造船門式起重機安裝過程剛性支腿偏移量研究

郝振興，孫紹琳，魏興，杜慶升，李豪

造船門式起重機安裝過程剛性支腿偏移量研究

郝振興1，孫紹琳2，魏興2，杜慶升2，李豪2

（1.大連船舶重工集團裝備制造有限公司，遼寧大連116000；2.大連益利亞工程機械有限公司，遼寧大連116025）

提出了造船門式起重機安裝過程中剛性支腿水平偏移量的問題，分析了產生此問題的原因，通過具體實例提出了解決此問題的方法，并根據具體實際安裝工作和設備后續的使用情況驗證了這種方法是可行的。

造船門式起重機；安裝；剛性支腿

1 安裝過程中剛性支腿的水平偏移問題

作為一種大型起重設備，造船門式起重機廣泛應用于船舶工業中。此種起重機具有起重量和跨度大、起升高度高等特點[1]。

如圖1所示，造船門式起重機主要由起重機運行機構1、剛性支腿2、維修起重機3、下小車4、主梁5、上小車6、柔性支腿組成7.其中，剛性支腿2、主梁5和柔性支腿7組成的門架為造船門式起重機的主要鋼結構。

圖1 造船門式起重機構造示意圖

造船門式起重機安裝主要有兩種方式：一種是使用浮式起重機、桅桿起重機等大起重量設備安裝；另一種是使用門式提升塔架安裝。

門式提升塔架具有起重量大、安裝過程連貫、通用性強、安全系數高等特點，在造船門式起重機的安裝作業中較為常用。但是，由于塔架的體積比較大，致使設立位置與起重機的軌道距離較遠，被安裝起重機的主梁在安裝過程中的受力與正常工作狀態不同。即起重機在正常工作時，主梁為簡支梁，而安裝過程中為簡支懸臂梁，如圖2、圖3所示。主梁端部的下撓將直接影響門架的最終成型精度。

圖2 正常工作工況門架理論狀態

圖3 安裝過程中門架的變形

2 門架剛性支腿水平精度的保證措施

2.1 門架剛性支腿水平預偏量

造船門式起重機在設計時，考慮到不同載荷狀態下，剛、柔支腿并非一直處于垂直狀態，預留出一定的反變形，將門架剛性支腿設計成在空載狀態下成略向跨外傾斜的形式，而柔性腿略向跨內傾斜，如圖4所示。因此，造船門式起重機剛性腿與主梁的理論夾角小于90°，柔性腿與主梁的夾角大于90°.

主梁提升的過程中，在門架自重作用下，主梁兩端下撓變形，剛性支腿與主梁的夾角變大，如圖2所示。在這種狀態下進行門架的最終焊接將直接影響門架的最終成型精度。即如果在此狀態下進行主梁與剛性支腿的焊接，則在正常工作時，門架無法達到圖4的狀態。

為了解決此問題，且不改變剛性腿與主梁的既定接口尺寸，可在圖5狀態下完成主梁與剛性支腿的連接，使剛性支腿側大車運行機構中心向內側偏離軌道中心L距離。

圖5 保證精度的剛性腿與主梁連接狀態

通過對門架安裝工況的計算，得到主梁端部的變形量和變形角度，即可計算出圖5中的L值[2，3]。2.2主梁提升吊點的選擇

2.2.1 主梁提升吊點的初選

可根據安裝場地的客觀條件，初步選擇塔架合適的樹立位置并布置攬風繩錨點的位置，繼而確定主梁上提升點的位置。

塔架應盡量靠近剛、柔腿軌道，這樣在主梁提升過程中，可以縮短懸臂部分的長度，減少下撓量。

再結合剛、柔腿和主梁的重量來調整上、下小車位于主梁上的位置，使兩付塔架的提升力基本相同。

塔架和主梁上提升吊耳的位置均以剛、柔腿的中心線為基準。

2.2.2 主梁提升吊點的最終確定

為了提高吊耳處主梁各構件的局部強度，應使吊耳處于主梁內部有較強隔板的位置。根據2.2.1中選擇的位置進行調整，再根據調整后的結果確定上下小車停留在主梁上的位置，從而確定主梁上吊點和提升過程中的最終狀態。

35 #600t造船門式起重機的安裝實例

大連船舶重工集團裝備制造有限公司負責施工的5#600 t（600 t×188 m）造船門式起重機的主要參數如下：

總起重量：600 t

上小車起重量：2×300 t

下小車起重量：400 t

上小車起升高度：90 m

下小車起升高度：82 m

上小車滿載最大起升速度：3 m/min

下小車滿載最大起升速度：3 m/min

最大工作風速：21 m/s

根據2.2的原則，將兩副塔架分別設置在距離剛性腿67 m，距離柔性腿57 m的位置。如圖6所示。

圖65 #600t造船門式起重機安裝吊點位置

3.1 起重機自身設計決定的剛性腿狀態

該起重機跨度188 000 mm，主梁制造拱度851 mm，主梁梁底標高90 000 mm.主梁與剛性支腿接口處具有一定的斜度值，如圖7所示。

圖7 主梁與剛性支腿連接處

（2）門架設計構造要求需要剛性腿剛性腿向跨外的傾斜值為100 mm.

（3）為了使剛性腿頂部貼合主梁底部，須將剛性腿跨外側切除80 mm.

由于C項，剛性腿頂端切斜，引起的剛性腿在與主梁連接后，剛性腿的轉角α1=arctan＝0.527°.

由于上述因素引起的剛性腿末端傾斜值L1為：

3.2 有限元分析

應用軟件ANSYS11.0進行有限元計算分析主梁在提升過程中的狀態。

根據實際情況，主要考慮如下幾種載荷：主梁、剛性支腿、柔性支腿、上小車、下小車等主要部件的自重，根據不同工況選擇性施加。在自重前乘以起升沖擊系數。

對吊點施加三個方向的位移約束，放開三個方向的旋轉約束。剛性支腿、柔性支腿、上小車、下小車等主要部件的自重作為質量點施加在相應的位置。如圖8所示。

圖8 主梁有限元模型及約束和載荷

得到主梁的位移云圖，如圖9所示。

圖9 主梁位移云圖（放大30倍）

得到主梁端部位移為385.226mm，主梁端部轉角近似值α3為：

由上述因素引起的剛性腿末端傾斜值L2為：

綜上，主梁提升吊耳最終修正值L為：

主梁提升吊耳的位置應在原67 000 mm（距離剛性腿軌道）的基礎上再增加1 216.94 mm，才能保證剛性腿末端（車輪）恰好位于軌道上方，此時剛性腿才能夠與主梁末端貼合，同時車輪又恰好位于軌道上。

4 結論

利用上述方法制定了安裝方案，根據此方案安裝的大連船舶重工集團有限公司5#600t造船門式起重機于2015年初落成，如圖10所示。經過近一年的使用，未見任何異常，證明了此種方法的正確性。

圖10 使用中的5#600t造船門式起重機

[1]劉玉君，汪驥，武艷斌.超大型總段工藝裝備的研究[D].大連：大連理工大學，2009.

[2]中國機械工業聯合會.GB/T3811-2008起重機設計規范[S].北京：中國標準出版社，2008.

[3]中華人民共和國建設部.GB50017-2003鋼結構設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

Research on Rigid Leg Offset During Installation of Shipbuilding Gantry Crane

HAO Zhen－xing1，SUN Shao-lin2，WEI Xing2，DU Qing-sheng2，LI Hao2
（1.Dalian Shipbuilding Industry Group Equipment Manufacturing Co.，Ltd.，Dalian Liaoning 116000，China；2.Dalian Yiliya Construction Machinery Co.，Ltd.，Dalian Liaoning 116025，China）

The problem of the deviation of the rigid leg in the process of shipbuilding gantry crane installation is proposed，analyzes the causes of this problem，put forward the method to solve the problem by an example，and according to the crane installation and the use of equipment，it shows that this method is feasible.

shipbuilding gantry crane；installation；rigid leg

TH213.5

A

1672-545X（2017）07-0153-03

2017-04-23

郝振興（1982-），男，遼寧凌源人，本科，助理工程師，主要從事造船及相關方面的大型裝備的設計、安裝和制造工藝研究。