全回转浮式起重机回转驱动机构的载荷计算

全回转浮式起重机回转驱动机构的载荷计算邵雄（长江船舶设计院港机工程研究设计部武汉430062）摘要：本文以700t全回转浮式起重机为例，对回转类浮式起重机回转驱动机构所受载荷进行简要分析与计算。关键词：浮式起重机、回转机构、驱动机构Abstract:Thispaperbrieflyanalyzestheloadingontheslewinggearofslewingfloatingcraneas700tslewingfloatingcraneforanexample.Keywords:floatingcrane;slewinggear;divingmechanism.近年来，随着海洋资源开发，大型海上工程建设、海上救助等事业的发展，与之紧密相连的大型浮式起重机也得到了迅速地发展，并成为海上作业不可缺少的吊装设备。与非回转浮式起重机相比，全回转浮式起重机利用自身的回转机构就可以完成回转作业，因此它具有作业灵活，作业效率高的特点。臂架2.防后倒支架3.人字架4.框架5.配重箱6.回转支承及圆筒总成7.臂架搁置架8.吊钩图1. 700t全回转浮式起重机结构示意图图1所示为我院设计的700t全回转浮式起重机示意图。本文以该机为例，对回转驱动机构所受的载荷进行分析与计算。该机回转机构的工作级别为M3,回转速度为:满载时，n=0.025〜0.25r/min空载时，n=0.03〜0.33r/min。表1所示为回转机构带载工况。表1.回转机构带载工况:工况额定起重量主钩幅度起升动载系数％作业系数％①550t45m1.11.05②450t45m1.381.2③700t32m1.11.05④250t68m1.11.05其中工况②为特殊工况，其它工况为正常工况；起升动载系数％、作业系数％均以实际工况按《船舶与海上设施起重设备规范2007版》选取。下文选择以起重机受力最恶劣的工况一一工况①进行分析计算。1、本机回转机构简介本机回转机构由滚子夹套式回转支承装置（图2）和回转驱动装置两大部分组成。回转部分由滚子夹套式回转支承支持在圆筒总成上，由驱动装置来驱动回转部分相对于固定部分的回转。滚子夹套式回转支承装置主要由上下两层轨道和中间圆柱形滚轮组成。上层轨道和转盘相连为回转部分,下层轨道和底座圆筒相连为固定部分，滚轮夹在两轨道中间起类似轴承滚子的作用。该装置中滚轮数目很多，因此承载能力特别大。本机回转驱动装置采用的传动型式为：立式电动机与行星齿轮减速器传动。为避免传动部件的过载损坏，电动机与减速器间由极限力矩联轴器联接。在最后一级传动中，本机采用的是销齿传动。销齿传动适用于低速、重载的机械传动，且加工容易拆修方便，在大型回转起重机中应用广泛。1.转盘2.下轨道3.中心轴枢4.上轨道5.滚轮6.反滚轮图2. 700t全回转浮式起重机回转支承示意图2、回转驱动机构所受的载荷与计算起重机稳定回转时，回转机构须克服的阻力矩主要有：回转支承装置中的摩擦阻力矩；风力作用在起重机回转部分上的风阻力矩（本机对应计算风压qI=150N/m2，qII=250N/m2）；浮船倾侧造成的倾侧阻力矩。其中，回转支承装置中的摩擦阻力矩M摩又由圆柱形滚轮在轨道上滚动时产生的摩擦阻力矩M滚和中心轴枢摩擦产生的摩擦阻力矩M枢构成。下面分别计算各种回转阻力矩：2.1摩擦阻力矩圆柱形滚轮在轨道上滚动时产生的摩擦阻力矩：M=GxR( 3口x口br'Ub—ak+ 套轴滚]r1 %J套4J式中符号含义：G 包括物品重量在内的起重机回转部分的重量G=G回+G物R——支承轨道的平均半径R=7m °r 滚子的半径r=0.235mk——滚子在滚道上的滚动摩擦系数k=0.0005mM——滚子在轨道上的滑动摩擦系数p=0.1M套一一滚子轴套中的滑动摩擦系数p套=0.1r轴 滚子心轴的半径r轴=0.04mb——支承轨道的宽度b=0.21mb套——滚子轴套的长度b套=0.272ma——滚动摩擦的附加系数，取a=1.3G回——回转部分重量=22853000NG物——起重机起重量=5500000N

由风力产生的回算得：M滚=893430N.m由风力产生的回中心轴枢摩擦产生的摩擦阻力矩M:枢M枢=0.5PXpXd式中：轴径d=1770mm=1.77mp=0.1P=141285N（中心轴枢所受水平力）算得：M枢=12503N.m于是得出总摩擦阻力矩M摩=M滚+M枢=905933N.m2.2风阻力矩起重机回转中，若作用在回转部分上的风力对起重机回转起阻挡作用时，便对起重机产生一个阻力矩。这一阻力矩会随着臂架与风向夹角的变化而变化，当臂架与风向垂直时，转阻力矩达到最大值：风max虹=P风物XR+P风回风max式中：P风物---物品上的风力，P风回---垂直作用于回转部分上的风力R——主钩幅度R=45mL——起重机回转部分迎风面积形心到回转轴线的距离L=5.138m构件所受风载荷计算公式为：PM=CXKhXqXA式中：C——风载体型系数Kh 风压高度变化系数q 计算风压值P风回i=123285N，代入I、II类风下的物品和回转部分的风载荷PP风回i=123285N，P风回ii=205475N得总风载荷为： ' 'M风Imax=1443438.3N.mM风Iimax=2405730.6N.m于是分别得到I、II类风下的等效风阻力矩：M风i=0.7M风imax=1010407N.mM风ii=0.7M风［ax=1684011N.m2.7倾侧阻力矩浮船在倾覆力矩的作用下将发生倾侧，此时起重机回转则须克服一个倾侧阻力矩。浮船倾侧造成的回转阻力矩由下式计算：M2M=——x倾2DM倾达到最大值，即：M2M=——x倾2DM倾达到最大值，即：rii）M2M=x倾max2D式中符号含义：M——由起重机回转部分的总重力（包括货物）所引起的总倾覆力矩M=（G回+G）Xb=151448841N.mb——包括物品在内的起重机回转部分的重量重心到回转轴线的距离=5.3415mD——包括船体起重机及货物在内的浮式起重机的总重力=280460000Nh0 横稳心高度=8.7mh^——纵稳心高度=250mG——起重机回转部分的重量=22853000N回G物——货物的重量=5500000N于是：M倾max=4536585N.mM倾：=0.7XM倾max=3175609N.m3、 倾回转阻力矩的组合以上分析计算了回转阻力矩之后，就可以来确定各种不同状态下的载荷组合，从而求出实际计算需要的各类计算载荷，讨论如下：I类载荷3.1.1电动机工作时的I类载荷一般初步计算电动机平稳工作状态的正常工作载荷时，将以上各项阻力矩直接相加即：Mid=M+M风i+M倾[=905933+1010407+3175609=5091949N.m此载荷作为初步选择电动机功率及验算电动机发热时的等效载荷（I类载荷）3.1.2接触疲劳强度的等效载荷（I类载荷）用来计算接触疲劳强度的I类载荷约为电动机工作时I类载荷的100%〜110%，即M]产（1.0〜1.1）MId此处可取MIz=1.1MId=5601143.9N.mII类载荷H IZII类载荷为起重机回转机构在稳定运行中须克服的最大回转阻力矩：Mii=M+M风ii+M倾max=905933+1684011+4536585=7126529N.m由以命算得出iJi?类载荷后便可进行电动机、减速器等外购配套件的选型计算以及传动零部件的设计计算。4、 结束语本文以700t全回转浮式起重机为例，对此类起重机回转驱动机构所受的载荷进行了简要的分析与计算。实际中，此类起重机的作业工况复杂多样，回转支承与驱动机构的型式也不尽相同，而且起重机所采用的电力拖动及控制也直接影响驱动机构载荷的计算。因此，在做各种机型的计算时应紧密结合起重机的实际要求、实际工况，对回转驱动机构载荷进行针对