門座起重機(jī)整機(jī)海運(yùn)分析

蘇運(yùn)波，金 輝

(上海振華港機(jī)(集團(tuán))股份有限公司，上海200125)

門座起重機(jī)整機(jī)海運(yùn)能充分利用和發(fā)揮制造場(chǎng)地、技術(shù)、人員、設(shè)備的優(yōu)勢(shì)和有利條件，將整機(jī)安裝并調(diào)試好，到用戶碼頭直接滾動(dòng)上岸即可使用，不僅大大節(jié)約了人力成本，而且減少了門座起重機(jī)到用戶碼頭總裝調(diào)試所占用用戶碼頭的時(shí)間，這對(duì)港口尤為重要。

1 整機(jī)綁扎有限元模型建立

1.1 主要結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

門座起重機(jī)由工作機(jī)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)、動(dòng)力裝置及控制系統(tǒng)組成。其中金屬結(jié)構(gòu)主要由端梁、橫梁、圓筒體、轉(zhuǎn)盤、上轉(zhuǎn)柱、小拉桿、平衡梁、大拉桿、象鼻梁及臂架組成［1］。出口至赤道幾內(nèi)亞門機(jī)整機(jī)海運(yùn)安裝示意見圖1。

圖1 出口至赤道幾內(nèi)亞門機(jī)整機(jī)海運(yùn)安裝示意

1.2 門座起重機(jī)整機(jī)綁扎模型

利用ANSYS中BEAM44單元，對(duì)出口至赤道幾內(nèi)亞門機(jī)進(jìn)行整機(jī)建模，并在模型基礎(chǔ)上進(jìn)行海運(yùn)綁扎［2］，見圖2。

圖2 出口至赤道幾內(nèi)亞門機(jī)整機(jī)海運(yùn)綁扎示意

其中具體海運(yùn)加強(qiáng)為:端梁橫搖撐管為φ426×10的鋼管，材質(zhì)Q345，共8根;端梁縱搖撐管為φ299×10的鋼管，材質(zhì)為Q345B，共4根;平衡梁后部用φ299×10的鋼管，材質(zhì)為Q345B，共2根;臂架與上轉(zhuǎn)柱用2根φ299×10的鋼管連接，材質(zhì)為Q345B。圓筒體上拉4根直徑50 mm的鋼絞線。其中鋼絞線利用LINK10進(jìn)行建模，并以應(yīng)變?chǔ)诺男问绞┘愉摻g線預(yù)緊力。

1.3 海運(yùn)過程中載荷

1.3.1 風(fēng)載荷

根據(jù)港口起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范，風(fēng)載荷Pw為［3］

式中:Pw——作用在起重機(jī)上的風(fēng)載荷，N;

Cf——所討論結(jié)構(gòu)部分沿著風(fēng)向的風(fēng)力系數(shù);

q——相應(yīng)設(shè)計(jì)工況對(duì)應(yīng)的風(fēng)壓，Pa。

1.3.2 浪載荷

門座起重機(jī)載體船舶在受到浪載荷激勵(lì)后，引起了門座起重機(jī)的橫蕩、縱蕩、升沉、橫搖和縱搖運(yùn)動(dòng)。以美國(guó)NSRDC的FRANK切片理論為基礎(chǔ)，并假定船舶各個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)時(shí)線性和諧振，船長(zhǎng)比船寬和吃水大很多，將三維船體處理為二位切片，最終得出門座起重機(jī)在該船上的海運(yùn)加速度，一般表達(dá)式為

式中:ax——起重機(jī)某高度x方向總加速度;

α——角加速度;

H——起重機(jī)某點(diǎn)軌面以上高度;

b——線加速度;

g——重力加速度，取9.8 m/s2。

赤道幾內(nèi)亞門機(jī)整機(jī)在特定時(shí)間內(nèi)海運(yùn)時(shí)實(shí)際加速度值見表1。

2 海運(yùn)計(jì)算結(jié)果與分析

由于風(fēng)方向的不確定性，浪載針對(duì)具體坐標(biāo)系，加速度和角加速度方向性，海運(yùn)計(jì)算時(shí)迎浪有8種工況、橫浪有32種工況、斜浪有32種工況;且對(duì)于不同浪向時(shí)，最大應(yīng)力點(diǎn)出現(xiàn)在不同的部件上，故任何一種工況都無法忽略。根據(jù)門座起重機(jī)的特殊性，對(duì)角加速度、線加速度及風(fēng)速按照最惡劣工況進(jìn)行疊加，且根據(jù)門座起重機(jī)基本沿著轉(zhuǎn)盤中心線對(duì)稱，對(duì)沿著轉(zhuǎn)盤中心線方向兩側(cè)的加速度可以只取一個(gè)方向進(jìn)行計(jì)算，最終選擇斜浪2種工況、橫浪4種工況、迎浪8種工況進(jìn)行計(jì)算，其它疊加工況要么與選出的工況對(duì)稱，要么比選出的工況安全。

表1 出口至赤道幾內(nèi)亞門機(jī)整機(jī)海運(yùn)加速度

根據(jù)計(jì)算，運(yùn)至赤道幾內(nèi)亞門架各工況下各個(gè)部件應(yīng)力見表2。

表2 出口赤道幾內(nèi)亞門機(jī)整機(jī)海運(yùn)應(yīng)力表 MPa

海運(yùn)為非工作工況，安全系數(shù)為1.1，最大許用應(yīng)力為345/1.1=313.64 MPa。由表2可見，各部件應(yīng)力均在許用應(yīng)力以內(nèi)，該綁扎方案滿足本次海運(yùn)要求。

另外潮汐、浪高、暴風(fēng)等自然因素在各個(gè)季節(jié)不一樣，故即使同一條船發(fā)運(yùn)時(shí)間不一樣，海運(yùn)加速度也不一樣，若發(fā)運(yùn)時(shí)間變化很大，可能加速度需要重新選擇再進(jìn)行計(jì)算。

3 結(jié)論

本文通過出口至赤道幾內(nèi)亞門座起重機(jī)整機(jī)的海運(yùn)綁扎，對(duì)整機(jī)海運(yùn)時(shí)載荷進(jìn)行分析，并對(duì)該門座起重機(jī)海運(yùn)時(shí)應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行分析可知:臂架、象鼻梁、大拉桿、小拉桿、平衡梁、圓筒體、橫梁、端梁在橫浪時(shí)應(yīng)力較大;上轉(zhuǎn)柱、轉(zhuǎn)盤在斜浪時(shí)應(yīng)力較大。本綁扎方案對(duì)端梁、圓筒體、平衡梁及臂架均進(jìn)行了加強(qiáng)，滿足本航次海運(yùn)要求。

［1］張質(zhì)文，虞和謙，王金渃，等.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2001.

［2］博嘉科技.有限元分析軟件—ANSYS融匯與貫通［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2002.

［3］歐洲起重機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)范(1998年修訂版)［S］.潘鐘林，譯.上海:上海振華港口機(jī)械公司譯叢，1998.