回转支承在轨道旋转装置中的应用

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轨道旋转装置-般多用于地形比较特殊、轨道旋转半径较孝转角较大的轨道变向体中。与普通旋转机构相比，轨道旋转装置所承受的载荷为移动载荷，与运行轨道对接时精度要求较高，尤其是在载重车辆从运行轨道运动至旋转装置上部的过程中，对其自身的结构刚性要求较高，以保证载重车辆的顺利运行。

另外，由于轨道旋转装置长期承受脉动交变载荷，对其旋转机构的疲劳特性也有较高的要求。因此有必要对轨道旋转装的旋转机构进行深入的研究分析 ，以选择合适的机构作为其旋转定位装置。

在铁路交通和矿山运输领域，针对轨道旋转装置的旋转机构已经有较为成熟的研究和应用 。 。铁路交通多用于老式的列车车头车库，不同的列车车头经过旋转装置后运行至不同方向的轨道系统。由于列收稿日期：2012-12-17作者简介：金 龙(1984-)，男，湖北宜昌人，从事机械设计等方面的研究第6期 金 龙，等 ：回转支承在轨道旋转装置中的应用 ·705 ·车车头自身载荷不大，并且车轮数量较多，在变轨时产生的冲击也较小，旋转装置在承受工作载荷时产生的刚度变形较校设计人员常采用内花键和滑动轴承相配合的结构形式，使旋转中心只承受径向载荷，在竖向平面内处于浮动状态。该设计对于大载重、大轮压的特种设备并不适用◇山运输常用于小型采矿车辆的变道，整个旋转装置的长度较小，旋转半径也较小，因此 自身的刚性较好，工作时产生的变形较小，产生的阻力扭矩也较校设计人员常采用润滑形式较好的滑动轴承作为中心旋转机构。对于体积较大的重载台车也不能满足其使用需要。回转支承常用于变幅旋转起重机械上 ，主要承受-定的弯矩 、少量的径向载荷和较大的轴向载荷，其抗疲劳能力强，摩擦系数小 ，但其安装时的定位精度要求较高 ，因此很少用于容易发生蠕变的混凝土轨道变向系统。

本研究以柘溪水力发电厂过坝滑道设备为例，对其旧的轨道旋转装置进行改造，成功地将回转支承应用于轨道旋转装置中，并对其旧设备与新设备进行结构强度和刚度的对比，分析回转支承对整个设备结构强度和刚度的影响。最后简要提出回转支承的安装方法，以解决整个旋转装置在安装过程中的定位问题，使其受力情况明确，避免出现过定位的情况。

1 模型建立为了使研究方便，本研究现对新、旧旋转装置的约束条件进行简化，并作如下理论性假设H ：(1)建立旋转装置的空间坐标系XOY，0为旋转装置的旋转中心， 轴为沿轨道方向，y轴为水平面内垂直于轨道方向，Z轴垂直于地面。旋转装置以0点为中心(旧设备以0 点为中心)，绕z轴在水平面内进行旋转运动。

整个旋转装置共有5个约束点，即，旋转中心0/0和4个车轮中心 、B、C、D。其平面布置图如图1所示。

DC图 1 旋转装置平面布置图(2)新设备采用回转支承大轴承作为旋转装置的旋转定心机构，回转支承(O点处)有5个自由度的约束，4个车轮 、B、c、D处)分别只有1个自由度的约束。

(3)旧设备采用大花键和调心滚子轴承作为旋转装置的旋转定心机构，花键和轴承中心(0 点处)有4个 自由度的约束 ，4个车轮(A、日、c、D处)分别只有 1个自由度的约束。

表 1 设备各约束点的约束情况表支点 Uz ROTxA 1 0 1 0B 1 0 1 0C 1 0 1 0D 1 0 l 0D 1 l 1 1D 1 1 0 1R0孔0000l1R00， ， - 沿 X ，Y ，Z轴 的位 移 自由度 ；RO ，ROTv，R07T厂 绕 X，Y，Z轴的回转 自由度；1-约束；o--自由通过以上假设，该旋转装置可简化为拥有5个支点的空间格构式结构。

(5)新旋转装置和旧旋转装置的结构横截面特性相同，包括抗弯模量和惯性矩。钢材的弹性模量和泊松比不变。

2 旋转装置的静力结构分析2.1 新设备的静力学模型根据以上假设可知，新旋转装置在竖直平面XOZ内的静力学模型可按对称结构简化为1/2。

D图2 新设备静力学模型令该旋转装置纵向截面的抗弯模量为 ，惯性矩为 ，，钢材的弹性模量为E，则该结构的最大应力和最大挠度 分别为： (3- ) (1) J 击[ (3- )(2)3/，(L/2- ⌒由 上 面 两 式 对 。求 导 数 ，令 0o"/Oa0，/an0，求得当载荷 尸在结构上纵向移动时，最大应力和最大挠度分别为：PL(6√3-9) 16W (3)0.009 322，2 旧设备的静力学模型根据以上假设可知，旧旋转装置在竖直平面XOZ机 电 工 程 第30卷内的静力学模型可简化为如图3所示。

图3 旧设备静力学模型该结构的最大应力和最大挠度分别为： Pa- 箍 .0)C/D(4)(5)PL㈦ ，m4505董蚕：tYm (a)应力曲线aim(b)挠度曲线图4 主纵梁应力-挠度变化曲线结构的应力和挠度都大幅度下降 ，变化值也相对平稳。对于旋转装置和周边设施的对接精度有很大的提高，运行稳定性也有所增强。

3 回转支承在旋转装置中的安装由于回转支承的使用，导致旋转装置的静力学模型由简单的简质量支梁结构变为-个较为复杂的有3个约束点的连续梁结构。为了使旋转装置在运行过程中的受力情况和上述静力学模型基本相似，必须保证回转支承的安装条件。

图5 旋转装置立面示意图旋转装置在安装过程中，需按照下述旋转装置立面示意图步骤进行回转支承的安装：(1)首先保持回转支承与中支座(0点处)先处于分离状态，即保证回转支承下表面与中支座上表面不接触。

(2)调整两纵梁的水平度，即保证A/B端和C/D端的高程-致。

(3)在回转支承与支座间增加调整垫片，使两者紧密接触，用螺栓进行紧固。

(4)在回转支承的运动过程中，如出现车轮打滑或回转支承安装螺栓松动等情况，则需要按照上述步骤对其进行重新调整，始终保证旋转装置在仅承受 自重载荷的情况下，其轴向载荷近似于零。

4 结束语本研究以柘溪水利发电厂过坝滑道设备改造工程为例，将回转支承成功地运用于轨道旋转装置中。本研究将新设备与旧设备进行对比，从强度和刚度两个方面进行了静力学结构分析，得出了新、旧设备的最大应力和最达挠度，并利用Matlab软件进行静力学仿真，得出了新、旧设备金属结构的应力曲线和挠度曲线。

研究结果表明，运用了回转支承的新设备结构强度和刚度上Lk lIEt设备都有了较大的提高，尤其是刚度的大幅度增强，对整个旋转装置的运行可靠性和稳定性起到了决定性的作用。最后对回转支承的安装提出了基本原则，保证旋转装置在使用过程中按照本研究中的力学模型运行。

随着轴承制造技术的飞速发散和成本的降低，回转支承将被越来越广泛地运用于各种旋转机构中。

(下转第7l0页)· 7lO · 机 电 T 程 第30卷总线以广播的形式发送到箱式显示器。

箱式显示器将控制箱送来通讯信号按照协议进行解析，并驱动数码管，显示转速及转向信息。

图7 装置连接关系图信号盘、光电转换器、控制箱安装在船舶艉轴部位。箱式显示器通过RS458总线顺次连接，-般分别安装在艉轴部位、推进集控部位、船舶操舵部位、导航部位。箱式显示器可根据船舶设计的需要进行增减。该装置可广泛应用于各种类型和各种吨位的船舶，具有以下优点：(1)采用单片机进行信号的处理，大大提高了系统的抗干扰能力 ，使得每个设备的转速显示完全-致。

(2)采用RS485总线通信，显示器的数量可扩展，具有较好的扩展性 。

(3)在电路板设计过程中，考虑了电磁兼容性设计，采用隔离电源拈以及光电耦合器等方式，提高了设备抗传导和辐射干扰的能力，改善了设备的性能。

6 结束语本研究针对电动转速表和全数字电路式艉轴转速测量仪的缺点，利用 RS485总线技术，重点考虑了抗干扰能力和电磁兼容性方面要求，设计并开发了-种船舶非接触式数字转速测量装置。

该装置具有体积孝实时性好、抗干扰能力强、无振动和空气噪声 、扩展性能好的优点，已经广泛应用于各型船舶，并取得了良好的效果。