D4580K12門座起重機遷移設計

錢紅飆，莊玉洋，李 豪，于業(yè)超，李 超，郭曉光

（1.大連益利亞工程機械有限公司，遼寧大連 116023；2.大連船舶重工集團有限公司，遼寧大連 116014）

0 引言

在造船行業(yè)，某些特殊情況下，會從一個區(qū)域向另一塊場地區(qū)域遷移軌道式起重機，以達到在短期內(nèi)迅速提升產(chǎn)能的目的。門座起重機具有整機剛性好、結(jié)構(gòu)緊湊、工況靈活且適應性強等特點，在各類被遷移的起重機里頻率是最高的。以1臺D4580K門式起重機整機遷移方案設計為例，說明方案不僅效率高、費用低，而且已經(jīng)通過實踐證實安全可靠。

1 遷移方案綜述

D4580K門座起重機，起重量45 t，起升高度55 m，跨度12 m，基距15 m，自重705.5 t。整機結(jié)構(gòu)為杠桿滑輪組、鋼絲繩補償形式的單臂架圓筒門架結(jié)構(gòu)，變幅結(jié)構(gòu)采用螺桿螺母傳動，旋轉(zhuǎn)支撐裝置采用3排滾子式回轉(zhuǎn)支撐。整機外形見圖1。

圖1 整機外形

按照區(qū)域產(chǎn)能調(diào)整規(guī)劃，需將該門座起重機整機由17區(qū)碼頭遷移至相鄰的16區(qū)船塢吊道，2吊道呈93°夾角布局。遷移路線平面布置形式見圖2所示。查證有關(guān)設計資料，16區(qū)船塢吊道原安裝的是12.5 t造船用塔式起重機，軌道型號QU80，跨度12 m，能夠滿足45 t門座起重機大車運行機構(gòu)的要求。核實16區(qū)船塢吊道土建圖，與17區(qū)船塢吊道的土建圖，在結(jié)構(gòu)形式、建造要求一致，因此，滿足承載能力要求。

圖2 遷移場地平面布置圖

整機遷移全程都采用卷揚機牽引方式。直線遷移時，沿遷移方向設置2臺卷揚機作為主牽引設備，在反方向布置2臺卷揚機作為防護調(diào)整，門座起重機的承載運行采用穿入大車平衡梁下的4臺滾裝小車。整機回轉(zhuǎn)時，采用2臺卷揚機對稱站位，回轉(zhuǎn)區(qū)域的地面鋪設厚鋼板，其上放置1個底框架，整機牽引至底框架上后，由卷揚機牽引底框架，使整機轉(zhuǎn)動到所需角度。最后，卷揚機將整機直線牽引到16區(qū)碼頭吊道上完成落軌。

2 計算分析

為保證45 t門座起重機遷移方案的安全可靠，針對關(guān)鍵環(huán)節(jié)的力學分析和計算必不可少。計算分析的內(nèi)容，共分5個部分：①起重機的站位及質(zhì)心校核；②整機頂升校核；③大車平衡梁的封固校核；④牽引力的計算；⑤底框架的強度校核。

2.1 起重機的站位及質(zhì)心校核

根據(jù)圖紙資料，計算主鉤在35 m幅度時的上車部分質(zhì)心，在臂架后側(cè)0.12 m，再核算此幅度下的整機質(zhì)心在臂架后側(cè)0.07 m。

2.2 整機頂升工況校核

D4580K門座起重機自重705.5 t，整機設置4個頂升點，單點載荷176 t。每個頂升點下布置2個液壓千斤頂進行頂升作業(yè)。選用的液壓千斤頂頂升力為200 t，頂升行程250 mm，能夠滿足要求。頂升點布置見圖3。

圖3 頂升點布置

采用ANSYS軟件，將整機重量分攤到4個小平衡梁上。計算結(jié)果，最大應力187 MPa，能夠滿足頂升要求。小平衡梁應力云圖見圖4。

圖4 小平衡梁應力云圖

2.3 大車平衡梁的封固校核

根據(jù)方案設計，遷移用的滾裝小車需穿入門座起重機大車平衡梁下，用以承載整機重量。圖5是滾裝小車的安裝位置及各級平衡梁的封固結(jié)構(gòu)形式。

圖5 滾裝小車安裝位置及平衡當梁封固

滾裝小車的安裝工藝流程：先將大車平衡梁按設計要求進行封固，然后利用液壓頂將整機頂升一定的高度，再拆除與滾裝小車干涉的運行臺車，并將滾裝小車及臨時軌道穿入平衡梁下擺放好，最后回落液壓頂使4臺滾裝小車承載整機重量。單個滾裝小車的設計承載能力是300 t。此環(huán)節(jié)的重點就是各級平衡梁及封固結(jié)構(gòu)能否滿足要求。采用ANSYS軟件計算，計算結(jié)果最大應力237 MPa，主要發(fā)生在受壓面上，在對下底板進行貼板補強后，完全能夠滿足遷移要求。平衡梁及封固結(jié)構(gòu)計算應力云圖見圖6。

圖6 平衡梁及封固結(jié)構(gòu)的計算應力云圖

2.4 牽引力的計算

2.4.1 直線遷移工況下的牽引力、錨固力計算

計算單臺卷揚機在工作風速（按6級）下的牽引力133 kN取鋼板與水泥地面摩擦因數(shù)0.3，重塊封固卷揚時，單臺封固所需的重塊總量約為45 t。

（1）滾裝小車穩(wěn)態(tài)運行的靜阻力Fj計算見式（1）。

取Fj=266.1 kN

式中Fj——滾裝小車穩(wěn)態(tài)運行的靜阻力

Fm——摩擦阻力

Fp——坡道阻力

Fw——風阻力

（2）摩擦阻力Fm計算見式（2）。

帶入相關(guān)數(shù)據(jù)得：

式中Q——載荷重量

G——小車自重

fk——車輪滾動摩擦系數(shù)，0.8

μ——車輪軸承摩擦系數(shù)，0.02

d——與軸承配合處車輪軸直徑

D——車輪踏面直徑

Cf——附加阻力系數(shù)，1.5

（3）坡道阻力 Fp計算見式（3）。

帶入相關(guān)數(shù)據(jù)得：

（4）風阻力Fw計算見（5）式。

式中PI——計算風壓，按照在6級風工作選取，250 N/m2

C——風力系數(shù)，按照45 t門座起重機不同部位的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)GB/T 3811—2008選取。

A——迎風面積。根據(jù)圖紙計算45 t門座起重機各個部位的迎風面積，按GB/T 3811—2008選取風力系數(shù)，代入（5）式計算，得出各個部位的風載荷。

2.4.2 旋轉(zhuǎn)工況牽引力計算

（1）靜摩擦阻力 Fm計算見（6）式。

式中G——整機自重

f——框架與鋼墊板摩擦因數(shù)（有潤滑油），取0.12，式（6）中的1.2是附加阻力系數(shù)

（2）牽引繩倍率n計算見式（7）。

式中n——牽引繩倍率

Lf——摩擦阻力臂，8344 mm

L——牽引繩最小力臂，9435 mm

Fj——卷揚機提供的牽引力，20 t

（3）牽引力Fj校核結(jié)論。選用3倍率的滑車就能夠滿足要求。理論上底框架拉耳上承受的牽引力為45 t。

（4）底框架的強度校核。方案當中運用工藝底框架作為整機回轉(zhuǎn)的主承載構(gòu)件。回轉(zhuǎn)場地的布置見圖7。

采用ANSYS軟件，對底框架進行分析。底框架拉耳上施加2個50 t的拉力，計算后應力在150 MPa，小于許用應力，滿足工況使用要求。底框架應力云圖見圖8。

3 總結(jié)

根據(jù)遷移施工方案，對每個關(guān)鍵環(huán)節(jié)及受力構(gòu)件進行了必要的計算分析，保證了門座起重機遷移時的安全性和可靠性。再輔以其他安全防護措施，在對大連船舶重工的45 t門座起重機進行施工時，取得良好效果。

圖7 回轉(zhuǎn)場地布置

圖8 底框架應力云圖