起重機錨定插銷載荷不均問題研究

馮小保 張建輝 崔益華 王長江 任進勇 施亮亮

南通潤邦重機有限公司

1 引言

造船門式起重機(以下簡稱龍門吊)具有較大的跨度、起重量和起升高度，同時具備單吊、抬吊、翻身等功能，是分段轉運、翻身、總裝的常用設備。由于造船龍門吊的迎風面較大，暴風載荷很大，因此，造船龍門吊的兩側會各設置一組防風錨定，每組錨定通常有兩根插銷，在暴風到來前插入錨定坑中，防止機器被吹走[1]。在錨定的設計中，每組錨定的兩根插銷的受力通常是按均分進行設計。

而在對某型造船龍門吊(機型A)進行計算的過程中發現，在沿大車方向的暴風工況中，剛腿側錨定的兩根插銷載荷差別很大，為避免偶然性，又對另外幾型造船龍門吊進行了計算，以期找出一般規律供設計參考。

2 問題的發現

2.1 機型A插銷載荷計算結果

在計算暴風工況時，約束了大車的豎直方向和垂直軌道方向的自由度，放開其沿軌道方向的自由度，約束錨定沿大車軌道方向的自由度，柔性鉸用球鉸等效。為了得到錨定坑和錨定插銷的計算輸入載荷，提取了4根插銷的載荷，見表1。從結果可知，剛腿側的兩根插銷的載荷差異很大，插銷1的載荷比插銷2大了54.1 t，而柔腿側的插銷載荷則幾乎相等。

表1 機型A錨定插銷載荷提取

由于沒有考慮制動器、夾軌器等摩擦類的制動力(剛腿側摩擦類制動力約100 t)，因此插銷1和插銷2的載荷需要分別減去50 t，這更加劇了插銷1和插銷2載荷的相對差異，導致插銷1的載荷約等于插銷2載荷的2.1倍，如果按照平均載荷設計錨定，將給整機帶來極大的安全隱患。

計算中沒有考慮插銷、錨定坑的外形誤差，均按照同時接觸進行計算，實際上結構的制作誤差、基礎誤差是不可避免的，這都將進一步加劇插銷載荷的差異性。

2.2 其他機型錨定插銷載荷對比分析

為避免所發現問題的偶然性，對另外幾型造船門吊的插銷載荷也進行了提取，見表2～表4。

表2 機型B錨定插銷載荷提取

表3 機型C錨定插銷載荷提取

表4 機型D錨定插銷載荷提取

從以上各表可知，I字形剛腿機型的1、2號錨定插銷的載荷相差較大，而A字形剛腿機型相差較小，所有機型的柔腿側插銷的載荷相差均很小。

3 原因分析

由于計算的工況均為沿大車軌道方向的暴風，主梁受風力出現旁彎，主梁兩端不再與大車軌道垂直，據此可做出以下分析。

(1)對于I字形剛腿的造船龍門吊，由于主梁與剛腿是剛性連接，主梁的旁彎會傳遞到剛腿上，使剛腿受扭，該扭矩向下傳遞到魚尾段，然后通過魚尾段的變形分別向兩端的大車和下方的錨定傳遞，造成錨定架受扭從而導致錨定插銷受力不相等。

(2)A字形剛腿的錨定插銷載荷幾乎相等，其原因如下：主梁旁彎使剛腿受扭，由于剛腿是A字形，扭矩會先沿著兩根剛腿傳遞到大車，造成大車受到垂直于軌道的水平力，而此水平力經提取，遠小于支點輪壓所能提供的靜摩擦力，因此大車不會垂直軌道滑移，剛腿下橫梁不會產生偏斜，錨定架不會扭轉，因此插銷的載荷幾乎相等。

4 改進措施

造成剛腿側錨定插銷載荷不均的原因歸結起來如下：首先是因為剛腿受到了來自于主梁旁彎造成的扭矩；其次是因為剛腿將部分扭矩傳遞到了錨定架上。

對于主梁旁彎造成的扭矩，是造船龍門吊的整體結構所引發的，沒有辦法改變；對于扭矩的傳遞，則可以有以下3點措施：

(1)使用A字形剛腿，使扭矩直接傳遞到大車上，用大車的側向力去平衡扭矩，但此措施有因小失大的弊端，實際工程中極不可能因為一個局部結構的問題而改變整體結構形式，而且會造成電梯、梯子平臺、電氣房等布置上的困難。

(2)采用較大的單根插銷，此方式簡單直接，不存在錨定載荷分配不均的問題，但對錨定坑要求較高。

(3)如果必須使用I字形剛腿和雙插銷錨定，可以改進錨定架結構，降低錨定架的抗扭剛度，避免太大的扭矩通過錨定架傳遞到兩根插銷上。

5 改進驗證

以上3點措施，僅措施(3)需要驗證。針對機型A的剛腿側錨定架進行了調整，調整前后的結構對比見圖1。

圖1 錨定架改造前后對比圖

重新計算并提取的插銷載荷見表5。從數據可知，插銷1的載荷僅比插銷2大9.1%，原設計大了111%，不均勻性得到了極大改善，同時也驗證了原因分析的正確性。

表5 機型A錨定結構調整后插銷載荷提取

6 結語

為解決造船龍門吊剛腿側錨定插銷的載荷不均的問題，對錨定架進行了調整，降低其抗扭剛度，使通過其傳遞到插銷的扭矩變小。計算結果顯示該措施效果十分明顯，平衡了鋼腿錨定插銷的載荷，極大地提高了安全性，顯著降低了錨定架的重量，同時又大大降低了對錨定基礎的承載要求。