（机械设计及理论专业论文）连续卸船机的回转机构研究.pdf

摘要 摘要 随着港口于散货煤炭和铁矿石运输需求量的不断增大，为加快码头靠泊船 舶的周转速度，提高船舶卸船效率，连续卸船机越来越大型化。随着连续卸船 机的大型化，其主要的关键部件回转机构的的可靠性也变得至关重要了。 它上接大梁部分，下接行走部分，可使卸船机的回转部分相对行走部分回转， 以完成各种连续卸船作业要求。 本文针对与上海某港口机械集团有限公司合作的3 5 0 0 t h 链斗式连续卸船机 的回转机构进行研究，作了如下工作： ( 1 ) 对连续卸船机的基本结构和工作过程作了介绍，分析了连续卸船机的 计算载荷和载荷组合； ( 2 ) 确定回转支承的计算载荷和载荷组合；通过对回转支承的载荷分析， 得出回转支承的当量载荷，从而确定回转支承的形式； ( 3 ) 确定回转支承连接螺栓的连接形式，为确保连接的可靠性，对其进行 强度验算和疲劳强度验算； ( 4 ) 讨论与回转支承齿圈啮合的小齿轮在大功率、大负荷和变负荷下的变 位、顶隙、强度校核以及齿轮副的润滑方式； ( 5 ) 分析回转机构的回转阻力矩，为回转驱动装置的设计提供了依据； ( 6 ) 按设计提供的载荷及几何参数，运用s o l i d w o r k s 软件对回转支架进行 三维实体建模，再将其实体模型导入a n s y sw o r k b e n c h 软件进行有限元分析， 依据强度及变形结果，找出回转支架若干工况下高应力区、变形明显部位出现 的规律。 最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。 关键词：连续卸船机，计算载荷，载荷组合，回转支承，齿轮，变位系数， 高强度螺栓，有限元分析，实体建模 a b s t r a c t a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n gp o r tt r a n s p o r t a t i o nd e m a n d so ft h eb u l kc a r g oc o a la n d i r o no r e ，t h ec o n t i n o u ss h i pu n l o a d e rb e c o m e sm o r ea n dm o r el a r g es c a l ei no r d e rt o s p e e du pt h et u r n o v e rv e l o c i t yo ft h ew h a r fs h i p sa n di m p r o v i n gt h es h i pu n l o a d i n g e f f f i c i e n c y s i m u l t a n e o u s l y , t h er e l i a b i l i t yo fi t s m a i nk e yc o m p o n e n t - s l e w i n g o r g a n i z a t i o na l s ob e c a m ec r u c i a l t h es l e w i n go r g a n i z a t i o nc o n n e c t st h eb o o mp a r t s a n dt h em o v i n gp a r t s ，w h i c hc a nm a k et h es l e w i n gp a r tt u r nr o u n dt h em o v i n gp a r tt o f u l f i l l sv a r i e t yo fw o r kr e q u i r e so fc o n t i n u o u ss h i pu n l o a d e r t h i sa r t i c l ei sb a s e do nt h e3 5 0 0 t hc o n t i n u o u ss h i pu n l o a d e rc o o p e r a t e dw i t h o n eo fs h a n g h a ip o r tm a c h i n e r yc o l t d i th a sd o n et h ef o l l o w i n gw o r k s ： ( 1 ) i n t r o d u c et h eb a s i cc o n s t r u c t i o na n dw o r k i n gp r o c e s so f t h ec o n t i n u o u ss h i p u n l o a d e r ；a n a l y s i st h ec a l c u l a t e dl o a d sa n dt h el o a dc o m b i n a t i o n s ； ( 2 ) c o n f i r mt h ec a l c u l a t e dl o a d a n dt h el o a dc o m b i n a t i o n ；c a l c u l a t et h e e q u i v a l e n tl o a do ft h es l e w i n gb e a t i n gb ya n a l y s i s i n gt h el o a d so ft h es l e w i n gb e a t i n g ； c o n f i r mt h ef o r mo ft h es l e w i n gb e a r i n g ； ( 3 ) c o n f i r m t h ef o r mo ft h es l e w i n g b e a r i n gc o n n e c t i n gb o l t s ；c h e c kt h e s t r e n g t ha n dt h ef a t i g u es t r e n g t ht oe n s u r et h er e l i a b i l i t yo ft h ec o n n e c t i n g ； ( 4 ) d i s c u s st h em o d i f i c a t i o n ，t o pc l e a r a n c e ，s t r e n g t hc h e c ka n dl u b r i c a t i o no ft h e p i n i o nw h i c he n g a g e dw i t h t h eg e a rr i n go ft h es l e w i n gb e a r i n gu n d e rh i 【g h p o w e r , h i g hl o a da n da l t e r n a t i o n a ll o a d ； ( 5 ) a n a l y s i st h es l e w i n gr e s i s t a n c em o m e n to ft h es l e w i n gb e a r i n gt op r o v i d e w i t ht h eb a s i sf o rt h ed e s i g no ft h es l e w i n gd r i v ed e v i c e ； ( 6 ) a c o c o r d i n gt ot h el o a d sa n dt h eg e o m e t r yp a r a m e t e r sw h i c ht h ed e s i g n p r o v i d e s ，m a k et h e3 ds o l i dm o d e l i n go ft h es l e w i n gh o l d e rb ys o l i d w o r k s s o f t w a r e t h e ni m p o r tt h es o l i dm o d l i n gt oa n s y sw o r k b e n c hs o f t w a r et om a k e f i n i t ee l e m e n t a n a l y s i s f i n a l l y , f i n do u t t h ea r e aw i t hh i g hs t r e s sa n do b v i o u s d e f o r m a t i o n su n d e rs o m ec e r t a i nw o r k i n gc o n d i t i o n sa c c o r d i n gt os t r e n g t ha n d d e f o r m a t i o nr e s u l t s i nt h ef i n a l i t y , t h ep r o b l e m sr e q u i r i n gf u r t h e rs t u d i e sa r ed i s c u s s e d a b s t r a c t k e yw o r d s ：c o n t i n u o u ss h i pu n l o a d e r ，c a l c u l a t e dl o a d ，l o a dc o m b i n a t i o n ，s l e w i n g b e a r i n g , g e a r s ，m o d i f i c a t i o nc o e f f i c i e n t s ，h i g hs t r e n g t hb o l t s ，f i n i t e e l e m e n ta n a l y s i s ，s o l i dm o d e l i n g i l l 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：杨舟丹 上d 。7 年弓月，7 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 杨竹丹 2 d d ) 年弓月 第1 章引言 1 1 连续卸船机的发展介绍 1 1 概述 第1 章引言 利用某种连续输送机械制成能提升散粒物料的机头，或兼有自行取料能力， 或配以取料喂料装置，将散粒物料连续不断地提出船舱，然后卸载至臂架或门 架的输送机系统并运至岸边输送机系统的专用卸船机械，称为连续卸船机【l j 。 连续卸船机具有连续、封闭、作业效率高、能耗低、自重轻、对环境污染 小、货损少、可自动运行等优点。而国内对连续卸船机的研究与设计还处于起 步阶段，为了更好地为国家经济建设服务，有必要对连续卸船机展开研究与设 计。 连续卸船机的回转机构是大型连续卸船机中的主要关键机构，上接回转支 架及前大梁部件，下接门座立柱及行走部件，是承上启下的关键部件。它的性 能指标直接决定着装卸机械的使用和安全性能。一旦发生停机故障，一般要把 上千吨的上部结构提升一定高度，才能维修或更换大型回转支承，维修时间长、 费用高、停机间接损失大，甚至带来安全事故。对回转机构进行研究，是提升 整机制造水平的基础和关键，具有实际意义。 1 1 2 连续卸船机的发展 我国从2 0 世纪8 0 年代中期开始由国外引进连续卸船机，至今已引进了气 力、链斗、斗轮、夹带、波纹挡边带、埋刮、螺旋等型式的连续卸船机，进行 接卸煤炭、化肥、粮食、饲料等作业。较早引进的典型机型和参数见表1 1 。这 些引进的连续卸船机大多数取得了较好的运行效果【2 】。 我国研制连续卸船机是从2 0 世纪5 0 年代末开始的，当时曾投产过一些小 型气力式卸船机、小型压带式卸船机、小型链斗卸船机和小型埋刮板卸船机， 由于受当时技术条件限制，这些机型先后淘汰。2 0 世纪8 0 年代初，对连续卸船 第1 章引言 机技术的研究又重新开始，在引进技术消化吸收的基础上，我国开始自行研制 大型连续式卸船机械，范围涉及气力、链斗、斗轮、夹带、波纹挡边带、埋刮 板、螺旋等机型。气力卸船机和链斗卸船机投产较早，之后是螺旋卸船机、斗 轮卸船机和波状挡边带式卸船机。尽管受国内技术条件限制，国产连续卸船机 在设计、制造等方面存在一些不足，但经过改造和完善，仍能使其取得较好的 运行效果【3 】f 4 】。目前仍在运行的国产连续卸船机典型机型和参数见表1 2 。 表1 1 我国较早引进的典型连续卸船机 用户制造商机型物料 生产率( t h ) 交货期 上海港p w h 链斗煤炭 1 2 0 01 9 8 7 沙角电厂住友 链斗煤炭 8 0 01 9 8 7 福州电厂三菱链斗煤炭 1 5 0 01 9 8 8 大连港、天津港西蒙压带粮食7 5 01 9 8 5 秦皇岛港三菱波状挡边带式粮食 6 0 01 9 9 2 上海港 布勒埋刮扳粮食 1 0 0 01 9 9 5 上海港 西沃尔特螺旋 化肥5 0 01 9 9 0 沙角电厂科尼斗轮煤炭 1 5 0 0 1 9 9 4 表1 2 国产典型连续卸船机 用户研制单位机型物料 生产率( t h ) 交货期 湛江港上海港机，水运所气力粮食 4 0 01 9 8 3 武钢工业港 武汉理工大学 悬链斗 铁矿石 1 2 0 01 9 9 0 上海港上海港机，水运所链斗煤炭1 2 0 01 9 8 9 烟台港大连理工，大连重机螺旋化肥 4 0 0 1 9 9 0 青岛港上海港机，水运所 斗轮 铁矿石 1 6 0 01 9 9 4 防城粮食局上海港机，水运所波状挡边带式粮食8 0 01 9 9 9 广州港水运所气力粮食4 0 0 1 9 9 9 近来国外在连续卸船机的发展方面体现出两大趋势，在专业化大型散货码 头上接卸矿石、煤炭等流动性较差的重散货，趋向于采用大型高效的连续卸船 机，机型主要有链斗、斗轮和螺旋式，表1 3 是某些国家和地区的著名连续卸船 机制造商投产的大型连续卸船机典型产品情况1 5 l 【6 l 。另一方面，对于接卸化肥、 粮食、饲料甚至水泥等流动性较好的轻散货，国外一些厂商推荐采用小型、流 动式、多用途的连续卸船机，某些公司强调，应把设备机动性作为设计的关键 要素，设计人员考虑的关键问题是流动性、较高的能力、能量效率、无损耗作 2 第1 章引言 业、无泄漏系统、减少磨损、降低噪声等。 表1 3 国外投产的典型连续卸船机 用户制造商 机型物料 生产率( t h )交货期 t a r a n t o ( 意) t e c h i t a l i m p 链斗矿石六谋炭 7 2 0 0 陀3 0 01 9 9 9 m a i l i a o ( 台)k r u p p 链斗煤炭 2 2 0 01 9 9 8 b r i s t o l ( 英) k o n e 斗轮煤炭 2 0 0 01 9 9 8 n i p p o ns t e e l ( b ) i h l 链斗矿石煤炭 4 0 0 0 2 0 0 0 1 9 9 8 r i c h b a yb u l k r e ( 南非) c a i l l a r d带斗煤炭 2 5 0 01 9 9 8 c h u g o k u e l e e p o w ( e ) s h l链斗煤炭 2 8 0 01 9 9 7 b o u g a s ( 保) s i w e t e l l 螺旋煤炭 1 5 0 01 9 9 7 相对于国外的连续卸船机技术的发展，我国在这方面滞后许多，原因是多 方面的。尤其是电气控制系统的开发和研制，有些仍依赖于进口。未来的发展 方向，继续开发连续卸船机必须吸取已开发机型的经验教训，吸收国外产品的 长处，特别注意现有机型在实际使用中暴露的问题，在提高产品质量和使用可 靠性上下功夫，并开发制造出更加环保、更加节能、效率更高的卸船设备。 目前，国内外连续式卸船机采用链斗式的设备较多，单机效率1 0 0 3 6 0 0 讹， 作业船型从1 0 0 0 吨级内河驳船到1 5 万吨级海轮，作业货种有石灰石、煤炭、 磷酸盐、矿砂和原糖等物料。链斗式连续卸船机为国际公认的绿色散货卸船机。 与传统的抓斗卸船机相比较，其主要优点是：卸船效率高，对环境的污染小， 能耗低，质量小，工作平稳，操作易于实现自动化。 1 1 3 连续卸船机回转机构的发展 连续卸船机的回转机构主要由回转支承装置和回转驱动装置组成。前者将 卸船机的回转部分支持在固定部分，后者驱动回转部分相对于固定部分回转。 回转支承装置简称回转支承，它保证卸船机回转部分有确定的回转运动， 并承受卸船机回转部分作用于它的垂直力、水平力和倾覆力矩。 回转支承是近五十年在世界范围内随着机械工业的发展而逐渐发展起来的 新型机器部件。回转支承的应用范围很广，从最早的挖掘机和起重机，逐步发 展到其他机械领域。主要应用于工程机械( 挖掘机、装载机等) 、港口机械、起 重机械( 汽车起重机、塔式起重机等) 、冶金机械、军事装备( 坦克、雷达、火 箭发射台等) 、化工机械及医疗机械、科研设备等领域1 7 】。 3 第1 章引言 i 滚动轴承式回转支承是当前工程起重机普遍采用的一种回转支承装置。它 的回转摩擦阻力矩小，承载能力大，高度低。回转支承装置高度低，可以降低 整机的重心，从而增大起重机的稳定性能【8 】。 8 0 年代以前，我国在起重机、挖掘机等机械设备上，主要采用柱式回转支 承。随着国外技术的引进和进口设备的大量涌入，滚动轴承式回转支承的先进 性、科学性逐渐为大家所认识，如运转轻便灵活，回转阻力小；结构紧凑，外 形尺寸小；使用寿命长，维护保养方便；密封性能好，环境适应能力强；应用 范围广，便于专业化集中生产；安装方便，无中心枢轴，中间空间大，可安装 其它部件【7 。随着时间的推移，其它类型的回转支承慢慢被淘汰，回转支承也就 专指轴承式回转支承了。 我国从六十年代初期，就开始在挖掘机和起重机上应用轴承式回转支承。 但是，合肥矿山机器厂生产的w 1 0 6 型及w 3 0 6 型挖掘机，采用了外径为1 6 0 0 毫米的双排式回转支承；北京起重机厂生产的1 6 吨轮胎式起重机也采用了双排 球式回转支承。此后，国内各种旋转起重机、挖掘机、堆取料机等中的新产品， 绝大多数均采用轴承式回转支承。国内对回转支承研究和制造较早的有天津工 程机械研究所、徐州回转支承厂和洛阳轴承厂。经过几年的发展，目前已形成 我国研制开发生产回转支承的三大专业厂家：徐州回转支承厂、山东莱阳重型 机械厂、马鞍山回转支承厂。他们对回转支承产品都有一定的研究，产品主要 应用于中小型的工程机械、建筑塔式起重机械及矿山、冶金、化工等机械，对 于大型复合回转支承产品的研究都在起步阶段。山东莱阳重型机械厂对回转支 4 第1 章引言 承产品的开发虽晚几年，因与国内外科研院所工厂合作，积累了丰富的经验， 发展速度最快，有条件研制大型较复杂的回转支承产品【7 l 。 回转驱动装置一般采用原动机+ 联轴器+ 制动器+ 减速器+ 小齿轮传动方 式。原动机经过减速器带动最后一级的小齿轮，小齿轮与回转支承齿圈相啮合， 实现回转平台的回转运动。 回转驱动装置的形式见表1 5 。 广一卧式电动机与蜗轮减速器传动 塞豸曩茎一 立式电动机与立式圆柱齿轮减速器传动 l 立式电动机与行星减速器传动 广一高速液压马达与蜗轮减速器传动 液压回转一i 驱动装置l - - 低速大扭矩液压回转机构 表1 5 回转驱动装置形式 大型连续卸船机一般采用电动回转驱动装置，而液压回转驱动装置的制造 和安装精度较高，成本较大。表1 6 为几种电动回转驱动方式的比较。 表1 6 电动回转驱动装置比较【9 】 卧式电动机与蜗轮减速器立式电动机与立式圆柱齿立式电动机与行星减速器 传动轮减速器传动传动 卧式电机一带制动轮的弹 立式电机一联轴器一水平立式电机一联轴器一制动 性联轴器一制动器一带极安置的制动器一轴线垂直器一轴线垂直布置的行星 传动顺序 限力矩联轴器的蜗轮减速布置的立式齿轮减速器一减速器一最后一级小齿轮 器一最后一级小齿轮转动最后一级小齿轮转动转动 结构紧凑、传动比大、工作平面布置紧凑，传动效率传动比大，结构紧凑，传动 特点 平稳，但传动效率低。 高，维护容易。效率高。 卧式电动机与蜗轮减速器传动，传动效率低。而行星减速器较圆柱齿轮减 速器具有结构紧凑、体积小、重量轻、承载能力大、工作平稳、传动比范围大、 传动效率高、输入输出轴同心等优点。通过以上对几种电动回转驱动装置型式 的比较，立式电动机与行星齿轮减速器传动对于大型的卸船机比较合适。目前， 这种形式在港口起重机中广泛采用。本文采用的驱动装置形式也是立式电动机 与行星齿轮减速器传动。 5 。l 置装动 驱 转回 第1 章引言 对于小型卸船机，通常只有一套驱动装置。随着卸船机的大型化，驱动功 率大，为了减小大齿圈尺寸，回转驱动装置常采用两套或两套以上，并左右对 称布置【1 0 1 。 1 2 课题来源 本课题来源于与上海某港口机械集团有限公司合作研究的链斗式连续卸船 机项目。 1 3 本课题的研究内容及论文框架 1 3 1 本课题的研究内容 本文的研究内容为： 1 、回转机构的工作原理与总体方案研究 2 、大功率、大负荷和变载荷下，大型回转支承的受力分析与设计计算 ( 1 ) 回转支承的计算载荷和载荷组合； ( 2 ) 大型回转支承的载荷分析； ( 3 ) 大型回转支承的当量载荷与选型； 3 、大功率、大负荷和变载荷下，大型回转齿轮的强度设计以及齿轮副的润 滑方式 ( 1 ) 齿轮的强度分析计算； ( 2 ) 齿轮的变位及顶隙的确定； ( 3 ) 齿轮副的润滑方式分析； 4 、回转机构驱动力矩的计算 5 、在各种组合工况下，大型回转支承与回转支架、门座立柱的螺栓连接分 析与计算 ( 1 ) 最小预紧力的计算； ( 2 ) 螺栓连接预紧力矩的确定； ( 3 ) 螺栓连接的强度分析； ( 4 ) 螺栓连接的疲劳强度分析； 6 第1 章引言 6 、回转机构的主要部件的建模与分析 1 3 2 技术路线和论文框架 本文以链斗式连续卸船机3 5 0 0 讹的回转机构为研究对象。在连续卸船机中， 回转机构是主要的关键机构，特别是对于大型连续卸船机。回转机构承载着卸 船机回转部分的全部重量( 包括自重及活载) 、水平力和倾覆力矩等。系统地对 卸船机的回转机构进行研究是极为重要的。首先，对回转机构的工作原理、总 体方案进行分析与研究。然后，对回转机构的各个组成部分回转支承、回 转支承的连接螺栓、回转齿轮以及回转驱动装置分别进行研究、分析、计算。 最后，对回转支架进行建模与分析。 论文总体框架如图1 1 所示： ( 、垄查望些一 一 卜_ 1 连续卸船机l 一 厂磊刊= 工二一望堡壁) 一一 j ! ! 掣卜_ 一一 厂l 弋坠u 百面 工作原理) 一回转支承装置il 回转驱动装置 芸斗南生攀 卜_ 1 连接螺栓l 回转支承 载荷分析与选型 选型计算_ 卜_ ji 1 3 3 创新点 制动力矩 其他 i 支承齿圈 i 末端小齿轮ij 电动机+ 减速 罢牲 二巫二一 顶隙 润滑方式 对大负荷、大功率、变载荷下大型连续卸船机回转机构的工作载荷进行系 统地、科学地、详细地载荷组合分析，为大型连续的回转机构的设计提供了科 学依据。这是本文的创新点。 7 第2 章连续卸船机的基本组成和计算载荷 第2 章连续卸船机的基本组成和计算载荷 2 1 连续卸船机的基本参数 本文所研究的连续卸船机为链斗式卸船机，其主要技术参数如下： 生产率 矿石3 5 0 0 t h煤炭2 5 0 0 t h 作业物料 2 0 - - 一2 3t m 30 8t m 3 含水量6 - - 一1 2 8 适用船型2 - - 2 5 万吨 最大轮压 工作中最大4 2t 非工作中最大4 7t 提升高度4 4m 悬臂长度 5 0 6 5 m 回转半径最大5 3 朋 轨距x 基距 3 0m x 2 0 掰 链斗提升速度4 9 - - - ，9 0 肌s b e 旋转速度0 2 4 - - 一0 5 1r m m 回转速度0 0 8 - 一0 1 5r m m 行走速度最大2 0 m m m b e 回转角度 3 6 0 0 臂架俯仰角度1 8 0 3 5 0 ( 休止时：8 0 ) 回转角度1 1 0 0 - + 1 6 0 0 行轮数 陆侧腿3 2 个 海侧腿4 8 个 供电 三相交流、4 4 0 0 取5 0 h z 8 第2 章连续卸船机的基本绀成和计算载荷 2 2 连续卸船机机构组成 1 - b e 部分；2 一太粱部分：3 回转机构部分；4 一行走机构部分 幽21 连续卸船机的结构示意阿 如图2 1 所示，整个卸船机机构分成4 部分分别为链斗式提升部分( b u c k e t e l e v a t o r ，简称b e 部分) ，大粱( 臂架) 部分，回转机构部分和行走机构部分。 b e 部分，由取料机构和提升机构组成，主要作用为连续地把物料从船舱内 挖取，并提升运到前大梁运输通道内。取料机头既能摆动又能伸缩，并且链斗 提升机构可自转3 6 0 。这样在卸载过程中，运输船可以不用转换位置，就能使 所有物料卸载完毕。这样就使得卸船机作业具有更强的连续性，比一般卸船机 具有更高的丁作效率。大粱部分前后分别连接b e 部分和回转机构部分，并实现 物料的传送和整个卸船机的俯仰功能。回转机构实现卸船机回转部分相对于行 走部分回转，以达到水平内卸载物料的目的。行走机构起支承整台卸船机的作 用它可以沿海岸线移动( 多数时间是固定不动的) ，物料经行走机构最后交付 给路上运输工具。 喾嚣撬 第2 章连续卸船机的基本组成和计算载荷 2 3 连续卸船机的工作过程 图2 2 连续卸船机卸船工作过程示意图 如图2 2 所示，箭头为物料( 以煤为例) 在运输过程中的走向。卸船机工作 时，链斗从船舱内将物料挖起，通过提升卸入受料机构，再转入前大梁中的带 式输送机，最后通过中心漏斗、出料带式输送机交付码头上的交通工具上【1 哪即 汽车或火车。 2 4 连续卸船机的计算载荷及其组合 2 4 1 计算载荷 根据加载频率，作用在连续卸船机上的载荷可分为三种不同类别：主要载 荷、附加载荷和特殊载荷1 1 l 】1 1 2 l 。 1 、主要载荷 设备在正常工作情况下运行过程中通常所出现的载荷，其中包括： 第2 章连续卸船机的基本组成和计算载荷 ( 1 ) 自重载荷； ( 2 ) 物料载荷； ( 3 ) 积垢载荷； ( 4 ) 正常挖掘阻力和侧向阻力； ( 5 ) 物料载荷在输送构件中的作用力； ( 6 ) 经常性的动载荷； ( 7 ) 设备的倾斜载荷； ( 8 ) 通道、梯子和平台上的载荷。 2 、附加载荷 设备运行或停止运行时可能断续出现的载荷，这些载荷或者可以代替某些 主要载荷或者可以加在主要载荷上，包括： ( 1 ) 设备工作时的风载荷； ( 2 ) 冰雪载荷； ( 3 ) 温度载荷； ( 4 ) 非正常挖掘阻力和侧向阻力； ( 5 ) 摩擦阻力和行走阻力； ( 6 ) 运行时的水平侧向力； ( 7 ) 非经常性的动载荷。 3 、特殊载荷 在设备工作和非工作状态时不应产生，但又无法避免的载荷，包括： ( 1 ) 料槽的堵塞； ( 2 ) 斗轮或链斗支撑在地面或工作面； ( 3 ) 安全装置故障； ( 4 ) 行走机构的锁定： ( 5 ) 斗轮与斜坡的侧向碰撞； ( 6 ) 设备非工作风载荷； ( 7 ) 缓冲器碰撞载荷； ( 8 ) 地震载荷。 第2 章连续卸船机的基本组成和计算载荷 2 4 2 计算载荷的组合 连续卸船机上各种载荷并不是同一时刻一起作用在卸船机上的，针对卸船 机的计算类别和要求，根据经验将上述的主要载荷、附加载荷和特殊载荷按下 列三种组合载荷进行计算。 1 、第1 类载荷组合( 正常工作载荷的组合) 寿命计算载荷 只考虑主要载荷组合用来计算零件和构件的疲劳、磨损和发热。 2 、第1 i 类载荷组合( 工作最大载荷的组合) 强度计算载荷 考虑主要载荷和附加载荷组合用来计算零部件的静强度计算、整机抗 倾覆稳定性计算、校核原动机的过载能力和制动器的转动转矩。 3 、第i 类载荷组合( 非工作最大载荷的组合) 验算载荷 考虑主要载荷与特殊载荷、或三类载荷都组合用来校核卸船机自身抗 倾覆稳定性和防风抗滑安全性，对承受风载荷作用的机构零部件、抗倾覆和防 滑安全装置的零件进行静强度计算【1 3 j f l 4 】【1 5 】【1 6 】【1 7 1 。 并不是每一种零部件都要进行这三类载荷的计算。一般来说，第1 i 类载荷 对所有受力零部件都要进行计算，而第1 类载荷和第i 类载荷只对部分零件才 进行计算。 1 2 第3 章回转机构 3 1 概述 第3 章回转机构 回转机构在大型连续卸船机中是主要的关键机构，上接回转支架及前大梁 部件，下接门座立柱及行走部件，是承上启下的关键部件。因此，对回转机构 进行研究分析，是提升整机制造水平的基础和关键，具有实际意义。 本章节首先对回转机构的组成及工作原理作了介绍。然后对回转机构的各 个组成部分回转支承、回转支承的连接螺栓、回转齿轮以及回转驱动装置 分别进行研究、分析、计算。 3 1 1 回转机构的组成 如图3 1 所示，回转机构由回转驱动装置和回转支承装置组成。回转驱动装 置由电动机+ 减速器和末端小齿轮组成，且末端小齿轮又与回转支承齿圈构成 回转齿轮副。回转支承装置包括回转支承和回转支承连接螺栓。 图3 1 回转机构的各个组成部分 3 1 2 回转机构的工作原理 如图3 2 所示，回转驱动装置安装在回转支架上，电动机经过减速器带动末 端小齿轮，小齿轮与回转支承齿圈相啮合。当回转机构动力传到驱动小齿轮上 时，它就绕着支承齿圈回转，并带动装在卸船机回转支架上的支承滚圈绕其滚 道旋转，从而达到卸船机上部结构回转的目的。 1 3 第3 章回转机构 3 2 回转支承装置分析 图3 2 回转机构剖面图 首先确定作用在回转支承上的载荷，然后根据三类载荷组合情况计算回转 支承上的总轴向力、总径向力和总倾覆力矩，最后根据其当量载荷确定回转支 承的类型。 3 2 1 回转支承计算载荷 回转支承装置承受卸船机回转平台上的全部载荷。根据连续卸船机的计算 载荷并结合实际作用在回转支承的载荷，作用在回转支承上的载荷分为三类： 主要载荷、附加载荷和特殊载荷。 1 、主要载荷 ( 1 ) 回转部分重力载荷：包括回转部分自重载荷、物料载荷、积垢载荷； ( 2 ) 正常挖掘阻力和侧向阻力； ( 3 ) 经常性的动载荷：回转部分自重离心力，回转起制动时水平惯性力( 平 稳起制动) ，回转驱动装置末级齿轮的啮合力。 2 、附加载荷 1 4 第3 章回转机构 ( 1 ) 设备工作时的风载荷； ( 2 ) 非正常挖掘阻力和侧向阻力； ( 3 ) 摩擦阻力； ( 4 ) 非经常性的动载荷：回转部分自重离心力，回转起制动时水平惯性力 ( 猛烈起制动) ，运行起制动时水平惯性力( 猛烈起制动) ，回转驱动 装置末级齿轮的啮合力。 3 、特殊载荷 ( 1 ) 设备非工作风载荷； ( 2 ) 碰撞载荷； ( 3 ) 地震载荷。 3 2 2 回转支承的载荷组合 根据移动式散料连续搬运设备钢结构设计规范j b t8 8 4 9 2 0 0 5 1 1 1 】并结合实 际作用在回转支承的载荷，回转支承所受的载荷可按三类载荷组合情况进行计 算：第1 类载荷组合疲劳强度计算载荷；第1 i 载荷组合强度计算载荷； 第i 载荷组合强度验算载荷。这三类载荷情况具体见表3 1 。 表3 1 回转支承的计算载荷组合 主要载荷 主要和附 载荷形式 加载荷 主要、附加和特殊载荷 i i abc 回转部分重力载荷ooooo 主要载荷正常挖掘阻力和侧向阻力ooooo 经常性动载荷oo 设备工作时的风载荷ooo 非正常挖掘阻力和侧向阻力 。 附加载荷 摩擦阻力。 非经常性的动载荷。 非工作状态风载荷。 特殊载荷碰撞载荷。 地震载荷 。 根据表3 1 的载荷组合，可将各项载荷综合为：总轴向力n 总倾覆力矩m ， 第3 章回转机构 在总1 顷覆力矩朋作用半囱甲的总砼同力h 。 总轴向力 y = k 总倾覆力矩m ；0 瓦_ j 巧 总径向力h ；0 i 可 式中k 一回转中心方向所有垂直力的总和； h x = k x 轴方向所有水平力的总和； h z = 心一z 轴方向所有水平力的总和； m z 备m 砸一各水平力和垂直力对x 轴的力矩的总和； m z 一m 及一各水平力和垂直力对z 轴的力矩的总和。 3 2 3 回转支承的载荷分析 ( 3 1 ) ( 3 2 ) ( 3 3 ) 现对连续卸船机的回转支承进行分析。如图3 3 所示为连续卸船机回转部分 载荷简图。正常工作状态下，它承受b e 部分自重载荷g 1 ，取料头部分自重载 荷g 2 ，大梁部分( 除平衡重外) 自重载荷g 3 ，回转机构自重载荷g 4 以及平衡 重g 5 ，挖掘阻力f ，横向风载胍，纵向风载和惯性载荷鹏，以及回转最后 以及齿轮的啮合力疋。其中，作用在回转支承上的回转齿轮啮合力，它的大小 由小齿轮上所传递的扭矩决定。由于回转驱动装置成对对称分布，对支承外座 圈产生的载荷相互抵消，只剩下绕回转中心的力偶丁，见图3 4 。非正常工作状 态下，还承受碰撞载荷p ，地震载荷和暴风时的风载。 1 6 第3 章回转机构 ( 口) 厂， 、 彳 - 2 ( 6 ) 1 - b e 部件；2 取料头；3 前大梁；4 - 回转机构 图3 3 连续卸船机回转部分载荷简图 4 、齿轮 图3 4 齿轮传动配置图 1 7 第3 章回转机构 连续卸船机的主要参数和尺寸如下： 俯仰角度范围 口一1 8 。一3 5 。 ( 休止时：8 。) 起伏中心与回转中心间的距离 厶= 1m 前大梁长度厶= 5 0 6 5 m 前大梁前端与b e 中心间的距离l 3 3 3 5 m 前大梁起伏中心与原点的垂直距离h i = 7 9m 挖掘面到前大梁前端的垂直距离h 2 = 3 2 2 2 5m 1 、挖掘阻力 链斗的挖掘阻力f 产生对回转支承的倾覆力矩m a 以及阻碍回转机构转动的 阻力矩乃，见表3 2 。其中： 挖掘阻力引起的倾覆力矩 m d = f i z 匕一如s i n a 一厶f ( 3 4 ) 挖掘阻力矩 乙= f k c o s a 一厶+ 厶i ( 3 5 ) 表3 2 挖掘阻力计算表 下限水平 前大梁起伏角口( 9 ) 1 50 挖掘阻力f ( f ) 1 41 4 挖掘阻力引起的倾覆力矩m 。( f m ) 5 6 6 13 8 2 6 挖掘阻力矩乃( f m ) 7 1 7 87 4 2 2 、自重载荷 回转部分重力g ，包括b e 部分自重载荷g 1 ，取料头部分自重载荷倪，大 梁部分( 除平衡重外) 自重载荷g 3 ，回转机构自重载荷g 4 、平衡重g 5 。各个部 分的自重载荷包含物料载荷和积垢载荷在内。回转部分重力和重心以及回转总 重力倾覆力矩，见表3 3 。其中： 回转部分的总重量 g = g 1 + g 2 + g 3 + g 4 + g 5 ( 3 6 ) 回转部分的总重心 1 8 第3 章回转机构 x。：xlal+x2c：+x3c3+x l o f , 考虑滚道接触角变化，进行接触疲劳强度校核计算 1 112 0 5 1 31 o0 根据表3 8 取连续卸船机的回转支承安全系数正一1 2 5 ，厶- 1 1 3 。根据表 3 9 取三排滚柱式回转支承载荷换算系数乞= 1 0 ，t 一0 。 由表3 7 可知，回转支承最恶劣的工况下的总轴向力y 和总倾覆力矩m 分 第3 章回转机构 别为： v = 1 7 6 2 8 t = 1 7 6 2 8 x 9 8 1 = 1 7 2 9 3 1 ( k n ) m = 6 5 1 6 3 t 。m = 6 5 1 6 3 x 9 8 1 6 3 9 2 4 9 ( k n 。，力) 将其代入式( 3 4 7 ) 、( 3 4 8 ) 得静态工况下当量载荷： 疋一正吒。v = 1 2 5 x 1 0 x 1 7 2 9 2 8 = 2 1 6 1 6 3 ( k n ) m = l 屯m 一1 2 5 x 1 0 x6 3 9 2 5 3 = 7 9 9 0 6 1 ( k n ，栉) 根据计算得到的静态当量载荷只，m 。的值在回转支承承载能力曲线图中找 点，当该点位于某一型号承载能力曲线下面时，说明该型号回转支承满足要求。 由于本文回转支承承受的当量载荷太大，机构尺寸特殊，需根据实际工况向厂 方订购。图3 6 即为所选回转支承简图。 5 3 2 0 枷 j- s5 2 j l d 鬻 钐 。 l l爹 引 l 律茎 一岛 i i 。 i 二二1 。i 。 t t l n m 4 - 1 2 5 m m 窒 l l s 舅 么 拯 i 昌l钐蕊 o1 5 j i5 8 2 0 枷 5 9 4 0 b 啪 m 2 5 t m 2 , 1 , o r i m 2 口x 一+ 05 占d 7 dk m - 2 5 m m 图3 6 三排滚柱式回转支承 所选回转支承的尺寸参数： 传动型式：渐开线圆柱齿轮外齿啮合大模数 上排滚道中心圆直径 见= 5 5 6 0 m m 上排滚动体直径d 。= - 7 0 m m 第3 章同转机构 外圈安装孔分布圆直径 内圈安装孔分布圆直径 公称外径 公称内径 总高 内、外圈高度 内、外圈两端面高度差 安装孔个数 油孔个数 外圈安装孔直径 内圈安装孔直径 齿顶圆直径 模数 齿顶径向变位系数 齿数 齿宽 3 2 5 回转支承的工作原理 q = 5 8 2 0 m m 0 2 = 5 3 2 0 m m d = 5 9 4 0 m m d = 5 2 3 0 m m h = 3 3 5m m h l 一3 2 9 m m h 一7 5 m i t 力= 8 0 n a = 1 6 以lf f i 4 5m m 以2 4 5m m 屯= 6 0 7 0 m m ，”= 2 5 x = 0 5 z 一2 4 0 b ：2 4 0m m 如图3 7 所示，本文采用的是三排滚柱式回转支承。3 为带齿的外座圈，用 螺栓紧固在卸船机的门座立柱4 上，不可转动；5 为内滚圈，用螺栓紧固在卸船 机的回转支架9 上，可以转动。7 为垂直分布的一排滚柱。8 、6 为水平布置的 上、下两排滚柱。在这种支承中，两个方向的轴向力和倾覆力矩由上、下两排 水平滚柱承受；径向力则有垂直布置的第三排滚柱承受。卸船机的回转驱动装 置安装在回转支架上，电动机经过减速器1 带动最后一级的小齿轮2 ，小齿轮与 安装在门座立柱上的回转支承外齿圈相啮合。当回转机构动力传到驱动小齿轮 上时，它就绕着支承外齿圈回转，并带动装在卸船机回转支架上的支承内圈绕 其滚道旋转，从而达到卸船机上部结构回转的目的。 第3 章回转机构 1 减速器；2 小齿轮；3 回转支承外齿圈；4 门座立柱； 5 回转支承内圈；6 、7 、8 滚柱：9 回转支架 图3 7 回转支承安装形式示意图 3 3 回转支承连接螺栓设计计算 在回转支承装置中，连接螺栓起到将回转机构、固定部分和回转部分三者 连接在一起的关键作用【2 3 1 。回转支承上所承受的负荷和力矩均通过连接螺栓传 递到设备的下部及基础上去。这样，螺栓就成为整机的重要零件之一。其刚度 系数和疲劳寿命都要能满足要求，性能好坏直接影响到回转支承以及整机的正 常工作。若螺栓损坏将造成严重的后果，因此对螺栓的设计与计算具有重要的 意义。 3 3 1 螺栓连接方式的选择 螺栓连接分为普通型螺栓连接和高强度螺栓连接两种。普通型螺栓连接是 指用普通粗制螺栓或者是强度等级虽高但预紧力不足以抵消工作拉力的连接型 式。高强度螺栓连接是通过对高强度螺栓给以强大的预拉力，使杆件之间产生 压力，由此传递外力i 矧。高强度螺栓连接传力不像普通螺栓和铆钉连接那样有 应力集中，而且应力传递也比较均匀，同时刚性好，承载力大，另外，在反复 第3 章回转机构 载荷作用下疲劳强度也高。表3 1 0 为这两种螺栓连接方式的比较。 表3 1 0 高强度螺栓和普通螺栓比较 高强度螺栓普通螺栓 材料材质好，强度高材质一般，强度低 传力方式依靠连接板件摩擦传力螺栓直接传力 变形连接变形小，螺栓不易松动连接变形大，螺栓易松动 安装 需专门扳手施加预拉力一般常用扳手，手感拧紧 由于连续卸船机工作条件恶劣，使用频繁，载荷复杂，故采用具有承载能 力高、抗疲劳能力强的高强度螺栓连接作为回转支承上下座圈与卸船机回转部 分和固定部分相连接的连接方式。 高强度螺栓的连接形式按其不同的极限状态划分为：摩擦型连接与承压型 连接，见表3 1 1 。 表3 1 1 高强度螺栓的类型2 5 1 【2 6 】【明 承载力极限状态应用特点 剪切变形小，弹性性能好，施工较简单， 可拆卸，耐疲劳，应用于连接件没有相对 摩擦型 外力达到摩擦力 滑移的连接中，特别适用承受动力荷载的 结构以及对疲劳要求较高的构件连接。 外力超过摩擦力 承载力比摩擦型大，连接紧凑，但剪切变 承压型 螺栓承剪 形大，仅用于承受静力荷载和