海洋起重機(jī)機(jī)房主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)

劉榮,關(guān)德壯

（南通潤(rùn)邦重機(jī)有限公司，江蘇南通 226013）

0 引言

海工起重機(jī)輕量化產(chǎn)品在國(guó)外已經(jīng)相當(dāng)普遍，與國(guó)外相比，我國(guó)的起重機(jī)自重普遍比國(guó)外先進(jìn)的起重機(jī)重20%～50%，有的甚至更多。在設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)及產(chǎn)品外觀美觀度方面亦存在不小差距，缺乏應(yīng)有的競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)品檔次難于提高。機(jī)房作為海洋起重機(jī)質(zhì)量占比較大的部件，結(jié)合海洋起重機(jī)輕量化的設(shè)計(jì)研究，就有必要進(jìn)行海洋起重機(jī)機(jī)房輕量化的設(shè)計(jì)改進(jìn)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，以期減輕質(zhì)量，從而減輕起重機(jī)的總重。同時(shí)，機(jī)房作為薄壁結(jié)構(gòu)，施工制作難度較高，很難保證壁面的平整，內(nèi)部立柱、橫梁及加強(qiáng)筋板等構(gòu)件的焊接在機(jī)房外部壁面上會(huì)產(chǎn)生大量焊接斑點(diǎn)或線條，美觀度極差。因此，機(jī)房應(yīng)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)改進(jìn)，減少焊接變形提升機(jī)房美觀度。

1 設(shè)計(jì)改進(jìn)前機(jī)房主體結(jié)構(gòu)形式

圖1為設(shè)計(jì)改進(jìn)前海洋起重機(jī)機(jī)房主體結(jié)構(gòu)圖，上部凸起部分為動(dòng)力泵站油箱體，油箱體與下部空間結(jié)構(gòu)（泵站及控制箱安裝空間）連接成一體，總體尺寸為：5000 mm（長(zhǎng)）×2450 mm（寬）×3880 mm（高）。圖2為設(shè)計(jì)改進(jìn)前海洋起重機(jī)機(jī)房頂蓋結(jié)構(gòu)圖，通過(guò)螺栓連接安裝于機(jī)房主體空間上部敞口位置。圖1、圖2結(jié)構(gòu)各平面均為傳統(tǒng)平板焊接，主要特點(diǎn)是機(jī)房?jī)?nèi)部和頂蓋下部需要鋪設(shè)較多的立柱、橫梁及加強(qiáng)筋板等構(gòu)件，為便于下料制造、焊接及減少變形，各平面鋼板厚度一般在6 mm以上。設(shè)計(jì)改進(jìn)前海洋起重機(jī)機(jī)房主體結(jié)構(gòu)主要存在以下設(shè)計(jì)制造難點(diǎn)、問題和不利因素：

1）由于結(jié)構(gòu)各平面為傳統(tǒng)平板焊接，需要鋪設(shè)較多的立柱、橫梁及加強(qiáng)筋板等構(gòu)件，采用鋼板厚度較厚，機(jī)房主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量大，在起重機(jī)整體質(zhì)量中占比較大。

2）結(jié)構(gòu)各平面面積大，涉及大量平板拼接及對(duì)接焊縫和焊縫平整工作。機(jī)房作為薄壁結(jié)構(gòu)，施工制作難度較高，很難保證各壁面的平整。

3）內(nèi)部立柱、橫梁及加強(qiáng)筋板等構(gòu)件的焊接在機(jī)房外部壁面上會(huì)產(chǎn)生大量焊接斑點(diǎn)或線條，各壁面產(chǎn)生不同程度的變形，進(jìn)一步造成各壁面的不平整且難以校平，美觀度極差。

4）圖樣詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、下料組裝及焊接工作量大，成本及造價(jià)相對(duì)較高。

2 設(shè)計(jì)改進(jìn)思路及改進(jìn)后機(jī)房主體結(jié)構(gòu)形式

為了解決改進(jìn)前機(jī)房主體存在問題和不利因素，機(jī)房主體的改進(jìn)主要按下述思路進(jìn)行：

1）為了減小各平面鋼板高度尺寸，首先將原機(jī)房主體上部油箱獨(dú)立出來(lái)，其位置不變，改用螺栓連接，這樣機(jī)房主體尺寸為：5000 mm（長(zhǎng)）×2450 mm（寬）×2830 mm（高），機(jī)房單張平板高度將有原來(lái)的3650 mm改變?yōu)?480 mm。獨(dú)立的油箱進(jìn)一步降低了機(jī)房的加工、焊接及裝配難度，減少大規(guī)格尺寸板材使用及拼接。

2）為了減小各平面鋼板長(zhǎng)度尺寸，通過(guò)立柱合理分隔，各平板裝焊于兩兩立柱及上下框架間，這樣改進(jìn)后機(jī)房單張平板寬度將有原來(lái)的5000 mm改變?yōu)?155 mm，同時(shí)采用矩形管做立柱及槽鋼等型材形成主體框架，從根本上保持主體外形尺寸，使各板四周得以固定，便于焊接，不易產(chǎn)生變形,如圖3所示。

圖1 設(shè)計(jì)改進(jìn)前機(jī)房主體結(jié)構(gòu)圖

圖2 設(shè)計(jì)改進(jìn)前機(jī)房頂蓋結(jié)構(gòu)圖

圖3 立柱間隔圖

3）為了減少或取消大量筋板或橫梁的使用，從而減少下料制作及焊接工作量，將各平面鋼板改用波紋鋼板制作，波紋凸起部分充當(dāng)筋板作用，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求，減少材料使用，使焊接變形大大減少，使機(jī)房質(zhì)量、焊接量及焊接難度大大減低。同時(shí)由于采用波紋鋼板制作，基本達(dá)到了無(wú)筋板及焊接，各壁面上不再產(chǎn)生焊接斑點(diǎn)或線條，使板面美觀度大大提高。

4）為了便于波紋板壓制及減少質(zhì)量，將各平面鋼板厚度由原來(lái)的6 mm改為3 mm，使機(jī)房主體質(zhì)量大大降低，如圖4～圖5所示。

圖4 設(shè)計(jì)改進(jìn)后機(jī)房主體結(jié)構(gòu)圖

圖5 各波紋板在立柱間間隔圖

5）為進(jìn)一步減輕機(jī)房總質(zhì)量，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，達(dá)到無(wú)筋板無(wú)梁，減少變形，減少質(zhì)量，機(jī)房油箱及頂蓋各平板亦使用與機(jī)房主體同厚度3 mm波紋鋼板制作。油箱采用波紋薄板制作可以簡(jiǎn)化油箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少焊縫數(shù)量，使油箱更易于清潔，同時(shí)增加散熱面積，提升散熱效果。油箱、機(jī)房頂蓋與機(jī)房主體均采用波紋鋼板制作，如圖6～圖7所示，目前暫無(wú)案例。

6）改進(jìn)設(shè)計(jì)后，機(jī)房頂蓋下平面與機(jī)房主體結(jié)構(gòu)對(duì)接平面之間，油箱底座框架下平面與機(jī)房主體結(jié)構(gòu)對(duì)接平面之間，均為平面對(duì)接安裝，需要考慮對(duì)接平面間縫隙密封及滲漏問題，常規(guī)做法是采用橡膠墊及膠水做好密封，但影響以后拆裝，本改進(jìn)設(shè)計(jì)比較巧妙地采用了擋水圍邊的方法，很好地解決了上述兩兩間平面密封及防滲漏水問題。如圖8～圖9所示。

圖6 設(shè)計(jì)改進(jìn)后機(jī)房油箱結(jié)構(gòu)圖

圖7 設(shè)計(jì)改進(jìn)后機(jī)房頂蓋結(jié)構(gòu)圖

圖8 機(jī)房頂蓋下平面擋水圍邊結(jié)構(gòu)圖

圖9 油箱底座框架下平面和側(cè)面擋水圍邊結(jié)構(gòu)圖

3 薄板焊接控制措施

由于機(jī)房主體圍板、油箱側(cè)面圍板及機(jī)房頂蓋平面板均采用3 mm波紋薄板，薄板的焊接非常容易產(chǎn)生變形，影響機(jī)房美觀，因此，需要在設(shè)計(jì)及工藝上采取措施盡量減少焊接變形。采取的措施主要有以下幾點(diǎn)：

1）為減少焊接變形應(yīng)盡量減少焊接量，因此，在焊接時(shí)采取外部焊縫全焊、內(nèi)部焊縫間斷焊的原則，間斷焊焊縫長(zhǎng)度采取150～200 mm間隔，每段焊縫長(zhǎng)30～50 mm。

2）波紋薄板與立柱或其他型材焊接時(shí)，采取薄板搭接一段平板到立柱或其他型材上，這樣可以保證波紋薄板平面與立柱或其他型材搭接面在同一平面上，保證薄板搭接處平直美觀不變形，同時(shí)便于焊接。如圖10～圖11所示。

圖10 波紋薄板與中空方管立柱搭接圖

圖11 波紋薄板與型材角鋼搭接圖

圖12 波紋薄板與波紋薄板對(duì)接圖

圖13 高度方向上下兩張波紋薄板對(duì)接圖

3）當(dāng)波紋薄板由于整張鋼板尺寸或油壓機(jī)器工作尺寸的限制，單張波紋薄板的長(zhǎng)度不能滿足機(jī)房某一平面長(zhǎng)度尺寸,而需要進(jìn)行波紋薄板與波紋薄板的對(duì)接時(shí)，為了對(duì)接處便于對(duì)接及焊接施工，則采取每張波紋薄板對(duì)接處進(jìn)行直角折彎出一小段平面，這樣對(duì)接處就形成平面對(duì)接，便于內(nèi)外焊接對(duì)接施工，如圖12所示。

4)當(dāng)波紋薄板由于整張鋼板尺寸或油壓機(jī)器工作尺寸的限制，單張波紋薄板的高度不能滿足機(jī)房某一平面高度尺寸,而需要進(jìn)行上下兩張波紋薄板與波紋薄板的對(duì)接時(shí)，為了對(duì)接處便于對(duì)接平整及焊接施工，則采取上下兩張波紋薄板之間增加一條角鋼進(jìn)行過(guò)渡，這樣就大大降低了兩板間對(duì)接處難度，便于內(nèi)外焊接對(duì)接施工，如圖13所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)和一定的焊接控制措施，解決原有機(jī)房主體結(jié)構(gòu)存在問題，機(jī)房主體結(jié)構(gòu)獨(dú)特、緊湊、新穎，并達(dá)到了機(jī)房主體輕量化設(shè)計(jì)及提升美觀度的目的，機(jī)房自重比原結(jié)構(gòu)同尺寸機(jī)房減輕15%以上，結(jié)構(gòu)加工制作及焊接工時(shí)、材料費(fèi)用等成本節(jié)約20%以上，取得了較好的設(shè)計(jì)改進(jìn)效果，可以為后續(xù)同類或近似產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)參考。