大型造船龙门起重机旋转吊梁结构设计

侯 朋 刘会议 葛双喜

(南通中远重工有限公司，江苏226000)

大型造船龙门起重机主要用于船舶分段的吊运、翻身以及船台合拢等作业，一般只能完成水平、竖直方向的移动[1-2]。由于分段在吊装过程中，往往需要一定的旋转角度，目前主要通过人工完成，效率低下，且有一定的危险性。针对该问题，设计一种新型吊梁结构，该吊梁主要由上横梁和下横梁组成，上、下横梁可以相对旋转，上横梁悬挂于造船龙门起重机上，小车两主钩上，下横梁设置吊钩，用于大型分段吊运、旋转安装定位。利用有限元分析软件ANSYS Workbench对该旋转吊梁进行计算，其结构强度、刚度满足规范要求。

1 旋转吊梁

该旋转吊梁主要有上横梁、下横梁、回转支承机构、旋转机构、350 t吊钩组、悬挂装置、支撑架及辅钢等组成，350 t吊钩可以前后左右偏斜20°，适合各种分段吊装。该旋转吊梁主要参数见表1，结构示意图如图1所示。

表1 旋转吊梁主要技术参数Table 1 Main technical parameters of rotary suspending beam

2 有限元数值计算

2.1 有限元计算模型

根据设计图纸，使用ANSYS Workbench 17.1建立上、下横梁实体模型，进行有限元网格划分，梁网格划分采用实体单元，其网格划分模型分别如图2、图3所示[3]。旋转吊梁的主要材料为高强度结构钢Q345，其弹性模量E=206 GPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7850 kg/m3。

1—上横梁 2—下横梁 3—连接机构 4—支承机构 5—回转机构 6—350 t吊钩组 7—活动支撑 8—平台栏杆 9—润滑系统 10—铭牌 11—电缆卷筒 12—水平仪 13—电气及控制系统图1 700 t旋转吊梁结构示意图Figure 1 Structure schematic diagram of 700 t rotary suspending beam

图2 上横梁网格模型Figure 2 Grid model of top beam

图3 下横梁网格模型Figure 3 Grid model of bottom beam

2.2 模型约束

上、下横梁约束施加情况如表2所示。

2.3 载荷与工况

根据GB/T 3811—2008《起重机设计规范》[4]，本文仅取规范中3种典型工况进行计算。

(1)工况1：在正常工作状态下，只考虑旋转吊梁质量引起的载荷。

(2)工况2：在正常工作状态下，考虑旋转吊梁质量引起的载荷，总起升质量引起的载荷，考虑风载荷。

表2 施加约束参数Table 2 Imposed constraint parameters

表3 有限元计算结果Table 3 Finite element calculation results

表4 结构件材料的许用应力Table 4 Allowable stress of structural materials

(3)工况3：在正常工作状态下，考虑旋转吊梁质量引起的载荷，总起升质量引起的载荷，不考虑风载荷。

3 有限元计算结果

上、下横梁有限元计算结果见表3，结构件材料的许用应力见表4，梁的静态刚度见表5。

依据最大应力处的板厚及基本许用应力判定是否符合规范要求。

依据铰孔实际最大位移及刚度要求判定是否符合规范要求。图4和图5分别为上横梁和下横梁的应力云图和位移云图。

4 结论

(1)通过以上论述，该旋转吊梁可以很好地解决造船龙门吊吊装分段过程中无法旋转定位问题，极大地提高了船厂大型分段的安装效率。

表5 梁的静态刚度Table 5 Static stiffness of beam

(a)应力云图(b)位移云图

图4 上横梁工况1Figure 4 Working situation 1 of top beam

图5 下横梁工况1
Figure 5 Working situation 1 of bottom beam

(2)经过计算分析可知，该结构设计安全。结构简单，目前已进入生产阶段。

[1] 全国起重机械标准化技术委员会. 造船门式起重机:GB/T 27997—2011[S]. 北京：中国标准出版社，2012.

[2] 张质文，王金诺，程文明，等. 起重机设计手册[M],北京: 中国铁道出版社，2013.

[3] 黄志新，刘成柱. ANSYS Workbench14.0 超级学习手册[M].北京:人民邮电出版社，2013.

[4] 全国起重机械标准化技术委员会. 起重机设计规范：GB/T 3811—2008[S]. 北京：中国标准出版社，2009.