提高超大型浮吊起重量的方法

張炳發(fā)　李　英　鄭世樂(lè)

(1.上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司，上海200125；2.上海重型機(jī)器廠有限公司，上海200245)

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提高超大型浮吊起重量的方法

張炳發(fā)1李英2鄭世樂(lè)1

(1.上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司，上海200125；2.上海重型機(jī)器廠有限公司，上海200245)

隨著海洋工程的發(fā)展，浮吊逐漸發(fā)展成為海上作業(yè)不可或缺的吊裝設(shè)備，海洋工程、海上救撈、海上大橋橋梁安裝、海上鋪管及海洋平臺(tái)的拆卸與安裝都廣泛地運(yùn)用到了大型浮吊?，F(xiàn)代海洋工程作業(yè)要求浮吊具有超大起重量，能夠?qū)崿F(xiàn)近海及深海作業(yè)，能夠應(yīng)對(duì)海上復(fù)雜多變的氣候條件，并能在全球無(wú)限航區(qū)自航以適應(yīng)世界經(jīng)濟(jì)全球化的需要。隨著海洋工程重型裝備技術(shù)向大型化、高科技化方向迅速發(fā)展，大型浮吊不僅在形式上逐漸由非自航式不可回轉(zhuǎn)浮吊發(fā)展成自航式全回轉(zhuǎn)浮吊，而且起重量也向超大型化、高效化發(fā)展，以適應(yīng)世界海洋發(fā)展戰(zhàn)略的新形勢(shì)、新技術(shù)發(fā)展的需要[1、2]。海上重工的迅猛發(fā)展，對(duì)浮吊的設(shè)計(jì)也提出了更高的要求，本文討論了在基本不對(duì)浮吊結(jié)構(gòu)做重大改動(dòng)(主要是不增加浮吊筒體半徑)的情況下，大幅度增加大型浮吊的安全吊載能力的方法。

1提高浮吊起重量的思路

大型浮吊在起吊過(guò)程中，從結(jié)構(gòu)方面分析，起重量的大小除了跟臂架承載能力有關(guān)外，與支撐筒體防傾覆的能力也有很大關(guān)系。下面從兩個(gè)方面討論了在臂架具有足夠承載能力的條件下，如何提高整機(jī)的防傾覆能力。

全回轉(zhuǎn)起重機(jī)的回轉(zhuǎn)部分一般都是安裝在船甲板上的圓筒體上，上部回轉(zhuǎn)部分的重量矩和吊載彎矩都通過(guò)圓筒體直接作用在船體上。因此，如何增加回轉(zhuǎn)支撐裝置的承載能力，并且能夠在不增加圓筒體半徑的情況下提高筒體的抗傾覆能力是增加浮吊起重量的一個(gè)研究方向。

浮吊在起重過(guò)程中，吊載會(huì)給整臺(tái)浮吊一個(gè)很大的傾覆力矩。支撐筒體回轉(zhuǎn)半徑的增加雖然會(huì)提高筒體的防傾覆能力，但同時(shí)也會(huì)相應(yīng)增加浮吊其他部件的體積和重量，例如筒體上的回轉(zhuǎn)支撐裝置、桁框架以及人字架等，使整臺(tái)浮吊的重量及成本提高。因此，如何平衡因吊重產(chǎn)生的傾覆力矩是必須解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。

2提高浮吊起重量的方法

2.1　頂升裝置

在船尾增加承載支架，用來(lái)支撐回轉(zhuǎn)平臺(tái)的前部延伸結(jié)構(gòu)，該支架通常被稱(chēng)作頂升裝置。通過(guò)該裝置一方面可以保證起重機(jī)在最大傾覆力矩下不發(fā)生傾覆，另一方面減少傾覆力矩對(duì)圓筒體結(jié)構(gòu)以及船體結(jié)構(gòu)的影響。頂升裝置通過(guò)改善船體的受力結(jié)構(gòu)，從而來(lái)幫助浮式起重機(jī)實(shí)現(xiàn)更大的起吊能力。

頂升裝置設(shè)置在起重機(jī)前方(臂架方向)，位于回轉(zhuǎn)平臺(tái)下。頂升裝置的布置位置(見(jiàn)圖1)決定了頂升系統(tǒng)一般用于尾吊工況(臂架和船體長(zhǎng)度方向180°向外)。

頂升裝置由頂升支座、頂升油缸、墊塊、墊塊滑移系統(tǒng)組成。頂升支座焊接在船體甲板上。在起吊工作開(kāi)始前，起重機(jī)先回轉(zhuǎn)至尾吊位置，頂升支座上的頂升油缸工作，將回轉(zhuǎn)底盤(pán)頂起至設(shè)定的高度，使起重機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)和頂升支座之間保持足夠的間隙；墊塊滑移系統(tǒng)工作，將墊塊拖拽進(jìn)回轉(zhuǎn)平臺(tái)和頂升支座的間隙內(nèi)，油缸收縮回位，起重機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)壓在墊塊上，頂升裝置準(zhǔn)備工作完成。

墊塊滑移系統(tǒng)由馬達(dá)、張緊鏈輪、導(dǎo)向鏈輪和墊塊組成(見(jiàn)圖2)。通過(guò)馬達(dá)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)帶動(dòng)鏈條傳動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)墊塊滑動(dòng)。在尾吊工況時(shí)將墊塊滑動(dòng)到頂升位置處，在全回轉(zhuǎn)工況時(shí)馬達(dá)反轉(zhuǎn)，將墊塊滑動(dòng)到不干涉位置。

2.2　系固裝置

人字架系固裝置也可以增加浮式起重機(jī)的吊載能力。它通過(guò)在人字架頂端尾部設(shè)置系固裝置以平衡吊重產(chǎn)生的的傾覆力矩，同時(shí)還能在保證吊載能力的情況下減輕配重重量。此裝置的優(yōu)點(diǎn)是不額外增加起重機(jī)上部回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的尺寸，在人字架頂部設(shè)置滑輪組，在船體中部增加動(dòng)滑輪組，另外配置絞車(chē)，即可實(shí)現(xiàn)此功能。通過(guò)拉拽人字架頂部，減小浮式起重機(jī)承受的彎矩，來(lái)幫助浮式起重機(jī)實(shí)現(xiàn)更大的起吊能力。

系固裝置由四部分組成：上部滑輪組、下部滑輪組、系固機(jī)構(gòu)、鋼絲繩。上部滑輪組布置在人字架頂端背部，下部滑輪組布置在船體中部甲板上。圖3為系固裝置的組成。

1—頂升裝置　2—頂升墊塊圖1　頂升裝置的位置Figure 1　Position of jack-up device

圖2　墊塊滑移系統(tǒng)Figure 2　Block moving system

1—下滑輪組　2—鋼絲繩　3—上滑輪組4—人字架　5—系固機(jī)構(gòu)　6—機(jī)房圖3　系固裝置的組成Figure 3　Composition of tieback device

系固裝置設(shè)置在起重機(jī)后方(臂架反方向/人字架背部)，斜拉在甲板上，一般設(shè)置對(duì)稱(chēng)的左右兩套。系固裝置的布置位置決定了系固裝置一般用于尾吊工況(臂架和船體長(zhǎng)度方向180°向外)。

在起吊工作前，系固機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)，將鋼絲繩從卷筒中拖拽出，通過(guò)船上的輔助鉸車(chē)將下滑輪組拖拽至甲板上的系固點(diǎn)固定。通過(guò)系固系統(tǒng)鋼絲繩傳感器預(yù)設(shè)鋼絲繩張力，制動(dòng)系固機(jī)構(gòu)，完成吊裝前的系固準(zhǔn)備工作。起吊結(jié)束后，系固機(jī)構(gòu)收緊，將鋼絲繩收進(jìn)卷筒，固定下滑輪組于機(jī)房頂部，以便回轉(zhuǎn)時(shí)不受影響。

3應(yīng)用實(shí)例

上海振華重工在建的全回轉(zhuǎn)起重打撈工程船起重量的為12 000 t，其中回轉(zhuǎn)下支撐筒體外徑為42 m。雖然外徑已經(jīng)非常大，但是由于起重量超大，還必須增加防傾覆措施。在12 000 t工況下，必須同時(shí)使用頂升裝置和系固裝置兩種防傾覆的措施，通過(guò)計(jì)算證明效果非常顯著。圖4為12 000 t浮吊主鉤在不同工況下的吊載曲線。

從圖4看出，在全回轉(zhuǎn)工況下(即沒(méi)有使用

頂升裝置和系固裝置)，最大安全起重量為7 000 t；當(dāng)使用頂升裝置的固定尾吊時(shí)，最大起重量能夠達(dá)到10 000 t；當(dāng)同時(shí)使用頂升裝置和系固裝置的固定尾吊時(shí)，最大起重量可達(dá)12 000 t。采取防傾覆設(shè)施后最大起重量增加比較明顯。另外，在起吊量相同時(shí)距回轉(zhuǎn)中心的幅度也提高很多。例如，在起重量為7 000 t時(shí)，全回轉(zhuǎn)工況下起吊幅度只有44 m；而在固定尾吊時(shí)，僅用頂升裝置時(shí)幅度為64 m；同時(shí)使用頂升和系固裝置時(shí)可達(dá)69 m。頂升裝置和系固裝置的增加對(duì)浮吊的影響不僅體現(xiàn)在主鉤吊載上，其他鉤頭(例如副鉤)在起重量和起吊幅度方面也有很大提高。

圖4　12 000 t浮吊主鉤在不同工況下的吊載曲線Figure 4　Load curves of 12 000 t floating crane hook under various working conditions

4結(jié)論

隨著海洋工程重型裝備的發(fā)展，對(duì)浮吊起重量要求越來(lái)越高，而由于船體自身?xiàng)l件的限制，以及部分招標(biāo)文件也對(duì)浮吊自重提出非常嚴(yán)格的要求，所以支撐筒體的半徑不能隨著吊載能力的提高而相應(yīng)增加。這就要求我們拓展思路，在基本不對(duì)起重機(jī)結(jié)構(gòu)做重大改變的條件下探尋提高浮吊起吊能力的方法。本文通過(guò)具體應(yīng)用實(shí)例證明了增加頂升裝置和系固裝置對(duì)提高浮吊起重能力的有效性和實(shí)用性。最大安全起重量能提高42%左右，部分起重量的起吊幅度可提高50%左右，對(duì)未來(lái)浮式起重機(jī)結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展有非常好的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1]王悅民，童民慧.超大型浮吊重載打撈波浪補(bǔ)償系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào)，2009(9)：362-366.

[2]王悅民，王艷琳，童民慧.超大型全回轉(zhuǎn)浮吊新型回轉(zhuǎn)支承裝置關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào)，2009(6)：180-184.

編輯杜敏

摘要：討論了兩種可以在不增加浮吊支撐筒體半徑的情況下，大幅提高浮吊吊載能力的方法，即在回轉(zhuǎn)支撐下增加頂升裝置和在起重機(jī)后方增加系固裝置。通過(guò)應(yīng)用實(shí)例證明運(yùn)用這兩種方法可有效提高大型浮吊的起重量。

關(guān)鍵詞：浮式起重機(jī)；吊載能力；頂升裝置；系固裝置

Method of Improving Lifting Capacity for Superheavy Floating Crane

Zhang Bingfa, Li Ying, Zheng Shile

Abstract：Two methods of improving floating crane lifting capacity greatly without cylinder radius varying have been discussed, they were jack-up device added under turning support and tieback device mounted back of crane. It has been verified through applying example that the both methods were efficient for improving heavy duty lifting capacity.

Key words：floating crane; lifting capacity; jack-up device; tieback device

收稿日期：2014—03—19

中圖分類(lèi)號(hào)：U653.921

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B