文章編號(hào)1000-5269（2024）06-0057-06

DOI：10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2024.06.09

摘要：本文針對(duì)大型浮吊回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)的迫切需求，結(jié)合海洋工程裝備技術(shù)最新進(jìn)展，揭示了現(xiàn)有研究在該領(lǐng)域的不足。通過(guò)對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，創(chuàng)新性提出以低摩擦非金屬材料替代傳統(tǒng)金屬滾子，設(shè)計(jì)了一款滑動(dòng)摩擦式回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)PTFE和Nylatron 703XL材料的性能比較實(shí)驗(yàn)，證實(shí)Nylatron 703XL展現(xiàn)出優(yōu)異的抗蠕變性能，適用于大型浮吊的輕量化需求，而PTFE不適合此應(yīng)用場(chǎng)景。通過(guò)搭建縮比實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明該設(shè)計(jì)方案成功實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)減重，同時(shí)確保在大負(fù)載條件下的靈活穩(wěn)定運(yùn)行，有力推動(dòng)了海洋工程裝備的輕量化升級(jí)和高效持久使用。

關(guān)鍵詞：大型浮吊；回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)；輕量化設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH21；TH137.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著海洋工程裝備技術(shù)的發(fā)展，浮吊作為核心吊裝裝置的重要性日益凸顯，尤其大型浮吊的性能優(yōu)化成為關(guān)鍵。其中，回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)因其在承載自身重量和吊裝重載時(shí)的關(guān)鍵作用，其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響整機(jī)的性能和安全性。目前，國(guó)際研究側(cè)重于多排滾輪回轉(zhuǎn)支承的力學(xué)性能優(yōu)化和接觸改進(jìn)，而國(guó)內(nèi)研究更多關(guān)注于通過(guò)有限元分析等手段優(yōu)化起重機(jī)整體結(jié)構(gòu)以提高承載能力。羅平等［1］在研究中，通過(guò)ANSYS進(jìn)行WD70移動(dòng)式桅桿起重機(jī)的有限元分析。付玉琴等［2］為了解起重機(jī)回轉(zhuǎn)支承螺栓強(qiáng)度，通過(guò)施加螺栓預(yù)緊力，實(shí)施有限元計(jì)算，進(jìn)行回轉(zhuǎn)支承螺栓受力情況模擬，從而使其強(qiáng)度設(shè)計(jì)更加可靠；針對(duì)回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提出了更加可靠的計(jì)算方法。陸凱等［3］ 在實(shí)際研究中，為使起重機(jī)回轉(zhuǎn)支承軸承擁有更高的使用壽命，設(shè)計(jì)了一種防護(hù)罩殼。然而，針對(duì)大型浮吊回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)的具體輕量化設(shè)計(jì)研究相對(duì)匱乏。

本文針對(duì)大型浮吊回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)的研究空白，在深入剖析浮吊分類(lèi)和設(shè)計(jì)原則后，明確強(qiáng)調(diào)了輕量化設(shè)計(jì)的迫切性和重要價(jià)值，創(chuàng)新性設(shè)計(jì)了一種采用低摩擦系數(shù)非金屬材料替代傳統(tǒng)金屬滾子的滑動(dòng)摩擦式回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)。該設(shè)計(jì)不僅減輕了重量，還確保了在大載荷條件下仍能靈活回轉(zhuǎn)，從而顯著增強(qiáng)了浮吊上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，推動(dòng)了海洋工程裝備技術(shù)的創(chuàng)新進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展。

1滑動(dòng)摩擦材料選擇及性能分析

1.1材料選擇

針對(duì)大型浮吊回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)，特別關(guān)注了兩種滑動(dòng)摩擦材料：PTFE（聚四氟乙烯）和Nylatron 703XL。為了評(píng)估這兩種材料作為大型浮吊回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)材料的適用性，需深入探討它們的各項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)。

1.1.1PTFE

PTFE是一種具有獨(dú)特性能的高性能聚合物，盡管其力學(xué)性能表現(xiàn)為較低的強(qiáng)度、硬度和剛度，但其拉伸強(qiáng)度和彈性模量可達(dá)約400 MPa。在熱性能方面，PTFE展現(xiàn)了廣泛的耐溫性，能在-200 ℃到+260 ℃的極端溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，同時(shí)具有較低的熱傳導(dǎo)性。在電性能上，PTFE以卓越的絕緣性和高介電強(qiáng)度聞名，具有較高的擊穿電壓。此外，PTFE具備卓越的耐化學(xué)品性，無(wú)論是強(qiáng)酸、強(qiáng)堿還是強(qiáng)氧化劑都無(wú)法對(duì)其造成顯著損害，且溶解度極低。其表面摩擦系數(shù)極低（通常為0.04），并在高壓條件下進(jìn)一步減小至0.01以下，這一特性源于其分子間弱的相互作用力。PTFE在抗輻射及耐老化性能方面同樣表現(xiàn)出色，由于分子結(jié)構(gòu)中不含光敏基團(tuán)，故對(duì)光照、臭氧以及各類(lèi)輻射具有較高的耐受性，且受溫度變化的影響不顯著。盡管PTFE在力學(xué)性能方面存在局限，特別是在耐蠕變性上欠佳，但鑒于其多方面的出色性能，PTFE在眾多工業(yè)應(yīng)用中仍然占據(jù)核心地位［4-6］。

1.1.2Nylatron 703XL

Nylatron 703XL因其零蠕變特性和卓越耐磨性而受到關(guān)注，特別適用于無(wú)潤(rùn)滑要求的運(yùn)動(dòng)部件，如設(shè)備軸承組件。該材料的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在三方面：首先，其摩擦系數(shù)明顯低于原始尼龍材料，這一特性有利于在精密機(jī)械設(shè)計(jì)中減少部件變形，增強(qiáng)系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性和精確度。其次，憑借其卓越的耐磨性，Nylatron 703XL能有效抵抗長(zhǎng)期使用過(guò)程中的磨損，確保構(gòu)件保持良好運(yùn)行狀態(tài)并延長(zhǎng)使用壽命，從而減少維修與更換成本［7］。然而，盡管該材料不產(chǎn)生粘滑現(xiàn)象，在所有工況下都能保持平穩(wěn)運(yùn)行，但其吸濕膨脹性可能導(dǎo)致在特定應(yīng)用場(chǎng)合，如起重機(jī)臂架伸縮系統(tǒng)中產(chǎn)生一定影響。最后，由于市場(chǎng)價(jià)格相對(duì)較高，大規(guī)模應(yīng)用時(shí)需充分考慮經(jīng)濟(jì)效益。

1.2材料性能分析

1.2.1壓縮性能

采用MTS液壓伺服材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)PTFE與Nylatron 703XL兩種材料進(jìn)行了壓縮性能測(cè)試［8］。鑒于高分子材料實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)離散性，為確保結(jié)果可靠性，執(zhí)行了多次實(shí)驗(yàn)并取平均值作為結(jié)論。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示兩者均表現(xiàn)出非線性壓縮行為，其中PTFE的線彈性模量為485 MPa，而Nylatron 703XL則高達(dá)2 492 MPa。在卸載后恢復(fù)性測(cè)試中：PTFE在12.5 MPa以下載荷作用下可完全恢復(fù)，超過(guò)15 MPa則產(chǎn)生不可逆變形；而Nylatron 703XL在小于90 MPa載荷下具有良好恢復(fù)性，僅在超過(guò)100 MPa載荷時(shí)發(fā)生永久變形，顯示出更強(qiáng)的承載能力。

1.2.2蠕變性能

蠕變性能實(shí)驗(yàn)采用懸掛法并通過(guò)引伸計(jì)監(jiān)測(cè)試樣變形。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：PTFE在施加載荷后表現(xiàn)出明顯的蠕變現(xiàn)象，隨著時(shí)間推移應(yīng)變持續(xù)增長(zhǎng)；相反，Nylatron 703XL在24 h內(nèi)未見(jiàn)明顯蠕變變化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，PTFE在支承構(gòu)件應(yīng)用中可能存在蠕變失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。

可通過(guò)式（1）、（2），計(jì)算蠕變函數(shù)與松弛函數(shù)：

J（t）=1E2+1E1（1-e-E1η 1t）（1）

Y（t）=E21-E2E1+E2（1-e-η 1E1+E2t）（2）

式中：J（t）為蠕變函數(shù)；Y（t）為松弛函數(shù)。相關(guān)參數(shù)為E0=E2，a=E2E1+E2，τ=η1E1+E2，E0為瞬態(tài)模量，a為相對(duì)模量，τ為松弛時(shí)間。

實(shí)測(cè)得粘彈性參數(shù)如表1所示。

1.2.3摩擦剪切失效分析

在大型浮吊回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)的運(yùn)作中，滑動(dòng)摩擦材料承受顯著載荷，并且為確保平穩(wěn)回轉(zhuǎn)，必須關(guān)注潛在的粘滑效應(yīng)。在常規(guī)條件下，滑動(dòng)過(guò)程中的牽引力相對(duì)穩(wěn)定，但在特定速度下，牽引力可能出現(xiàn)較大波動(dòng)，這時(shí)可能出現(xiàn)粘滑現(xiàn)象，表現(xiàn)為在某一滑動(dòng)速度下摩擦力呈現(xiàn)鋸齒狀變化。粘滑效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致摩擦系數(shù)增大，尤其是在材料發(fā)生粘滯階段，最大靜摩擦力劇增。在此背景下，滑動(dòng)摩擦材料的磨損問(wèn)題是難以避免的。分析發(fā)現(xiàn)，材料磨損主要由兩方面原因造成：一是接觸界面磨損，由于所選材料具有較低的摩擦系數(shù)，界面磨損程度相對(duì)較??；二是接觸邊緣剪切磨損，當(dāng)材料承受高壓時(shí)，局部區(qū)域出現(xiàn)凹陷，由于上部結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)，在滑動(dòng)過(guò)程中，材料接觸邊緣遭受剪切應(yīng)力作用，進(jìn)而引發(fā)剪切破壞導(dǎo)致磨損加劇。

2滑動(dòng)摩擦回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)分析

2.1有限元模型構(gòu)建

滑動(dòng)支撐結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)已總結(jié)于表2中，展示了外環(huán)上滑道、內(nèi)環(huán)上滑道以及滑動(dòng)摩擦材料等組件的尺寸規(guī)格。有限元模型的構(gòu)建集中體現(xiàn)了滑動(dòng)摩擦材料及其對(duì)應(yīng)的上下滑道幾何特征。模型層次自下至上依次為：兩組滑動(dòng)摩擦墊片、兩層上滑道結(jié)構(gòu)、中間鋼板層以及箱型梁主體結(jié)構(gòu)?；瑒?dòng)摩擦墊片采用獨(dú)立的圓環(huán)設(shè)計(jì)，為了精確模擬真實(shí)物理行為，采用了楔形單元進(jìn)行建模。

針對(duì)浮吊工作的多種復(fù)雜工況，挑選了4種典型工況進(jìn)行深入分析，其中，工況1和3為潛在的危險(xiǎn)工況，工況2為空載停放狀態(tài)，工況4為極端工作條件。這4種工況下的各項(xiàng)載荷變量如表3所示，涵蓋了自重、側(cè)傾載荷、工作載荷、風(fēng)荷載、慣性力和臂架角度等多個(gè)關(guān)鍵因素。

2.2承壓性能分析

在確?；瑒?dòng)摩擦回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)具備優(yōu)越性能的前提下，必須對(duì)候選材料的承載能力和應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)進(jìn)行詳盡評(píng)估。

2.2.1材料本構(gòu)關(guān)系探討

利用有限元方法分析了PTFE與Nylatron 703XL兩種滑動(dòng)摩擦墊圈材料在不同工況下的應(yīng)力與應(yīng)變分布，如圖1和圖2所示。通過(guò)比較最大應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)（見(jiàn)表4），發(fā)現(xiàn)PTFE與Nylatron 703XL在各狀態(tài)下展現(xiàn)出相似的應(yīng)變分布趨勢(shì)，但二者在線彈性、彈塑性和粘彈性階段的最大應(yīng)力和應(yīng)變值有所不同。PTFE材料盡管在一定條件下能恢復(fù)變形，但其最大應(yīng)力和應(yīng)變值已經(jīng)越過(guò)了線彈性極限，這意味著存在較高失效風(fēng)險(xiǎn)。相比之下，Nylatron 703XL材料的最大應(yīng)力與應(yīng)變均保持在安全的線彈性范圍內(nèi)，適宜用于此類(lèi)結(jié)構(gòu)。

2.2.2時(shí)間依賴(lài)性考量

考慮到PTFE與Nylatron 703XL均為粘彈性材料，有必要探究它們?cè)跁r(shí)間尺度上的變形特性。研究結(jié)果顯示，在初始荷載作用下的50 s內(nèi)，PTFE材料出現(xiàn)了明顯的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)，達(dá)到初始變形的60%，而Nylatron 703XL材料的應(yīng)變變化則微乎其微，顯示出更高的穩(wěn)定性。據(jù)此，PTFE材料在高載荷環(huán)境下的適用性受限，后續(xù)分析將不再著重討論P(yáng)TFE。

2.2.3不同工況下的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)

對(duì)不同載荷工況下的應(yīng)力分布情況進(jìn)行深入考察，發(fā)現(xiàn)在30°弧形滑道處應(yīng)力最大，如圖3所示的外環(huán)應(yīng)力分布曲線描繪了這一特點(diǎn)，特別是在上滑道兩端部位存在明顯的應(yīng)力峰值。表4匯總了不同工況下對(duì)應(yīng)的最大Mises應(yīng)力與應(yīng)變數(shù)值，結(jié)果顯示所有工況下材料的應(yīng)力應(yīng)變均位于線彈性范圍內(nèi)，表明材料未達(dá)到破壞閾值。值得注意的是，即使Nylatron 703XL進(jìn)入非線性狀態(tài)，由于其高分子材料的特性，仍能保持結(jié)構(gòu)完整而不致破裂。

2.3摩擦剪切效應(yīng)分析

在大型浮吊回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中，面對(duì)復(fù)雜多變的載荷狀況，對(duì)其材料的摩擦特性和磨損狀況進(jìn)行全面了解至關(guān)重要。本研究選取摩擦系數(shù)μ=0.08作為基礎(chǔ)參數(shù)，構(gòu)建相應(yīng)的接觸力學(xué)模型。

2.3.1接觸力學(xué)模型構(gòu)建與摩擦力計(jì)算

運(yùn)用罰函數(shù)法結(jié)合庫(kù)侖摩擦定律來(lái)解決接觸面間的摩擦問(wèn)題。法向接觸力由式（3）計(jì)算得到：

fn=kn，c≤0

0，c＞0（3）

式中：c實(shí)際為間隙值；kn實(shí)際為法向接觸剛度。

而在切向力的計(jì)算中，遵循如下關(guān)系：

ft=Ktηe，粘著

μfn，滑動(dòng)（4）

式中：ηe實(shí)際為接觸節(jié)點(diǎn)彈性形變；Kt實(shí)際為法向接觸剛度；μ實(shí)際為滑動(dòng)摩擦系數(shù)。

2.3.2回轉(zhuǎn)支承剪切效應(yīng)分析

基于工況1的負(fù)載測(cè)試，我們觀察到在滑動(dòng)環(huán)節(jié)的端部位置出現(xiàn)了顯著的應(yīng)力集中現(xiàn)象，其應(yīng)力和應(yīng)變分別高達(dá)77 MPa和9%，超過(guò)可接受的應(yīng)變限制。這一發(fā)現(xiàn)揭示了滑道端部銳角對(duì)滑動(dòng)摩擦墊片可能造成的嚴(yán)重磨損損害。因此，為緩解剪切效應(yīng)，提出了對(duì)端部進(jìn)行倒角處理，并引入25 mm半徑的圓弧過(guò)渡設(shè)計(jì)。

通過(guò)對(duì)4種典型工況下倒角前后端部應(yīng)力和應(yīng)變的重新計(jì)算（如表5所示），得出了改進(jìn)后的應(yīng)力應(yīng)變分布情況。

研究表明，PTFE材料在應(yīng)對(duì)實(shí)際載荷時(shí)表現(xiàn)出不足的壓縮性能，不具備長(zhǎng)期服役的能力。相反，Nylatron 703XL材料雖能在各種工況下承受載荷，但由于原始端部為直角設(shè)計(jì)導(dǎo)致應(yīng)力過(guò)于集中，可能導(dǎo)致材料局部過(guò)度損壞。為此，對(duì)端部實(shí)施倒角優(yōu)化策略顯得尤為必要。實(shí)驗(yàn)證明，倒角設(shè)計(jì)有效地降低了應(yīng)力集中，確保材料能夠在預(yù)期使用壽命內(nèi)穩(wěn)定且安全地工作。

3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析

3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)與制作

在上述理論分析基礎(chǔ)上，為了驗(yàn)證大型浮吊回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)中滑動(dòng)摩擦材料的實(shí)際承載能力和壓力分布合理性，本研究設(shè)計(jì)并構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｓ捎趯?shí)物結(jié)構(gòu)規(guī)模龐大，不便進(jìn)行實(shí)體試驗(yàn)，因此采取了比例縮放的方式，按照15∶1的比例制作了模型。模型設(shè)計(jì)中，考慮到滑動(dòng)摩擦材料在實(shí)際工作中不僅要承受上滑道的靜載荷，還要承受旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)向摩擦力，這些力的作用容易導(dǎo)致滑動(dòng)摩擦材料與上滑道接觸邊緣產(chǎn)生剪切破壞。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ统叽缭O(shè)計(jì)需兼顧加載能力與精度要求，既要保證模型足夠小以便于實(shí)驗(yàn)室加載設(shè)備使用，又要避免尺寸過(guò)小帶來(lái)的誤差增大問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄒ?jiàn)圖4）以直線位移加載模擬回轉(zhuǎn)過(guò)程中的載荷分布。模型中，方形鋼體置于水平滑動(dòng)摩擦材料上施加載荷并產(chǎn)生水平位移，模擬實(shí)際工況。假設(shè)滑塊環(huán)移動(dòng)20 mm，縮比后圓環(huán)半徑為1 000 mm時(shí)，實(shí)際轉(zhuǎn)過(guò)的弧度為1.14°，與原尺寸相比誤差在2%左右，處于允許誤差范圍內(nèi)，可以進(jìn)行近似的模擬實(shí)驗(yàn)。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與誤差分析

為了提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，我們將實(shí)驗(yàn)?zāi)M數(shù)據(jù)與理論完全縮比模型進(jìn)行對(duì)比分析，以了解實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼`差情況［9-11］。在利用ABAQUS軟件構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁r(shí)，還建立了完全縮比的理論模型，并結(jié)合實(shí)際材料屬性進(jìn)行計(jì)算。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在模型上部鋼板上均勻施加了20 MPa的壓力，由于壓力分布均勻，接觸面上的位移分布相對(duì)均衡。但在面接觸邊緣，由于集中應(yīng)力的存在，位移出現(xiàn)了突變。通過(guò)對(duì)比縮比模型內(nèi)側(cè)圓弧外邊緣與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛡?cè)邊緣的位移變化，繪制了沿環(huán)向的位移變化曲線（見(jiàn)圖5）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，相較于縮比模型，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛_實(shí)存在一定程度的誤差，尤其是在面接觸邊緣，誤差達(dá)到了約5.4%，而平均誤差約為4%，總體誤差較小?；诖?，本研究認(rèn)為所構(gòu)建的模型實(shí)驗(yàn)方案是可行的。

4結(jié)論

隨著海洋工程技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)和大型化需求的不斷提升，大型浮吊的設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化已成為業(yè)界亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)普遍采用金屬材料制造，雖然具備一定的承載能力，但由此帶來(lái)的較大自重限制了浮吊整體結(jié)構(gòu)的輕量化發(fā)展。為此，本研究聚焦于大型浮吊回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)策略，提出并探討了采用新型材料替代傳統(tǒng)金屬材料的可能性，旨在保證結(jié)構(gòu)承載性能的基礎(chǔ)上顯著降低其重量。

本文的研究創(chuàng)新體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）選取PTFE及Nylatron 703XL作為輕量化候選材料，對(duì)兩者的物理機(jī)械性能進(jìn)行了深入分析，評(píng)估其在大型浮吊回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)輕量化應(yīng)用中的適用性；

2）實(shí)驗(yàn)研究表明：Nylatron 703XL展現(xiàn)出卓越的性能優(yōu)勢(shì)，特別是在抗蠕變性能方面表現(xiàn)出色，能夠滿(mǎn)足大型浮吊回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，適宜用作滑動(dòng)摩擦材料；相反，PTFE材料在類(lèi)似應(yīng)用條件下并不適合充當(dāng)回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)的滑動(dòng)摩擦組件；

3）通過(guò)精心設(shè)計(jì)和實(shí)施的完全縮比實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ万?yàn)證，本研究所提出的輕量化設(shè)計(jì)方案展現(xiàn)出了高度的可行性，為大型浮吊回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步輕量化設(shè)計(jì)提供了有力的數(shù)據(jù)支撐和實(shí)踐參照。

基于以上研究成果，后續(xù)研究工作繼續(xù)深化，重點(diǎn)關(guān)注Nylatron 703XL等表現(xiàn)優(yōu)異的新材料在大型浮吊回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，并以此為基礎(chǔ)開(kāi)展輕量化設(shè)計(jì)實(shí)踐，力求在確保結(jié)構(gòu)承載性能的前提下大幅削減回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)重量，從而提升整個(gè)浮吊系統(tǒng)的效能和使用壽命。

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（責(zé)任編輯：曾晶）

Abstract：

This research focuses on the urgent need for lightweight design of large floating crane slewing support structures. Given the latest progress in marine engineering equipment technology， we discuss the shortcomings of existing research in this field. By comparing and analyzing the research progress at home and abroad， we propose an innovative method that adopts low friction non-metallic materials so as to replace traditional metal rollers. Thus， we design a sliding friction rotary bearing structure. The results of comparative experiments on the performance of PTFE and Nylatron 703XL materials show that Nylatron 703XL exhibits higher creep resistance than PTFE. It means that while Nylatron 703XL is suitable for the lightweight requirements of large floating cranes， PTFE is not suitable for this application scenario. The results of the scaled-down modelling experiment show that this design both achieves reducing structural weight and ensuring flexible-stable operation under heavy load conditions. This method may effectively promote the lightweight upgrading and efficient amp; long-lasting use of marine engineering equipment.

Key words：

large floating crane; slewing support structure; lightweight design

收稿日期：2024-01-06

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（11902135）；福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目（JAT210910）

作者簡(jiǎn)介：鐘國(guó)堅(jiān)（1982—），男，副教授，碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化，E-mail：zgj1425san@163.com.

*通訊作者：鐘國(guó)堅(jiān)，E-mail：zgj1425san@163.com.