《一种新型高负载能力艉滚筒装置的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种新型高负载能力艉滚筒装置的设计（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、D e s i g n&D e v e l o p me n t设计开发 一 种新型高负载能力艉滚筒装置的设计 陈朝俊 ( 广新海事重工股份有限公司 设计部 ， 中山5 2 8 4 3 7) 摘 要：本文介绍了一种承载能力4 5 O t 的艉滚筒装置。简体面板选用A H 3 2 高强度钢，内部结构采用径 向加强筋，在其径向3 0 。 、6 0 。 、2 1 0 。 、2 4 o 方位装有四根纵向加强筋板，以增加空心轴体的纵向强度。运用 M S C P a t r a n N a S t r a n 结构有限元方法分析艉滚筒与轴体的受力强度和稳定性， 并在装置设计上着重考虑了艉 滚筒的安装的方便
2、性，转动的灵活性，使用的可靠性。 关键词 ：艉滚筒； 有限元； 高分子轴承； 环氧树脂 A n e w t y p e s t e r n r o l l e r d e v i c e o f h i g h l o a d c a p a c i t y C H E N C h a o -j u n ( Gu a n g x i n g S h i p b u i l d i n g&He a v y I n d u s t r y C O ， L t d，Z h o n g s h a n， 5 2 8 4 0 0) Ab s t r a c t ： De s c r i b e a h
3、 i g h l o a d s t e m r o l l e r c a p a c i t y o f 4 5 0 t Cy l i n d e r p a n e l s e l e c t h i g h s t r e n g t h s t e e l o f AH3 2 t h e i n t e m a l s t r uc t ur e o f t he r a d i a l r i bs r a d i a l 3 0。 、 6 0。 、 2 1 0 。、 2 40 。o r i e nt a t i o n i S e q ui ppe d wi t h f o u
4、r ve r t i c a 1 s t i 圩e n e r p l a t e t o i n c r e a s e t h e l o n g i t u d i n a l s t r e n g t h o f t h e h o l l o w s h a f t Us i n g M S C P a t r a n Na s t r a n F i n i t e E l e me n t Ana l ys i s o f t he s t e m r o l l e r f o r c e s t r e n g t h a n d s t a b i l i t y De
5、vi c e d e s i g n c o n s i de r i ng t h e e a s e o f i n s t a l l a t i o n of t h e s t e m r ol l e r ， r o t a t i o n fle x i b i l i t y , a nd r e l i a bi l i t y K e v wor ds ：St e m r o l l e r ； fini t e e l e me n t ； po l y m e r be a r i ng e p o x y r e s i n 1 引言 随着海洋资源的不断开发 ，用于海
6、洋工程服务具 备拖带功能的船也越来越受市场青睐， 如拖带船舶 、石 油平台的起抛锚 以及船舶的打捞和电缆的铺设等。艉 滚筒的主要作用是： 当多用途拖船帮助其它大型船舶和 海上石油平台起抛锚及拖带作业时， 缆索或锚链在拖 船尾部甲板移动， 缆索或锚链通过尾滚筒可随其转动， 减少滑动的摩擦阻力， 并避免滑动摩擦引起 的尾 甲板 严 重磨 损 。 随着海洋工程的不断发展， 多用途拖船的功率和拖 带能力大大增加。我司承建的7 6 米多用途工程船 ，主 机 1 2 0 0 0 H P ， 系柱拖力1 5 0 t 。需配备直径3 m、长度6 6 m、 承载能力4 5 0 t 的艉滚筒。对于如此大尺寸、高负
7、 载能力的艉滚筒 ，需对其结构形式进行研究 ，以满足 强度 、安装方便和使用的可靠性要求。 2 结构分析 对于传统艉滚筒结 构形式 ，通过增加型材 的尺 寸 ，只能在较小范同内提高艉滚筒的受载负荷 ，适应 较小跨度和直径的艉滚筒。为进一步增大艉滚筒的结 构尺寸及其承载能力 ，可增加梁结构弯曲强度 ，采用 固定轴体 ，增加滚筒支撑点 ，即增加轴承个数 的方式 来实现。因此 ，对于轴体 固定 ，滚筒回转的方式 ，将 适用于大型艉滚筒的结构设计。即采用轴体固定 、滚 筒回转的分段式结构形式 ，加设一根空心轴 ，设置与 简体 内部支承轴数 目相同的轴肩用来支撑简体 ，其两 端采用法兰连接方式连接到船体
8、结构上。这就是常用 的单轴一 单筒型式的艉滚筒 。 为 了减少由于尺寸增大而迅速增加的重量 ，本尾 滚筒的筒体面板选用A H 3 2 高强度钢 ，简体内部采用径 向加强筋 ，在其径 向3 0 、6 0 、2 1 0 、2 4 0 方位装有四 根纵 向加强筋板 ，以增加空心轴体的纵向强度性能。 目 前 ，对于高载荷的艉滚筒 ，常采用单滚筒一 单轴型艉滚 筒，即采用法兰与船体结构连接，艉滚筒在其轴的两端 分别受到一组螺栓的约束，这也给船体结构制作和安装 的精度提出了非常高的要求。而承受低载荷的径向一 纵 向加强型艉滚筒，常采用轴与船体上的轴承连接 】 ，该 方，式安装相对容易。因此本设计综合了径向
9、一 纵向加 作者简介：陈朝俊 ( 1 9 8 2 一 )，男，硕士研究生。主要从事船舶轮机系统设计和研究工作。 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 1 0 - 0 9 D e s i g n&D e v e l o p me n t设计开发 表4 工况二 强度校核 合成应力 汁算值 ( M P a ) 许J f 值 ( M P a ) 结果 材料 简体板 ( t 4 5 m m) 1 O 2 O 1 O 5 O 满足 A H 3 2 纵向构件板 ( t =3 0 m m ) 7 4 3 7 8 3 满足 A B S A 横 向构件 板( t =3 0 m m ) 4 0 4 7 8 3 满足 A
10、 B S r A 轴头 ( 5 0 0 n n )基座 4 9 9 1 O 6 7 满足 3 5 # 锻铡 由计算结果可知 ，滚筒结构件的计算值均小于许 值，滚筒结构能够满足强度要求，并能承受3 倍的瞬 时 冲力 。 3 _ 2结构 稳定性分析 当结构所受载荷达到某一值时，若增加一微小的 增量 ，则结 构的平衡 位形将 发生很 大的改变 ，这种情 况叫做结构失稳或屈f H 1 。 对于艉滚筒，同样需要考虑 其结构的稳定性，因此对艉滚筒在最危险工况加载条 件下进行屈曲分析 ，南屈曲分析计算结果可知屈曲载 荷冈子 大于1 ，因此艉滚筒在安全工作载荷下T作时 满足稳定性要求。 筒体板使用高强度的A
11、H3 2 ，板材厚度只需4 5 mm 如果简体板采用A B S A，板材要7 0 mm 才能达到同等的 力学性能，冈此我们可以从改变结构形式和提高材料强 度两方面来减少艉滚筒的重量，保证转动的灵活性。 4 安装的方便性和使用的灵活性 如图1 3 所示 ，筒体 由轴毂 、泄放管和高分子轴 承组成了滚筒转动体。支撑轴由两端的轴头和中间 段钢管连接而成 ，两端轴头红套不锈钢衬套 ，中间钢 管用环氧树脂棉包裹，起到防腐蚀作用。支撑轴固定在 轴又内。形成了单滚筒一 单轴一 轴叉的艉滚筒型式。 环氧树脂安装 ：先按照尺寸拉线定位 ，把轴又焊 接到船体结构上。再把艉滚筒和支撑轴整体吊装捅入 轴 义位 ，调节
12、艉滚筒中心线与船中线垂直分中，现场 测量 、加工和安装隔离垫块。最后 ，用环氧树脂 填充轴端面与船体结构的间隙，防止轴的横向窜动； 轴头上焊接止动块 ，防止轴的纵 向窜动。采用轴又支 撑，靠环氧树脂和隔离垫块定位，该方式可以把船体 的制作误差 、艉滚筒的制作误差和轴叉的定位误差 ， 通过调整环氧树脂和隔离垫块厚度来消除横向的整体 误差 ，通过蒯整环氧树脂的厚度来调整纵向的整体误 差。这样就可以大大降低船体结构制作精度的要求 ， 同样也降低了支撑轴叉的定位精度 ，大大减少了制作 和安装难度 ，缩短了生产周期。 开式润滑和冷却 ：采用鲨鱼钳的冷却水泵 力注 入冷却水 ，通过轴头的孑 L 进入高分子
13、轴承 ，润滑和冷 却高分子轴承，循环完成的水从泄放管中流出。选 低摩擦系数和高承压 比的高分子轴承 ，可有效的减小 轴径 ，同时获得更好的转动的灵活性 ，有效减少拖缆 绞车的摩擦功率损失。 图1 3 单滚筒一 单轴一 轴叉型艉滚 筒 5 结论 本文设计 的单滚筒一 单轴一 轴叉型艉滚筒 ，满足 4 5 0t 承载要求 ( 3 倍安全系数 )，瞬间承载达到1 3 5 0 I ，满足大拖力工程船的T况需求 ，并已运 _ j 丁7 6 米 1 2 0 0 0 H P 的海洋丁程船上 。 艉滚筒面板选用A H3 2 高强度钢 ，轴体内部除装有 径向加强筋外，在其径向3 0 “ 、6 0 “ 、 2 1
14、 0 ” 、2 4 0 “ 方位装仃 四根纵 向加强筋板 ，可 以大大减轻艉滚筒 的重龄 、 采用轴叉支撑 ，靠环氧树脂和隔离垫块定位 该 方式方便的把船体的制作误差 、艉滚筒的制作误差和 轴叉的定位误差消除掉。这样就可大大降低船体结构 制作精度 的要求 ，同样也降低 了支撑轴 又的定化精 度，大大减少了制作和安装难度，缩短了牛产J 吉 1 期 、 力开式润滑和冷却系统 ，可以减少轴承 卜 磨的 可能性 ，同时有利于冲走沉淀在轴承位的杂质和海牛 物 ，减 少轴 承的磨损 。 选用低摩擦系数和高承 比的高分子轴承 ，n f 效的减小轴径，获得更好的转动的灵活性 ，行效减少 拖缆绞 车的摩擦功率损
15、失 。 参考文献 1 1 桑巍孙 雪荣 多用途拖船尾滚筒结构强度计算及研究 l 船舶， 2 【 x ) 2 ) ： 4 6 - 4 8 2 l 王良武， 周瑞平，高宏大型船用尾滚筒结构设计计算研究l J l_船舶 I 程2 0 1 0 51 0 一l 4 3 1 李康康 张 驰， 周瑞平 Y X 3 1 3 8多用途供应船尾滚筒设引计算及研究l1 l 1 船 舶 2 0 1 1 1 0 5 - 2 2 l 4 l4 M s ( ： P A T R A NM S ( ： N A S T R A N 使 指南 北 A A ， 2 f 1 2 5 1 黄巍巍，冯晓慧，土逸英环氧树脂存尾滚筒安装巾的应川 t 科技论坛 l 6 l C T O M H I I 金辉塑料滑动轴承的比 0f 算 起重运输机械 1 9 8 3 3 6 ( 1 6 2 翻日璺图
