淺析門機(jī)門架部件海運(yùn)運(yùn)輸安全綁扎措施

王興存

門機(jī)從工廠到客戶方需要通過海洋運(yùn)輸，由于海上氣候惡劣，浪高風(fēng)大，因此在運(yùn)輸時(shí)為了保證運(yùn)輸設(shè)備的安全性，需要對運(yùn)輸部件進(jìn)行綁扎。基于此，本文針對門機(jī)門架部件的綁扎措施的合理性及安全性進(jìn)行分析。以期為實(shí)際應(yīng)用提供參考。

海運(yùn)綁扎撐桿;加速度;力矩平衡

門機(jī)門架部件重量為140噸，重心高度7.5米。所以在運(yùn)輸時(shí)，必須設(shè)計(jì)一套安全有效的綁扎方案。船舶在海洋中遇風(fēng)浪搖擺時(shí)，主要由兩個(gè)方向的擺動(dòng)。一個(gè)是縱向，一個(gè)是橫向;縱向是船首到船尾方向;橫向是船舶寬度方向。門架部件會(huì)隨著船舶一起沿著這兩個(gè)方向進(jìn)行搖擺。如果綁扎工裝對門架沒有相應(yīng)的約束力，門架就有會(huì)被甩入海洋中。本文僅對如下門架綁扎形式進(jìn)行分析研究，以驗(yàn)證此種綁扎在海洋運(yùn)輸中的有效性和安全性。門架部件的綁扎，是由四根撐桿進(jìn)行約束的，其海陸側(cè)各有2根撐桿。撐桿長度為4米，撐桿規(guī)格為φ273×16mm。具體示意如圖1。

對門架進(jìn)行受力分析，選距離船舶中心最遠(yuǎn)的門架為模型，此部件受作用力最大：門架綁扎固定在船甲板上面，對其進(jìn)行三維受力分析，其在運(yùn)輸過程中會(huì)受到三個(gè)方向的作用力：橫向作用力、縱向作用力、垂向作用力。分析綁扎形式的安全性時(shí)，必須分析這三種作用力。

作用在門架部件上面而且平行于甲板的橫向力Fy，橫向作用力包含搖擺力、風(fēng)載和海水飛濺產(chǎn)生的作用力，根據(jù)中國船級社《海上拖航指南》，可以依據(jù)下面公式1進(jìn)行計(jì)算：

Fωy—海水飛濺對門架部件的沖擊力。僅計(jì)算距干舷甲板2.0m高度以下部分貨物投影面積，考慮到船舶航行區(qū)域，我們按照近海航區(qū)的700N/m的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。

此次運(yùn)輸船舶為振駁16號，根據(jù)船方提供的參數(shù)和實(shí)際測量的最大r值，計(jì)算出橫搖加速度值A(chǔ)y;船供最大橫搖角φ：12°;船供橫搖周期T：6s;質(zhì)量中心至旋轉(zhuǎn)中心距離r：13.2m; 船舶干舷距離：3.3m根據(jù)[公式2]計(jì)算Ay值：Ay=5.06 m/s

根據(jù)《港口起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》，查表可知C和Kh，實(shí)測門架部件的Sy值可得如下數(shù)據(jù)：風(fēng)力系數(shù)C=1.1;風(fēng)壓高度變化系數(shù)Kh=1.2;風(fēng)速V：25m/s;Y向有效迎風(fēng)面積Sy=140 m。

根據(jù)公式3和公式4計(jì)算Fqy值：Fqy=72.2 kN

海水飛濺到門架部件的沖擊力，作用于距干舷甲板2.0米高度以下部分貨物，這部分貨物的投影面積S海=23 m，所以：Fωy=16.1 kN

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，整合所有的橫向作用力，根據(jù)公式1可得出門架在運(yùn)輸中受到的橫向作用力之和Fy值：Fy=796.7 kN

作用在門架部件上面而且平行于甲板的縱向力Fx，縱向作用力包含搖擺力、風(fēng)載和海水飛濺產(chǎn)生的作用力，根據(jù)CCS《海上拖航指南》，可以依據(jù)下面公式進(jìn)行計(jì)算：

作用在門架部件上面上垂直于甲板的垂向力Fz按下式計(jì)算：

分析門架綁扎強(qiáng)度時(shí)，先分析四個(gè)綁扎零部件能提供的最大約束力，然后取最小值和橫向作用力進(jìn)行比較，如果最小值通過驗(yàn)證，即綁扎強(qiáng)度完全合格。

門架撐桿在橫向兩側(cè)分兩檔進(jìn)行捆扎，撐桿鋼管規(guī)格為φ273×16mm，按撐桿單側(cè)受壓計(jì)算，撐桿所受的需用應(yīng)力[σ]=16.7kN/cm，撐桿長度L=4米，撐桿鋼管截面積S=129cm，按照兩端固定計(jì)算，通過查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》可得知：

2件撐桿吊耳，吊耳的主板厚δ=3.2cm，焊縫長度L=40cm，采用雙面焊與船甲板焊接（此處焊縫需要熔透），焊高按0.7δ計(jì)算，橫向滑動(dòng)與船甲板聯(lián)接吊耳焊縫承受剪應(yīng)力，[τ]=9.8kN/cm，故單側(cè)兩件吊耳與船甲板連接能承受的最大剪應(yīng)力為：

F2 =[τ]×0.7δ×L×n=1756KN

吊耳鋼板承受的剪切面積S=42.64cm，橫向滑動(dòng)時(shí)吊耳承受銷軸的剪切力，故2件吊耳能承受的最大剪應(yīng)力：F3=[τ]×S×n=836kN。

撐桿和吊耳用銷軸連接，所用銷軸直徑D=7.9cm，銷軸截面積S=48.99cm，所以撐桿銷軸承受的最大剪切力為：

以上所有綁扎位置的約束力中，取最小值參與校核，即選F3參加校核。

由于門架部件與船甲板還有槽鋼捆扎、鋼絲繩牽引捆扎，而且以上綁扎約束在計(jì)算中均未考慮，故橫向滑動(dòng)的約束力大于部件在運(yùn)輸中受到的橫向作用力之和。所以門架的綁扎在橫向作用力校核計(jì)算中通過驗(yàn)證，合格。

門架克服橫向翻轉(zhuǎn)，根據(jù)力矩平衡原則，只要門架所受的各種約束力和垂向作用力產(chǎn)生的力矩超過橫向作用產(chǎn)生的力矩即是安全的，不會(huì)在搖擺中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)。門機(jī)的橫向作用力產(chǎn)生的力矩為：M=Fy×h=796.7×7.5=5975kNm。

前述計(jì)算中，得知綁扎吊耳是能提供的約束力最小的地方，所以下面校核只用吊耳約束力和垂向力產(chǎn)生的力矩。門機(jī)克服橫向翻轉(zhuǎn)的力矩：

由于M< M所以門架在船舶搖擺過程中的橫向翻轉(zhuǎn)根本不可能發(fā)生。

為了防止門架縱向滑動(dòng)，在行走車輪處安裝了16塊車輪擋板，分為兩個(gè)方向?qū)ΨQ安裝。車輪擋板的厚度為20mm，開雙面坡口焊接到軌道上面，焊高取0.7δ，車輪擋板的[τ]=9.8KN/cm。門架縱向滑動(dòng)的趨勢中車輪擋板承受剪切力。車輪擋板可承受的最大剪切力為：F板=0.7δ*L*[τ]*n=2744 kN > Fx=193.9 kN.

由于Fx<F板，所以門架部件在運(yùn)輸中不會(huì)產(chǎn)生縱向滑動(dòng)。而且上式中還沒有考慮門架部件的摩擦力約束。

門架克服縱向翻轉(zhuǎn)，根據(jù)力矩平衡原則，只要門架所受的各種約束力和垂向力產(chǎn)生的力矩超過縱向作用產(chǎn)生的力矩即是安全，不會(huì)在搖擺中產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)。

門機(jī)的縱向作用力產(chǎn)生的力矩為：

M=Fx×h=193.9×7.5=1454 kNm

為簡化計(jì)算，只計(jì)算垂向力產(chǎn)生的力矩值：

M垂=Fz2×L3=975.8×5.25=5122 kNm > M

由于M縱< M垂，而且其他的綁扎，如門架防跳架和門架防跳鋼絲繩的約束都沒有參與計(jì)算，所以門架部件在搖擺過程中的縱向翻轉(zhuǎn)根本不可能發(fā)生。

通過分析計(jì)算可知在海運(yùn)過程中，風(fēng)速在不超過25m/s的天氣情況下，本文所論述的門架綁扎形式具有一定的安全可靠性。按照此種形式，可以安全地將門架部件運(yùn)輸?shù)接脩舸a頭。

[1]聞邦椿主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]中國船級社.海上拖航指南[M].北京：中國船級社，2011.

[3]孫楓，等主編.港口起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2007.

Abstract： the gantry crane needs to be transported by sea from the factory to the client. Because of the bad sea climate， high waves and strong winds， in order to ensure the safety of the transportation equipment， the transportation parts need to be bound. Based on this， this paper analyzes the rationality and safety of binding measures for gantry crane components. In order to provide reference for practical application.

Marine binding brace; acceleration; moment balance