新型免维护双腹板滑轮动载性能试验与分析 _小知识

丁旭翟金金张氢秦仙蓉孙远韬
同济大学机械与能源工程学院上海 201804
摘要：设计了免维护双腹板滑轮试验台并进行滑轮动载试验。通过该动载试验装置，研究了此滑轮在额定动载荷和额定静载荷运转时腹板上的应力分布，从而确定滑轮在实际使用中的安全可靠性。通过对比动静载工况、钢丝绳不同偏角工况的试验数据，其结果表明各工况下滑轮材料均在线弹性范围内，证实该滑轮在大幅减重后其强度仍然符合设计要求，并有较大的安全系数储备，同时按设计要求能够达到免维护的使用性能，也较好地能够满足了船级社认证等各方面要求。

关键词：滑轮；试验台；动载试验；免维护

中图分类号：U653.929.1 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2020）13-0040-05
0 前言
随着海上工程装备及其功能多样性不断增多，其起重装备一直向着大型化、高速化、轻量化方向发展，现有的海洋工程装备也亟待发展革新[1] 。滑轮作为钢丝绳传动的重要载体，其被广泛运用于上述重工平台之中，是整个传动系统中最基本的部件之一[2] 。根据相关资料，世界钢消费量的0.3% 被用于制造钢丝绳[3] ，与其配套的滑轮自然有着充分的市场需求，亟待更新的滑轮数量也有很大增长空间。

传统的海工平台、港口机械大型滑轮通常采用为单腹板结构，该结构根据起重机设计规范确定的腹板厚度在实践中被证明是偏于保守的[4] 。其直接造成滑轮的重量偏重，这会导致材料的浪费，无法顺应港口起重机轻量化的发展趋势，大重量还导致滑轮的转动惯量增加，不利于起重机起升机构运行速度的提高，尤其对于大钢丝绳倍率的高速起升机构更是如此。同时起重机械长时间工作有时候会在钢丝绳和滑轮槽之间产生磨损[5] ，传统的滑轮其绳槽如果处理不当，在现代海工、港口机械作业要求的重载环境下使用时，其磨损将会增大，甚至出现压痕，造成提前失效。且一般需要日常的润滑保养，虽然自动润滑技术有所发展，但在冬夏两季温差较大环境下质量仍然不稳定。

针对上述问题，本文在所设计的一种新型免维护双腹板滑轮基础上进一步进行了动载试验，进行多工况多条件下的静、动载试验，以通过试验定量验证新型免维护双腹板滑轮在减轻质量情况下的强度特性，并满足船级社等认证要求。
1 新型滑轮设计
本新型免维护双腹板滑轮为用于海上风电安装平台的Φ 1 250 冷轧绳槽薄壁重载滑轮，如图1 所示，其材料采用Q355 ，屈服强度为355 MPa 。新型滑轮整体采用双腹板箱型结构，由两块用通孔穿管焊接在一起的腹板组成，双腹板板厚为12 mm ，双腹板上四个孔与四个筋板八位均布，孔壁焊接封死，使双腹板组成抗失稳的箱型结构，同时也作吊装孔用。

文章插图
图 1 新型滑轮
滑轮承载能力、稳定性和强度直接影响着结构的可靠性和安全性[6] ，本滑轮结构形成薄壁结构，钢丝绳传递给滑轮的力均为压力，并无剪力、拉力、扭矩等，采用薄壁结构符合要求。双腹板结合薄壁绳槽，组成箱型结构提升了整体抗压的稳定性。通过进行双腹板箱型结构的设计，直接减少了原单腹板厚型结构的原料使用，在保证刚度、强度的基础上，最大限度地减少了质量。整体质量减轻程度方面，相较同直径的传统热轧滑轮轻20~30% ，较铸造滑轮能够轻50% 左右。

绳槽作为钢丝绳与滑轮直接发生接触的部位，其耐久性直接影响到滑轮的整体使用寿命。为了提升了滑轮绳槽的耐磨性，本新型滑轮通过冷轧应变硬化及热处理提升绳槽表面硬度，按照不同使用工况可相应处理提升到不同硬度水平。其次绳槽经过机加工后，保证其径向跳动（小于直径的1‰）、绳槽形状与光洁度达到要求。此外，冷轧的绳槽相较铸造而言材料致密性得到改善，在抗压磨损方面具有优点。