一種大型組合式托架的設計及應用

摘 要：大型組合式托架與1600t、3200t履帶起重機、500t以上碼頭吊等大型起重機試驗配套使用，通過對國內現有托架研究分析，提出創新方案解決托架運輸難、工況單一、成本高的難題。經有限元分析驗證及工程應用證明，該托架安全可靠，經濟效益顯著。

關鍵詞：大型起重機 組合 托架

中圖分類號：TH218 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)12(c)-0000-00

概述

大型組合式托架與1600t、3200t履帶起重機、500t以上碼頭吊等大型起重機試驗配套使用，我們通過對國內現有托架研究分析，提出創新解決方案，解決了托架運輸難、工況單一、成本高的難題。經有限元分析驗證及工程應用證明，大型組合式托架安全可靠，經濟效益顯著。該成果可用于電建、石化工程起重機管理以及大件吊裝工程等。

托架的創新點

2.1 拆裝運輸便利：組合式的結構，單件寬度小于2.4m、重量小于10t，符合道路運輸規范便于運輸；50t汽車吊可裝拆，減少輔助機械費用。

2.2 實用性 ：承載結構考慮托架與起重機均載板互換，通過無接頭鋼絲繩連接托架和吊鉤，可與不同種類的吊鉤連接，滿足施工要求；可堆放各種規格、材料的配重物。

2.3 擴展性：可組合成800t，擴展后升級為1250t、1500t，滿足第三代核電1600t和3200t起重機試驗。

2.4 經濟性：通過結構件互換性以及受力構件采用普通鋼材（Q345B），成本較低，運輸、拆裝配合資源投入較低。

托架的結構設計

3.1 總體結構

托架由四大部分組成：吊裝扁擔、拉桿、承載托梁、均載板，見下圖1。

吊裝扁擔中間吊耳局部受力350t，單側焊縫受力650t，重點校核焊縫和吊耳受力，用雙筋板。為預留擴展升級，承載托梁創造性設計了互相垂直的吊耳。主要鋼結構材料為Q345B。

3.2 結構力學驗算

對托架結構進行力學驗算，滿足Q345B拉伸強度δb=550N/mm2，設計應力[δ]=295N/mm2。

由于普通力學計算只反應部分受力狀況，不夠全面，考慮的結構的重要程度，采用有限元分析軟件Ansys進行全面分析。

3.3 有限元分析

根據三維模型，按有限元處理的一般原則對三維建模進行了必要的修整，對結構作了合理簡化，在模型中略去了小的孔、面、倒角和焊接坡口等。800t和1250t三維模型如圖2，1250t對稱受力，畫出單邊模型。圖3為800t網格模型。所示工況1單根梁承載800t，工況2單根梁承載625t。工況1扁擔受力較大，工況2拉桿、吊耳受力較大。本文介紹工況1即800t吊裝受力分析過程，1250t只列出分析結果。

800t試吊三維模型1250t試吊三維模型（單邊）

3.2.1分析類型

分析工況1：考慮自重，吊重800t。分析工況2，考慮自重，吊重1250t。

3.2.2有限元模型

托架通過中間格式轉換為有限元模型，并進行網格劃分。本文以800t工況作為例子進行分析。有限元模型的實體部分采用Solid185單元。本計算不考慮材料非線性，有限元的材料模型取為各向同性的線彈性模型，材料參數為：彈性模量，泊松比，密度。

3.2.3求解及后處理

對有限元模型施加約束和材料參數，通過計算可得到的應力狀況及變形。如圖3至6所示。云圖中應力為Von Mises等效應力，單位為Pa；變形云圖中的變形為合成變形，單位為m。云圖中暖色調（偏向于紅色）處為變形或應力值較高的地方，最大值處有“MX”字樣；冷色調（偏向于藍色）處為變形或應力值較低的地方，最小值處有“MN”字樣。

3.2.4工況1（800t）

800t工況時，托架最大應力為402MPa，其中吊裝扁擔最大應力為236MPa，拉桿最大應力為307MPa，承載梁最大應力為402MPa，軸銷最大應力為246MPa。托架豎直方向最大變形為10.4mm，其中吊裝扁擔豎直方向最大變形為1.5mm，承載托梁豎直方向最大變形為10.4mm。

上述分析結果，采用Q345B作為托架主結構零件滿足強度要求，局部應力集中點超過材料強度要求。因此，計算機分析后重新設計，對超標的點進行工藝處理，滿足設計標準。承載托梁耳板、拉桿加大截面，并消除截面應力集中，根據分析結論在劇變處過渡圓滑處理，改變受力角度滿足強度要求。

采用兩條φ180mm×10m高性能無接頭鋼絲繩連接扁擔與吊鉤。鋼絲繩與垂直方向夾角14ordm;，破斷力23138KN，安全系數大于6。

托架的應用

該托架已應用于陽江、臺山核電碼頭600t起重機試驗、臺山核電站1600t起重機試驗，其中最大試驗載荷750t。托架運輸用一輛普通 40t平板車可完成，裝拆輔助機械為50t汽車吊。鋼絲繩、吊裝扁擔、拉桿整體安裝一步就位，節省時間。圖8為托架安裝照片。

通過增加一套設備及一條梁（如圖9），托架可升級為1250t（水泥塊配重）、1500t(鑄鐵配重），經升級后將應用于第三代核電湖北咸寧核電站3200t起重機試驗。