500t浮式疏浚抓斗起重机超大轴承结构设计与优化分析

2013年第42卷 机械设计与制造工程承载机构，而主推滚柱是回转支承中的主要承载单元，所以滚柱的设计成为设计的关键。主推滚柱设计中，相互独立的设计参数为滚道中心半径 D。、滚柱底面半径 D 、滚柱长度 L和主推滚柱总数 z，滚柱长度即为滚柱与踏面的接触长度 (有效接触长度数值)。在满足寿命和强度的力学要求下，滚柱直径越小，数量越少，最为优化。而滚柱直径和数量可反映在滚动体的总体积上，因此选滚动体总体积为目标函数，记为 ) 1 2 3， 1， 2， 3分别为滚柱直径 D 、接触长度 L和滚柱数量 Z〃立目标函数为：minf(x) 'IT 2l 2 33.2 约束条件a.载荷约束。

额定静载荷为：CofoDlLZC0/C。≥is式中：C。为额定静载荷；C。为当量静载荷。

参照《疏浚工程设计手册》对静载荷系数取为：fo80N/mm浮式起重机的当量静载荷撒于整体载荷状况，计算分析：c 式中：F为轴向载荷； 为倾覆力矩。

可得载荷约束条件：C1( )：L(F )-fo ，≤0代人轴向静载荷等数据可得：Cl( )6.002×10 -80x1 2 3≤0b.接触长度约束。

接触长度为滚动体与踏面的有效接触长度，在滚动体半径较序需承载径向支撑时，需要把滚动体设计为锥面，避免出现内外踏面的速度差引起的附加旋转阻力。而在滚动体半径较大时，可使用圆柱滚动体，圆柱滚动体有效接触长度与直径需要满足如下关系：0.7D1≤ L≤ D1推导并得出约束条件：C2( ) 2- 1≤0C3( )0.7xl- 2≤0c，结构尺寸约束。

在改造中，由于整体结构尺寸为确定值，因而对回转支承轴承的整体尺寸也存有尺寸约束条件，· 14 ·包括滚动体的间隔宽度 取值范围为 1O-20mm；轨道中心直径 和起重机下部分基座直径相匹配，推导得出 取值范围为 9 500～10 000mm。

由计算公式 ：Z，trDo/(D0-B)可得约束条件：C4( ) 3-(叮r6-0.5x1)/(x1l0)≤0C5( )(订0-0.5x1)/( 220)- 3≤03.3 MATLAB优 化由上述计算可得如下数学模型：目标函数minf(x) ， (1)约束条件：fC1( )：6.022 X 10 -80x1 2 3≤0I c2( ) 2- 1≤0c3( )0.7x1- 2≤0 (2)l c4( ) 3-(，rb-0.5x1)/( l10)≤0C5( )(竹口-0.5x1)/( 220)- 3≤0此数学模型求解为非线性 目标函数的非线性约束优化 (其中c：，c，式为线性约束，编程时可把该线性约束看作特殊的非线性约束项进行优化计算)，因此建立目标函数文件为：function fobjfun(X)f(pi/4)：IX(1). X(2)；Ic x(3)；非线性约束文件如下：function[c，ceq]confun(x)c[602200000-120 X(1) X(2) x(3)；x(1)：Ic X(3)100$x(3)0.5 x(1)-29800；31400-x(1) X(3)-120$x(3)-0.5x(1)；0.7：Ic x(1)-X(2)；x(2)-x(1)；]；eeq[]；得到最终优化解为：1 289.287 62 293.531 93 59.098 3根据计算结果可取直径为 294mm，长度为290ram，数量为 60个∠原单排圆锥滚柱回转支承参数(直径340ram，长度 470ram，数量 6O)相比，在同种工况下，实现了滚动体的优化设计。在单个滚动体上节约材料 46%，同时采用滚柱式而非圆锥，既提高了回转性能，延长了寿命，又在其单个滚柱的生产周期中减少了 30%的加工量，提高生产效率。