門座起重機整機海運分析

蘇運波，金 輝

(上海振華港機(集團)股份有限公司，上海200125)

門座起重機整機海運能充分利用和發揮制造場地、技術、人員、設備的優勢和有利條件，將整機安裝并調試好，到用戶碼頭直接滾動上岸即可使用，不僅大大節約了人力成本，而且減少了門座起重機到用戶碼頭總裝調試所占用用戶碼頭的時間，這對港口尤為重要。

1 整機綁扎有限元模型建立

1.1 主要結構及技術參數

門座起重機由工作機構、金屬結構、動力裝置及控制系統組成。其中金屬結構主要由端梁、橫梁、圓筒體、轉盤、上轉柱、小拉桿、平衡梁、大拉桿、象鼻梁及臂架組成［1］。出口至赤道幾內亞門機整機海運安裝示意見圖1。

圖1 出口至赤道幾內亞門機整機海運安裝示意

1.2 門座起重機整機綁扎模型

利用ANSYS中BEAM44單元，對出口至赤道幾內亞門機進行整機建模，并在模型基礎上進行海運綁扎［2］，見圖2。

圖2 出口至赤道幾內亞門機整機海運綁扎示意

其中具體海運加強為:端梁橫搖撐管為φ426×10的鋼管，材質Q345，共8根;端梁縱搖撐管為φ299×10的鋼管，材質為Q345B，共4根;平衡梁后部用φ299×10的鋼管，材質為Q345B，共2根;臂架與上轉柱用2根φ299×10的鋼管連接，材質為Q345B。圓筒體上拉4根直徑50 mm的鋼絞線。其中鋼絞線利用LINK10進行建模，并以應變ε的形式施加鋼絞線預緊力。

1.3 海運過程中載荷

1.3.1 風載荷

根據港口起重機設計規范，風載荷Pw為［3］

式中:Pw——作用在起重機上的風載荷，N;

Cf——所討論結構部分沿著風向的風力系數;

q——相應設計工況對應的風壓，Pa。

1.3.2 浪載荷

門座起重機載體船舶在受到浪載荷激勵后，引起了門座起重機的橫蕩、縱蕩、升沉、橫搖和縱搖運動。以美國NSRDC的FRANK切片理論為基礎，并假定船舶各個自由度運動時線性和諧振，船長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在該船上的海運加速度，一般表達式為

式中:ax——起重機某高度x方向總加速度;

α——角加速度;

H——起重機某點軌面以上高度;

b——線加速度;

g——重力加速度，取9.8 m/s2。

赤道幾內亞門機整機在特定時間內海運時實際加速度值見表1。

2 海運計算結果與分析

由于風方向的不確定性，浪載針對具體坐標系，加速度和角加速度方向性，海運計算時迎浪有8種工況、橫浪有32種工況、斜浪有32種工況;且對于不同浪向時，最大應力點出現在不同的部件上，故任何一種工況都無法忽略。根據門座起重機的特殊性，對角加速度、線加速度及風速按照最惡劣工況進行疊加，且根據門座起重機基本沿著轉盤中心線對稱，對沿著轉盤中心線方向兩側的加速度可以只取一個方向進行計算，最終選擇斜浪2種工況、橫浪4種工況、迎浪8種工況進行計算，其它疊加工況要么與選出的工況對稱，要么比選出的工況安全。

表1 出口至赤道幾內亞門機整機海運加速度

根據計算，運至赤道幾內亞門架各工況下各個部件應力見表2。

表2 出口赤道幾內亞門機整機海運應力表 MPa

海運為非工作工況，安全系數為1.1，最大許用應力為345/1.1=313.64 MPa。由表2可見，各部件應力均在許用應力以內，該綁扎方案滿足本次海運要求。

另外潮汐、浪高、暴風等自然因素在各個季節不一樣，故即使同一條船發運時間不一樣，海運加速度也不一樣，若發運時間變化很大，可能加速度需要重新選擇再進行計算。

3 結論

本文通過出口至赤道幾內亞門座起重機整機的海運綁扎，對整機海運時載荷進行分析，并對該門座起重機海運時應力結果進行分析可知:臂架、象鼻梁、大拉桿、小拉桿、平衡梁、圓筒體、橫梁、端梁在橫浪時應力較大;上轉柱、轉盤在斜浪時應力較大。本綁扎方案對端梁、圓筒體、平衡梁及臂架均進行了加強，滿足本航次海運要求。

［1］張質文，虞和謙，王金渃，等.起重機設計手冊［M］.北京:中國鐵道出版社，2001.

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

［3］歐洲起重機械設計規范(1998年修訂版)［S］.潘鐘林，譯.上海:上海振華港口機械公司譯叢，1998.