集成式大型转盘轴承设计研究

　　摘 要：配备于风电装置平台的全反转展转起重机呈大型化趋向开展，响应地，起重机转盘轴承的承载才能曾经从50000 万N·m 开展到100 000 万N·m 以致170 000 万N·m；转盘直径也愈来愈大，从5~7 m，开展到10~15 m。传统的三排滚子转盘轴承因受加工和运输限定，尺寸和才能已难以满意产物请求，经济性也较差。文中提出一种新的转盘轴承设想和研讨计划，旨在使主机厂低落制作和运输难度，并低落本钱。

　　跟着风电手艺的连续高速开展，海下风机正朝着大型化、深水化标的目的开展。单风机功率曾经从3~5 MW 开展到10 MW，最重单机质量也曾经到达1 800 t。与之对应的风电装置起重机的吊装才能也从十年前的500 ~800 t 开展到1 000 ~ 1 200 t，近两年亦逐渐开端研制2000 ~ 2 500 t 级风电装置起重机。风电装置平台起重机用转盘轴承事情载荷愈来愈大，今朝已有轴向力5 600 t，颠覆力矩100 000 万N·m 的载荷需求，计较表白需求外径10 m 以上的三排圆柱滚子组合转盘轴承，才气满意这一工况。

　　外径10 m 以上的三排圆柱滚子组合转盘轴承，存在着加工与运输的极大艰难，且制作本钱也急剧增长。经由过程集成设想和研讨，提出了一种集成的转盘轴承设想计划，旨在低落转盘轴承的制作难度和运输难度、收缩转盘轴承的消费周期、缩减转盘轴承的消费本钱，顺应海下风电装置起重机的开展，进步主机厂的合作力。

　　新的转盘轴承由6 部门构成：轴承支座、反滚轮构造、反转展转驱念头构、正滚轮组件、径向放心安装和反滚轮组件（见图1）。图中件1 为起重机反转展转部门，件5为起重机牢固部门，件2 反滚轮构造和件7 正滚子组件集成在件1 反转展转部件上，件3 轴承支座集成在件5 牢固支座上。

　　事情时，起重机正压力和颠覆力矩间接感化在件7（正滚子组件，整圈安插），经由过程件8（反转展转驱念头构）来驱动起重机反转展转；当起重机的重心偏离轴承滚子笼盖范畴时，件2 和件4（反滚轮及组件）起感化，包管起重机不发作颠覆；在反转展转过程当中，件6（径向放心安装）对起重机反转展转活动停止放心和纠偏，包管起重机一直绕轴承中间停止反转展转。

　　设想计划经由过程高度的集成, 主机构造作为轴承座体的一部门, 经由过程座体箱体构造来包管轴承的刚性和强度,尽能够削减集成转盘轴承的质量。而且省去了传统转盘轴承螺栓群毗连情势和分体装置，低落了制作和装置难度。由因而非锻件制作，局部为焊接和现场加工，在节流装配工夫的同时又低落了整机本钱。

　　1. 反转展转部件 2. 反滚轮构造 3.轴承支座4. 反滚轮组件 5. 牢固支座 6. 径向放心安装7. 正滚子组件 8. 反转展转驱念头构

　　计划设想局部构造接纳钢板焊接工艺制作，不必锻件加工，可在主机总装厂四周制作，或在主机厂现场制作；也可分段加工成型后，运输到主机装配现场再拼接成团体。

　　滚道面表层接纳Hardox 600 高硬度板，硬度可达HB 570-640，装置安插如图2 所示。该硬度板接纳团体淬火，其最低中间硬度能到达外表硬度的90%，牢靠性高，合用于接受磨损的各类零件和构造，能更好地抵御凹痕和磨损，利用寿命长。

　　新计划抛却传统转盘轴承所利用的螺栓毗连改成集成毗连，节流了毗连本钱和野生，进步了牢靠性。经由过程手艺经济性比力阐发，在划一受力状况下，比拟于三排滚柱组合转盘轴承，接纳本集成计划设想的转盘轴承可节省1/3~1/2 的本钱。轴承尺寸越大，新集成计划越有劣势，且该手艺经济性比力仍是在不思索三排滚子组合转盘轴承运输风险的状况下停止的。

　　操纵有限元阐发软件Ansys 对反转展转轴承支座构造、正滚子支持构造和反滚轮滚道构造停止建模计较。

　　3）实践起重机的颠覆力矩起首从起重机上部反转展转构造圆周刚度最大的几个点通报下来的，故这几个点的部分载荷该当更大。

　　要消弭偏差2 和3，就有须要在模子中对起重机上部反转展转构造停止具体的建模，本文仅从零丁的转盘轴承部门停止建模和计较。

　　该转盘轴承素质上也是一种典范的组合轴承，可按三排圆柱组合转盘轴承停止模子假定；正滚子和反滚轮同等三排圆柱组合转盘轴承的正反滚子，径向放心安装同等三排圆柱组合转盘轴承的径向滚子。

　　在反转展转支持许可静承载才能的肯定上，有各类论点，凡是将打仗永世变形限定为0.000 1d0，d0 为轴承滚子直径[1]。轴承滚子线打仗许用赫兹打仗应力

　　式中：[σmax] 为许用赫兹打仗应力；Cp 为打仗应力常数，可从图5 中查出[3]，关于滚珠战争面打仗，取86.1；δb /d0 为滚道永世变形和转动体直径的比值，取0.000 1；f H 为硬度系数f H=HV /750，HV 为实践滚道硬度。

　　2 ) 转盘轴承的额定静负荷容量计较和校核转盘轴承的额定静负荷容量，指打仗点的永世变形限定在指定范畴时，轴承支持滚道（转动体）接受静负荷的才能。额定静负荷容量又分轴向和径向额定静负荷容量两种。本转盘轴承而以接受轴向力为主，因而仅作轴向静负荷容量计较，公式为[2]

　　式中：Z0 为一排转动体数目；i0 为接受某一标的目的轴向力的转动体排数d0 为转动体直径；l0 为转动体的有用打仗长度，取滚子长度的0.8~0.85 倍；γ 为转动体与滚道的打仗角。轴承确当量轴向负荷

　　式中：M 为感化在轴承上的颠覆力矩；Gp 为感化在轴承上的轴向力；Hp 为感化在轴承上的径向力；γ 为转动体与滚道的打仗角。

　　额定静负荷容量Coa 与当量负荷Cd 的比值Coa /Cd 称为转盘轴承的宁静系数fs，其计较成果应满意表1 的请求[3]。

　　本文设想、研讨的转盘轴承和主机集成度高，处理了制作和运输的困难，比传统三排圆柱滚子转盘轴承节流30%~50% 的本钱。并提出了模子成立的假定和限定，计较校核的办法供参考。跟着风电平台装置起重机的宁静事情载荷愈来愈大，愈来愈多的转盘轴承直径大于10 m，颠覆力矩超越100 000 万N·m，该转盘轴承设想计划可为后续的研讨设想供给参考。