大型浮吊滑动摩擦材料回转支撑力学行为

1、大型浮吊滑动摩擦材料回转支撑力学行为 ： As to the light weight design on a floating crane ， the nonmetallic sliding friction material Nylatron 703XL is applied to replace the previous rolling rotary fulcrum. The compression test on a Nylatron 703XL specimen is performed to obtain the material compression performance c

2、urve. The compression performance curves present the obvious nonlinear characteristics，which have significant effect on the structural an alysis. As to a 2x 8 000 t floating crane ， Abaqus is used to calculate the mechanical response and its rule of a Nylatron 703XL washer under different conditions

3、. The effect of friction factor on the mechanical behavior of the washer is calculated and analyzed. The results indicate that， Nylatron 703XL has the ability to replace the metal structure and can be used as sliding friction material； its application potential in bearing structures of engineering m

4、achinery is enormous. 引言 海洋工程的不断发展，促使浮吊朝大型化发展 . 浮吊的自身 质量、起升高度和起升质量大大提高， 导致浮吊底部回转支撑的 滚子承受载荷极大，造成应力集中，使其很难滚动，给工程使用 造成很大困难 . 浮吊自身质量越大，经济投入就越大，所以大型 浮吊的轻量化设计成为未来浮吊产业发展的关键 . 浮吊的轻量化 设计，不仅有对上部臂架结构的优化 1 ，还有对底部支撑的优 化.底部支撑质量巨大 2 ，仅仅靠结构优化难以取得效果 . 综合 以上 2 方面因素考虑， 如果采用低密度材料进行替换， 质量会大 大降低 . 高分子材料具有轻量化、 耐摩擦和抗腐蚀等优点

5、3 ，如 果能用在浮吊的关键部位，是很好的选择 . 随着材料技术的发展， 高分子材料种类越来越多， 力学性能 越来越强，并且在某些方面逐渐取代金属的地位 . 尼龙滑轮作为 塔吊配件已经以其独特的优点渐渐代替老旧的金属滑轮， 广泛应 用于各起重设备中.起重机用的尼龙滑轮一般为 MC尼龙4，强 度比一般尼龙高 1.5 倍，超过常用工程塑料 . 起重机吊臂支撑用 滑块过去一直都用黄铜制成，改用MC尼龙材料后，使用寿命提 咼45倍.咼分子材料具有摩擦因数小、强度咼、质量小和抗腐 蚀等优点，使得其在吊机行业中的应用前景广泛 . 塑料在工业上应用的历史比金属短得多， 因此塑料的选择原 则、方法和过程基本参

6、照金属的做法 . 根据塑料的使用和工艺性 能特点， 结合具体的塑料零件结构设计进行合理选材， 尤其应注 意工艺和试验结果，综合评价后确定选材方案 . 本文选取力学性 能优良的咼分子材料 Nylatron 703XL 作为滑动摩擦材料，应用 于浮吊的回转支撑，替换以往的滚动式回转支撑 5 ，见图 1. 采用滑动摩擦垫圈结构， 使得回转支撑结构简单， 质量极大 减小，但对材料的力学性能要求较高： 首先要有足够的弹性模量 和压缩强度以承载， 其次需要较好的摩擦性能使上部结构能够自 由转动 . 由于 Nylatron 703XL 是一种新型高分子材料，在应用上并 不广泛， 针对结构的应用也没有相应规范

7、 67 ，所以首先需要通 过材料试验了解其力学性能，然后融入结构进行力学性能分析 . 1 摩擦回转支撑结构形式 本结构针对2X8 000 t海上浮吊进行设计，浮吊回转支撑 采用双环形滑动摩擦垫片， 每个环形垫片上部有滑动导轨与其接 触摩擦，导轨上部与浮吊回转底盘焊接而成，见图2.浮吊工况 载荷和自重通过上部臂架传递到回转底盘 7 ，回转底盘通过滑 轨将载荷传递到摩擦垫片，摩擦垫片将载荷作用于回转下支撑 . 结构具体参数见表 1. 1回转底盘；2滑轨；3摩擦垫圈；4回转下支撑 滑动垫片由内外 2 个独立的 144弧形组成， 外圆环的外径为 30 400 mm，内径为29 600 mm；内圆环的外

8、径为 28 400 mm，内径 为27 600 mm厚度均为50 mm摩擦垫片应用在回转支撑结构与 吊机支座之间.摩擦材料单元类型采用 C3D8R滑轨和上层钢板采 用粘接形式连接， 滑轨和摩擦材料采用面面接触形式， 采用库仑 摩擦模拟滑轨与摩擦材料之间的切向行为 . 3.3 约束、加载和分析 根据摩擦垫片的环形设计， 将滑动摩擦材料底面和两端面进 行固定约束 . 模型建立一个静态分析步和一个动态分析步，静态 分析步模拟滑动摩擦垫片承受上部压力过程， 动态分析步模拟滑 轨与摩擦垫片产生滑动摩擦过程 . 载荷有 2 种：一种是静态分析步中对上部钢板施加的均布载 荷，分析摩擦材料承受静态压力的力学行

9、为； 另一种是动态分析 步中对上部钢板及滑轨施加的位移载荷， 分析摩擦材料在承压情 况下发生滑动摩擦的力学行为 . 边界条件和加载见图 6. 5 结论 基于浮吊结构，采用滑动摩擦材料 Nylatron 703XL 替换滚 柱式回转支撑结构的新型设计进行材料性能研究 . 通过材料试验 以及非线性分析，主要得到以下结论： （1）Nylatron 703XL 具有较好的承压能力，在一定程度上 可以替换金属结构， 其压缩性能呈现双线性特征， 对结构分析影 响显著 . （2）在摩擦因数为 0.18 情况下，摩擦材料的最大 von Mises 应力处于第二线性段，如果出现意外载荷，可能使材料屈服 . 如 果能将材料与钢板的摩擦因数降低到 0.1 以下，将使结构更安 全. （3）摩擦材料处于低压力（4 MPa以下）时，摩擦是材料 力学行为的主因；摩擦材料处于高压力（8 MPa上 ）时，剪切是 材料力学行为的主因 . （4）滑轨对材料的