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上海振華重工（集團）股份有限公司 上海 200125
摘 要：中心回轉軸承可以同時承受較大的軸向、徑向負荷和傾覆力矩，是大型全回轉浮式起重機的重要部件。由于中心回轉軸承安裝在回轉裝置內部，若軸承損壞，則難以對其進行維護和更換。為解決這一難題，文中提出一種大型回轉軸承的易拆卸設計方法，并對回轉軸承外圈座兩種形式進行了比較計算。
關鍵詞：全回轉浮式起重機；回轉軸承；易拆卸；設計
中圖分類號：TH218 文獻標識碼：A 文章編號：1001-0785（2020）17-0059-03
大型全回轉浮式起重機（以下簡稱浮吊）可在無需船體位移的情況下完成吊重物橫向位移，尤其適于在船兩舷的轉移吊重，可大大提高浮吊海上作業(yè)的安全性。近些年來，隨著海洋石油開發(fā)、大型海上工程建設、海洋平臺的拆卸與安裝、沿海風電設備安裝和海難救助事業(yè)的發(fā)展，大型全回轉浮吊的需求迅猛增加。
中心回轉裝置和回轉支承裝置（主要是滾輪和反滾輪）是大型浮吊實現(xiàn)全回轉的關鍵技術，承載整臺浮吊的自重載荷、其他載荷以及因此產生的傾覆力矩。全回轉支撐裝置的研究有：文獻[1] 研究了滾輪輪壓的形成及優(yōu)化對回轉浮吊設計的重要意義；文獻[2] 通過分析臺車式回轉支承裝置和多排密布滾輪式回轉支撐裝置的結構特點，提出了新型的鏈式滾輪回轉支撐裝置；文獻[3] 假設浮吊回轉底盤和下支撐為極大鋼體，提出一種快速且較準確設計浮吊回轉支撐的方案，但關于另一項大型浮吊全回轉關鍵技術——中心回轉裝置的研究相對較少，設計方案也很單一。文中提出一種新型易拆卸回轉軸承設計安裝方法，并對外圈座兩種形式進行比較計算。
1 回轉軸承易拆卸型設計方法
中心回轉軸承是大型全回轉浮吊的重要構件，目前市場存在的浮吊大多在中心回轉軸承損壞后，更換代價非常巨大，需要將中心回轉裝置以上結構（包括回轉底盤、桁框架、人字架、臂架等）都拆卸，如圖1 所示，才能更換中心回轉軸承，大大降低全回轉浮吊的使用效率。
圖1 中心回轉裝置位置
中心回轉裝置主要由軸承外圈座、軸承內圈座和中心回轉軸承三部分組成，見圖2?；剞D軸承外圈座與底盤用高強度螺栓連接，回轉軸承內圈座為下支撐筒體的一部分，軸承內、外圈座之間由分段軸承相互潤滑連接，軸承外圈座與筒體之間高度空間較大，輕松實現(xiàn)軸承外圈座的脫離，便于回轉軸承損壞后更換，解決了回轉軸承制造、安裝和更換維護技術難題。圖2a 為中心回轉裝置在正常工作時回轉軸承內外圈的裝配位置，圖2b為中心回轉裝置在維修時回轉軸承內外圈的裝配位置。拆除回轉軸承外圈座和上部回轉結構之間的固定螺栓，回轉軸承外圈座自動脫落在下部固定結構上，露出回轉軸承，以便于對回轉軸承的更換、維護。為了保證充分潤滑，在外圈座的外側面上加工有潤滑油孔，用來給軸承加注潤滑油。
（a）正常工作狀態(tài)
（b）維修狀態(tài)
圖2 回轉軸承易拆卸設計方法
2 軸承外圈座方案比較
作為連接起重機底座與內筒體之間的核心部件，回轉軸承外圈座和內圈座在拖航時會受到較大的橫向力，合理的設計方案對其受力有較大影響。圖3 為軸承外圈座的兩個初步設計方案，其中圖3a 為L 形結構，即軸承外圈座與起重機底部的連接部結構位于圈座壁的上側，壁端下側分布多個梯形肋板；圖3b 為T 形結構，即連接部結構位于圈座壁的中間位置。為了分析比較這兩個設計方案的受力情況，分別對其進行了有限元計算。
（a）L 形結構- 方案1
（b）T 形結構- 方案2
圖3 軸承外圈座設計方案
在建立以上兩個設計方案的有限元模型時，考慮到以下幾點：1）計算的目的是為了比較兩個方案的結構受力情況，故構建模型中應反映出不同方案之間的結構區(qū)別；2）其余條件設置應盡量不變；3）兩個設計方案的實際受力情況應分別構建詳細模型來分析。模型尺寸以 “振華30”輪起重機為依據(jù)，位移約束和載荷作用如圖4 所示，其中位移約束為三個方向的平動。關于作用力的設置，考慮到作用端面為一圓弧面，不同位置節(jié)點的作用力大小不同，故作用力根據(jù)其節(jié)點位置不同而有
式中：FN 為平均作用力值，TOTAL -N 為圓弧面的節(jié)點個數(shù)，F(xiàn)j(i) 為各節(jié)點的作用力大小，N 為網格單元劃分數(shù)量，i 為各節(jié)點按圓弧位置不同的編號。
圖4 位移約束和作用力加載
模型的計算結果如圖5 所示，根據(jù)以上計算結果匯總得到下表1。由表1 可知，T 形方案相對與L 形方案在載荷不變的情況，結構整體受力和變形情況有一定改善，最大應力值降低19.3％，最大變形量降低37.4％。
圖5 軸承外圈座L 形方案和T 形方案計算比較
該計算結果主要用于比較L 形方案和T 形方案在結構受力情況上的變化，但由于模型做了一定簡化，其計算值并不能作為結構實際受力的結果參考, 實際受力需進行詳細建模。
3 方案創(chuàng)新性和應用實例
“振華30”輪是世界上單臂起重量最大的全回轉起重打撈工程船，單臂最大起重量為12 000 t。如此龐然大物，中心回轉裝置上部結構，包括臂架、人字架、桁框架、回轉底盤等的安裝及拆卸都需要付出極大財力、物力、人力。因此，其中心回轉裝置采用此易拆卸型設計，回轉軸承直徑為6.5 m，整個回轉軸承分為18 段，一旦回轉軸承損壞或磨損到極限時，便可以將軸承外圈座脫落至下部固定結構上，露出回轉軸承，從而方便對回轉軸承部分或全部進行更換、維護等，目前該方案應用良好。
4 結論
中心回轉軸承的承載較大，使用頻繁，由于中心回轉軸承安裝在回轉裝置內部，若軸承損壞或磨損至極限時，則需付出巨大人力和經濟成本對其進行更換。本文提出一種易拆卸型中心回轉裝置，輕松實現(xiàn)軸承外圈座的脫離，便于回轉軸承的損壞后更換，解決了回轉軸承制造、安裝和更換維護技術難題。同時，提出兩種軸承外圈座型式，并通過有限元計算比較了軸承外圈座L 形結構和T 形結構的受力變形情況，該分析思路和結果對其他設計具有一定參考價值。
參考文獻
[1] 隋振華，嚴兵，郭宏亮. 超大型全回轉浮吊輪壓分析及優(yōu)化研究[J]. 船舶工程，2015，37（12）：40-81．
[2] 王悅民，邱慧清，童民慧. 超大型全回轉浮吊新型回轉支撐裝置關鍵技術的研究[J]. 中國工程機械學報，2009，7（2）：180-184．
[3] 彭奇，陸忠華，黃瑋東. 大型全回轉浮吊回轉支撐技術研究[J]. 港口裝卸，2012(5)：9-11．
上海振華重工（集團）股份有限公司 上海 200125
摘 要：中心回轉軸承可以同時承受較大的軸向、徑向負荷和傾覆力矩，是大型全回轉浮式起重機的重要部件。由于中心回轉軸承安裝在回轉裝置內部，若軸承損壞，則難以對其進行維護和更換。為解決這一難題，文中提出一種大型回轉軸承的易拆卸設計方法，并對回轉軸承外圈座兩種形式進行了比較計算。
關鍵詞：全回轉浮式起重機；回轉軸承；易拆卸；設計
中圖分類號：TH218 文獻標識碼：A 文章編號：1001-0785（2020）17-0059-03
大型全回轉浮式起重機（以下簡稱浮吊）可在無需船體位移的情況下完成吊重物橫向位移，尤其適于在船兩舷的轉移吊重，可大大提高浮吊海上作業(yè)的安全性。近些年來，隨著海洋石油開發(fā)、大型海上工程建設、海洋平臺的拆卸與安裝、沿海風電設備安裝和海難救助事業(yè)的發(fā)展，大型全回轉浮吊的需求迅猛增加。
中心回轉裝置和回轉支承裝置（主要是滾輪和反滾輪）是大型浮吊實現(xiàn)全回轉的關鍵技術，承載整臺浮吊的自重載荷、其他載荷以及因此產生的傾覆力矩。全回轉支撐裝置的研究有：文獻[1] 研究了滾輪輪壓的形成及優(yōu)化對回轉浮吊設計的重要意義；文獻[2] 通過分析臺車式回轉支承裝置和多排密布滾輪式回轉支撐裝置的結構特點，提出了新型的鏈式滾輪回轉支撐裝置；文獻[3] 假設浮吊回轉底盤和下支撐為極大鋼體，提出一種快速且較準確設計浮吊回轉支撐的方案，但關于另一項大型浮吊全回轉關鍵技術——中心回轉裝置的研究相對較少，設計方案也很單一。文中提出一種新型易拆卸回轉軸承設計安裝方法，并對外圈座兩種形式進行比較計算。
1 回轉軸承易拆卸型設計方法
中心回轉軸承是大型全回轉浮吊的重要構件，目前市場存在的浮吊大多在中心回轉軸承損壞后，更換代價非常巨大，需要將中心回轉裝置以上結構（包括回轉底盤、桁框架、人字架、臂架等）都拆卸，如圖1 所示，才能更換中心回轉軸承，大大降低全回轉浮吊的使用效率。
圖1 中心回轉裝置位置
中心回轉裝置主要由軸承外圈座、軸承內圈座和中心回轉軸承三部分組成，見圖2?；剞D軸承外圈座與底盤用高強度螺栓連接，回轉軸承內圈座為下支撐筒體的一部分，軸承內、外圈座之間由分段軸承相互潤滑連接，軸承外圈座與筒體之間高度空間較大，輕松實現(xiàn)軸承外圈座的脫離，便于回轉軸承損壞后更換，解決了回轉軸承制造、安裝和更換維護技術難題。圖2a 為中心回轉裝置在正常工作時回轉軸承內外圈的裝配位置，圖2b為中心回轉裝置在維修時回轉軸承內外圈的裝配位置。拆除回轉軸承外圈座和上部回轉結構之間的固定螺栓，回轉軸承外圈座自動脫落在下部固定結構上，露出回轉軸承，以便于對回轉軸承的更換、維護。為了保證充分潤滑，在外圈座的外側面上加工有潤滑油孔，用來給軸承加注潤滑油。
（a）正常工作狀態(tài)
（b）維修狀態(tài)
圖2 回轉軸承易拆卸設計方法
2 軸承外圈座方案比較
作為連接起重機底座與內筒體之間的核心部件，回轉軸承外圈座和內圈座在拖航時會受到較大的橫向力，合理的設計方案對其受力有較大影響。圖3 為軸承外圈座的兩個初步設計方案，其中圖3a 為L 形結構，即軸承外圈座與起重機底部的連接部結構位于圈座壁的上側，壁端下側分布多個梯形肋板；圖3b 為T 形結構，即連接部結構位于圈座壁的中間位置。為了分析比較這兩個設計方案的受力情況，分別對其進行了有限元計算。
（a）L 形結構- 方案1
（b）T 形結構- 方案2
圖3 軸承外圈座設計方案
在建立以上兩個設計方案的有限元模型時，考慮到以下幾點：1）計算的目的是為了比較兩個方案的結構受力情況，故構建模型中應反映出不同方案之間的結構區(qū)別；2）其余條件設置應盡量不變；3）兩個設計方案的實際受力情況應分別構建詳細模型來分析。模型尺寸以 “振華30”輪起重機為依據(jù)，位移約束和載荷作用如圖4 所示，其中位移約束為三個方向的平動。關于作用力的設置，考慮到作用端面為一圓弧面，不同位置節(jié)點的作用力大小不同，故作用力根據(jù)其節(jié)點位置不同而有
式中：FN 為平均作用力值，TOTAL -N 為圓弧面的節(jié)點個數(shù)，F(xiàn)j(i) 為各節(jié)點的作用力大小，N 為網格單元劃分數(shù)量，i 為各節(jié)點按圓弧位置不同的編號。
圖4 位移約束和作用力加載
模型的計算結果如圖5 所示，根據(jù)以上計算結果匯總得到下表1。由表1 可知，T 形方案相對與L 形方案在載荷不變的情況，結構整體受力和變形情況有一定改善，最大應力值降低19.3％，最大變形量降低37.4％。
圖5 軸承外圈座L 形方案和T 形方案計算比較
該計算結果主要用于比較L 形方案和T 形方案在結構受力情況上的變化，但由于模型做了一定簡化，其計算值并不能作為結構實際受力的結果參考, 實際受力需進行詳細建模。
3 方案創(chuàng)新性和應用實例
“振華30”輪是世界上單臂起重量最大的全回轉起重打撈工程船，單臂最大起重量為12 000 t。如此龐然大物，中心回轉裝置上部結構，包括臂架、人字架、桁框架、回轉底盤等的安裝及拆卸都需要付出極大財力、物力、人力。因此，其中心回轉裝置采用此易拆卸型設計，回轉軸承直徑為6.5 m，整個回轉軸承分為18 段，一旦回轉軸承損壞或磨損到極限時，便可以將軸承外圈座脫落至下部固定結構上，露出回轉軸承，從而方便對回轉軸承部分或全部進行更換、維護等，目前該方案應用良好。
4 結論
中心回轉軸承的承載較大，使用頻繁，由于中心回轉軸承安裝在回轉裝置內部，若軸承損壞或磨損至極限時，則需付出巨大人力和經濟成本對其進行更換。本文提出一種易拆卸型中心回轉裝置，輕松實現(xiàn)軸承外圈座的脫離，便于回轉軸承的損壞后更換，解決了回轉軸承制造、安裝和更換維護技術難題。同時，提出兩種軸承外圈座型式，并通過有限元計算比較了軸承外圈座L 形結構和T 形結構的受力變形情況，該分析思路和結果對其他設計具有一定參考價值。
參考文獻
[1] 隋振華，嚴兵，郭宏亮. 超大型全回轉浮吊輪壓分析及優(yōu)化研究[J]. 船舶工程，2015，37（12）：40-81．
[2] 王悅民，邱慧清，童民慧. 超大型全回轉浮吊新型回轉支撐裝置關鍵技術的研究[J]. 中國工程機械學報，2009，7（2）：180-184．
[3] 彭奇，陸忠華，黃瑋東. 大型全回轉浮吊回轉支撐技術研究[J]. 港口裝卸，2012(5)：9-11．
