門座機(jī)整機(jī)吊裝過(guò)程中下支承的連接與保護(hù)方法

吳凱峰

（中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海 200090）

造船門座起重機(jī)是造船的關(guān)鍵設(shè)備，往往具有外形尺寸大，自重重的特點(diǎn)。以某船廠大型門座起重機(jī)需進(jìn)行整機(jī)吊裝移位為例，該起重機(jī)最大高度約110m，自重約1000t，限于現(xiàn)場(chǎng)土建及碼頭條件，擬采用浮吊進(jìn)行移位。本文介紹了門座起重機(jī)整機(jī)吊裝中對(duì)下支承的連接與保護(hù)方法，對(duì)相關(guān)部件的驗(yàn)算及校驗(yàn)。門座起重機(jī)總體形式見圖1 所示。

圖1 門座起重機(jī)總體形式

1 吊裝方案的確定

對(duì)于這種門座機(jī)的吊裝移位，常規(guī)采用兩大部分吊裝的形式，即轉(zhuǎn)盤以上部分和轉(zhuǎn)盤以下部分拆分吊裝。但采用該方式的話，需將下轉(zhuǎn)柱割斷，有結(jié)構(gòu)破壞大，施工周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)。為了減少對(duì)起重機(jī)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的破壞，縮短施工周期，采用整機(jī)吊裝的方式進(jìn)行移位。考慮到本起重機(jī)重心較高（距軌面高度約34m），決定將整機(jī)吊裝吊耳布置在轉(zhuǎn)盤面上，以保證整機(jī)重心在吊耳下方，確保起重機(jī)在吊裝過(guò)程中的穩(wěn)定。

2 下支承面臨的問(wèn)題

由于本起重機(jī)為八桿門架形式，采用下支承承載旋轉(zhuǎn)部分的自重垂直力和傾覆力矩產(chǎn)生水平支撐力。下支承形式見圖2 所示。下支承內(nèi)為調(diào)心推力滾子軸承，該型軸承可以承受垂直壓力和水平力，但不能承受垂直拉力，而在吊裝過(guò)程中恰恰需利用上部結(jié)構(gòu)拉起起重機(jī)的門架和大車，因此需解決吊裝過(guò)程中下轉(zhuǎn)柱與門架的連接問(wèn)題，并確保下支承軸承不會(huì)由于吊裝過(guò)程中的沖擊力而損壞。

3 下支承連接與保護(hù)方案

對(duì)于下轉(zhuǎn)柱與門架的連接，常規(guī)可以采用剛性斜撐桿，通過(guò)焊接將兩大部分連接成整體。但是由于軌道方向和浮吊起重能力的原因，該起重機(jī)在移位到碼頭上后，還需要將旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)90 度，二次起吊才能順利落軌，因此需要能將連接快速解除并重新固定的連接方式，焊接的方式顯然不利于縮短施工周期。采用在下支承處焊接上下兩個(gè)法蘭面，采用螺栓連接的方式連接下轉(zhuǎn)柱和門架。法蘭面螺栓連接既可承受垂直方向的拉、壓力，也可承受彎矩和水平力，可有效連接下轉(zhuǎn)柱和門架，并保護(hù)下支承。由于法蘭面需現(xiàn)場(chǎng)焊接，其平面度無(wú)法保證，需在法蘭面間留有一定間隙，采用墊板塞實(shí)，解除螺栓后將墊板抽出，即可保證旋轉(zhuǎn)時(shí)法蘭面間不會(huì)干涉。

圖2 下支承形式

4 連接螺栓的驗(yàn)算

為便于90 度轉(zhuǎn)向后的重新連接和固定，擬采用36個(gè)M30，8.8 級(jí)的螺栓作為法蘭連接螺栓，螺栓預(yù)緊力Pg=250kN。此時(shí)螺栓群需承受整個(gè)門架和大車部分的自重，以及結(jié)構(gòu)偏心、風(fēng)力和水平加速度所產(chǎn)生的傾覆力矩。門架及大車部分自重為340t，偏心、風(fēng)力和水平加速度產(chǎn)生的傾覆力矩為125tm，取浮吊起升動(dòng)載系數(shù)φh=1.1。

垂直力產(chǎn)生的單個(gè)螺栓拉力

傾覆力矩產(chǎn)生的最大單個(gè)螺栓拉力Pt2=M·Lmax/ΣLi2=125×9.8×1.1×1415/38042275=50.1kN

外載荷產(chǎn)生的最大螺栓拉力Pt=Pt1+Pt2=101.8+50.1=1 51.9kN<0.7Pg，檢驗(yàn)通過(guò)。

5 下轉(zhuǎn)柱法蘭校驗(yàn)

采用Ansys Workbench 16.0，建立下轉(zhuǎn)柱端部結(jié)構(gòu)、連接法蘭和加固結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。下轉(zhuǎn)柱頂端固接約束，在連接法蘭上加載門架和大車部分的自重載荷和傾覆力矩。計(jì)算結(jié)果請(qǐng)見圖3 所示。

圖3 下轉(zhuǎn)柱法蘭應(yīng)力云圖

忽略開孔處的應(yīng)力集中，主體最大應(yīng)力約為155MPa，小于許用應(yīng)力219MPa，計(jì)算通過(guò)。

6 門架法蘭校驗(yàn)

采用Ansys Workbench 16.0，建立門架結(jié)構(gòu)、連接法蘭和加固結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。

下轉(zhuǎn)柱頂端固接約束，在連接法蘭上加載門架和大車部分的自重載荷，并按垂直主梁或沿主梁分別加載傾覆力矩。

忽略局部應(yīng)力集中，主體最大應(yīng)力約為149MPa，小于許用應(yīng)力219MPa，計(jì)算通過(guò)。

圖4 力矩沿主梁時(shí)門架及法蘭應(yīng)力云圖

7 結(jié)語(yǔ)

采用此方式進(jìn)行連接，兩天即完成該門座起重機(jī)的整機(jī)移位工作，并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)和試車，下支承工作正常，各結(jié)構(gòu)均未發(fā)生破壞。此類吊裝風(fēng)險(xiǎn)較高，在設(shè)計(jì)下支承法蘭連接加固時(shí)，需考慮門架和大車等下部自重，以及自重偏心、風(fēng)力和水平加速度產(chǎn)生的傾覆力矩，確保連接強(qiáng)度足夠。由于安裝法蘭的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)表面為非機(jī)加工面，需在法蘭間留一定間隙，避免在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生干涉，間隙內(nèi)采用墊板塞實(shí)，保證法蘭螺栓預(yù)緊可靠。在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上還需根據(jù)法蘭尺寸進(jìn)行適當(dāng)加固，以確保原有結(jié)構(gòu)的安全。利用法蘭連接的方式，確實(shí)可靠連接結(jié)構(gòu)并保護(hù)下支承，安裝和加固的工作量小，且便于解除及重新固定，能極大地縮短施工周期并節(jié)省施工費(fèi)用，值得參考和借鑒。