軌道和中間圓柱形滾輪組成。上層軌道和轉(zhuǎn)盤相連為回轉(zhuǎn)部分,下層軌道和底座圓筒相連為固定部分，滾輪夾在兩軌道中間起類似軸承滾子的作用。該裝置中滾輪數(shù)目很多，因此承載能力特別大。本機(jī)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置采用的傳動(dòng)型式為：立式電動(dòng)機(jī)與行星齒輪減速器傳動(dòng)。為避免傳動(dòng)部件的過載損壞，電動(dòng)機(jī)與減速器間由極限力矩聯(lián)軸器聯(lián)接。在最后一級傳動(dòng)中，本機(jī)采用的是銷齒傳動(dòng)。銷齒傳動(dòng)適用于低速、重載的機(jī)械傳動(dòng)，且加工容易拆修方便，在大型回轉(zhuǎn)起重機(jī)中應(yīng)用廣泛。1.轉(zhuǎn)盤2.下軌道3.中心軸樞4.上軌道5.滾輪6.反滾輪圖2. 700t全回轉(zhuǎn)浮式起重機(jī)回轉(zhuǎn)支承示意圖2、回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所受的載荷與計(jì)算起重機(jī)穩(wěn)定回轉(zhuǎn)時(shí)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)須克服的阻力矩主要有：回轉(zhuǎn)支承裝置中的摩擦阻力矩；風(fēng)力作用在起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分上的風(fēng)阻力矩（本機(jī)對應(yīng)計(jì)算風(fēng)壓qI=150N/m2，qII=250N/m2）；浮船傾側(cè)造成的傾側(cè)阻力矩。其中，回轉(zhuǎn)支承裝置中的摩擦阻力矩M摩又由圓柱形滾輪在軌道上滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力矩M滾和中心軸樞摩擦產(chǎn)生的摩擦阻力矩M樞構(gòu)成。下面分別計(jì)算各種回轉(zhuǎn)阻力矩：2.1摩擦阻力矩圓柱形滾輪在軌道上滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力矩：M=GxR( 3口x口br'Ub—ak+ 套軸滾]r1 %J套4J式中符號含義：G 包括物品重量在內(nèi)的起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分的重量G=G回+G物R——支承軌道的平均半徑R=7m °r 滾子的半徑r=0.235mk——滾子在滾道上的滾動(dòng)摩擦系數(shù)k=0.0005mM——滾子在軌道上的滑動(dòng)摩擦系數(shù)p=0.1M套一一滾子軸套中的滑動(dòng)摩擦系數(shù)p套=0.1r軸 滾子心軸的半徑r軸=0.04mb——支承軌道的寬度b=0.21mb套——滾子軸套的長度b套=0.272ma——滾動(dòng)摩擦的附加系數(shù)，取a=1.3G回——回轉(zhuǎn)部分重量=22853000NG物——起重機(jī)起重量=5500000N

由風(fēng)力產(chǎn)生的回算得：M滾=893430N.m由風(fēng)力產(chǎn)生的回中心軸樞摩擦產(chǎn)生的摩擦阻力矩M:樞M樞=0.5PXpXd式中：軸徑d=1770mm=1.77mp=0.1P=141285N（中心軸樞所受水平力）算得：M樞=12503N.m于是得出總摩擦阻力矩M摩=M滾+M樞=905933N.m2.2風(fēng)阻力矩起重機(jī)回轉(zhuǎn)中，若作用在回轉(zhuǎn)部分上的風(fēng)力對起重機(jī)回轉(zhuǎn)起阻擋作用時(shí)，便對起重機(jī)產(chǎn)生一個(gè)阻力矩。這一阻力矩會(huì)隨著臂架與風(fēng)向夾角的變化而變化，當(dāng)臂架與風(fēng)向垂直時(shí)，轉(zhuǎn)阻力矩達(dá)到最大值：風(fēng)max虹=P風(fēng)物XR+P風(fēng)回風(fēng)max式中：P風(fēng)物---物品上的風(fēng)力，P風(fēng)回---垂直作用于回轉(zhuǎn)部分上的風(fēng)力R——主鉤幅度R=45mL——起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分迎風(fēng)面積形心到回轉(zhuǎn)軸線的距離L=5.138m構(gòu)件所受風(fēng)載荷計(jì)算公式為：PM=CXKhXqXA式中：C——風(fēng)載體型系數(shù)Kh 風(fēng)壓高度變化系數(shù)q 計(jì)算風(fēng)壓值P風(fēng)回i=123285N，代入I、II類風(fēng)下的物品和回轉(zhuǎn)部分的風(fēng)載荷PP風(fēng)回i=123285N，P風(fēng)回ii=205475N得總風(fēng)載荷為： ' 'M風(fēng)Imax=1443438.3N.mM風(fēng)Iimax=2405730.6N.m于是分別得到I、II類風(fēng)下的等效風(fēng)阻力矩：M風(fēng)i=0.7M風(fēng)imax=1010407N.mM風(fēng)ii=0.7M風(fēng)［ax=1684011N.m2.7傾側(cè)阻力矩浮船在傾覆力矩的作用下將發(fā)生傾側(cè)，此時(shí)起重機(jī)回轉(zhuǎn)則須克服一個(gè)傾側(cè)阻力矩。浮船傾側(cè)造成的回轉(zhuǎn)阻力矩由下式計(jì)算：M2M=——x傾2DM傾達(dá)到最大值，即：M2M=——x傾2DM傾達(dá)到最大值，即：rii）M2M=x傾max2D式中符號含義：M——由起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分的總重力（包括貨物）所引起的總傾覆力矩M=（G回+G）Xb=151448841N.mb——包括物品在內(nèi)的起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分的重量重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離=5.3415mD——包括船體起重機(jī)及貨物在內(nèi)的浮式起重機(jī)的總重力=280460000Nh0 橫穩(wěn)心高度=8.7mh^——縱穩(wěn)心高度=250mG——起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分的重量=22853000N回G物——貨物的重量=5500000N于是：M傾max=4536585N.mM傾：=0.7XM傾max=3175609N.m3、 傾回轉(zhuǎn)阻力矩的組合以上分析計(jì)算了回轉(zhuǎn)阻力矩之后，就可以來確定各種不同狀態(tài)下的載荷組合，從而求出實(shí)際計(jì)算需要的各類計(jì)算載荷，討論如下：I類載荷3.1.1電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的I類載荷一般初步計(jì)算電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)工作狀態(tài)的正常工作載荷時(shí)，將以上各項(xiàng)阻力矩直接相加即：Mid=M+M風(fēng)i+M傾[=905933+1010407+3175609=5091949N.m此載荷作為初步選擇電動(dòng)機(jī)功率及驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)發(fā)熱時(shí)的等效載荷（I類載荷）3.1.2接觸疲勞強(qiáng)度的等效載荷（I類載荷）用來計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度的I類載荷約為電動(dòng)機(jī)工作時(shí)I類載荷的100%?110%，即M]產(chǎn)（1.0?1.1）MId此處可取MIz=1.1MId=5601143.9N.mII類載荷H IZII類載荷為起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在穩(wěn)定運(yùn)行中須克服的最大回轉(zhuǎn)阻力矩：Mii=M+M風(fēng)ii+M傾max=905933+1684011+4536585=7126529N.m由以命算得出iJi?類載荷后便可進(jìn)行電動(dòng)機(jī)、減速器等外購配套件的選型計(jì)算以及傳動(dòng)零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。4、 結(jié)束語本文以700t全回轉(zhuǎn)浮式起重機(jī)為例，對此類起重機(jī)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所受的載荷進(jìn)行了簡要的分析與計(jì)算。實(shí)際中，此類起重機(jī)的作業(yè)工況復(fù)雜多樣，回轉(zhuǎn)支承與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的型式也不盡相同，而且起重機(jī)所采用的電力拖動(dòng)及控制也直接影響驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)載荷的計(jì)算。因此，在做各種機(jī)型的計(jì)算時(shí)應(yīng)緊密結(jié)合起重機(jī)的實(shí)際要求、實(shí)際工況，對回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)載荷進(jìn)行針對