门座起重机整机海运分析

苏运波，金 辉

(上海振华港机(集团)股份有限公司，上海200125)

门座起重机整机海运能充分利用和发挥制造场地、技术、人员、设备的优势和有利条件，将整机安装并调试好，到用户码头直接滚动上岸即可使用，不仅大大节约了人力成本，而且减少了门座起重机到用户码头总装调试所占用用户码头的时间，这对港口尤为重要。

1 整机绑扎有限元模型建立

1.1 主要结构及技术参数

门座起重机由工作机构、金属结构、动力装置及控制系统组成。其中金属结构主要由端梁、横梁、圆筒体、转盘、上转柱、小拉杆、平衡梁、大拉杆、象鼻梁及臂架组成［1］。出口至赤道几内亚门机整机海运安装示意见图1。

图1 出口至赤道几内亚门机整机海运安装示意

1.2 门座起重机整机绑扎模型

利用ANSYS中BEAM44单元，对出口至赤道几内亚门机进行整机建模，并在模型基础上进行海运绑扎［2］，见图2。

图2 出口至赤道几内亚门机整机海运绑扎示意

其中具体海运加强为:端梁横摇撑管为φ426×10的钢管，材质Q345，共8根;端梁纵摇撑管为φ299×10的钢管，材质为Q345B，共4根;平衡梁后部用φ299×10的钢管，材质为Q345B，共2根;臂架与上转柱用2根φ299×10的钢管连接，材质为Q345B。圆筒体上拉4根直径50 mm的钢绞线。其中钢绞线利用LINK10进行建模，并以应变ε的形式施加钢绞线预紧力。

1.3 海运过程中载荷

1.3.1 风载荷

根据港口起重机设计规范，风载荷Pw为［3］

式中:Pw——作用在起重机上的风载荷，N;

Cf——所讨论结构部分沿着风向的风力系数;

q——相应设计工况对应的风压，Pa。

1.3.2 浪载荷

门座起重机载体船舶在受到浪载荷激励后，引起了门座起重机的横荡、纵荡、升沉、横摇和纵摇运动。以美国NSRDC的FRANK切片理论为基础，并假定船舶各个自由度运动时线性和谐振，船长比船宽和吃水大很多，将三维船体处理为二位切片，最终得出门座起重机在该船上的海运加速度，一般表达式为

式中:ax——起重机某高度x方向总加速度;

α——角加速度;

H——起重机某点轨面以上高度;

b——线加速度;

g——重力加速度，取9.8 m/s2。

赤道几内亚门机整机在特定时间内海运时实际加速度值见表1。

2 海运计算结果与分析

由于风方向的不确定性，浪载针对具体坐标系，加速度和角加速度方向性，海运计算时迎浪有8种工况、横浪有32种工况、斜浪有32种工况;且对于不同浪向时，最大应力点出现在不同的部件上，故任何一种工况都无法忽略。根据门座起重机的特殊性，对角加速度、线加速度及风速按照最恶劣工况进行叠加，且根据门座起重机基本沿着转盘中心线对称，对沿着转盘中心线方向两侧的加速度可以只取一个方向进行计算，最终选择斜浪2种工况、横浪4种工况、迎浪8种工况进行计算，其它叠加工况要么与选出的工况对称，要么比选出的工况安全。

表1 出口至赤道几内亚门机整机海运加速度

根据计算，运至赤道几内亚门架各工况下各个部件应力见表2。

表2 出口赤道几内亚门机整机海运应力表 MPa

海运为非工作工况，安全系数为1.1，最大许用应力为345/1.1=313.64 MPa。由表2可见，各部件应力均在许用应力以内，该绑扎方案满足本次海运要求。

另外潮汐、浪高、暴风等自然因素在各个季节不一样，故即使同一条船发运时间不一样，海运加速度也不一样，若发运时间变化很大，可能加速度需要重新选择再进行计算。

3 结论

本文通过出口至赤道几内亚门座起重机整机的海运绑扎，对整机海运时载荷进行分析，并对该门座起重机海运时应力结果进行分析可知:臂架、象鼻梁、大拉杆、小拉杆、平衡梁、圆筒体、横梁、端梁在横浪时应力较大;上转柱、转盘在斜浪时应力较大。本绑扎方案对端梁、圆筒体、平衡梁及臂架均进行了加强，满足本航次海运要求。

［1］张质文，虞和谦，王金渃，等.起重机设计手册［M］.北京:中国铁道出版社，2001.

［2］博嘉科技.有限元分析软件—ANSYS融汇与贯通［M］.北京:中国水利水电出版社，2002.

［3］欧洲起重机械设计规范(1998年修订版)［S］.潘钟林，译.上海:上海振华港口机械公司译丛，1998.