岸邊集裝箱起重機前大梁受力分析

湯華超

（山東港通工程管理咨詢有限公司，煙臺 264000）

在山東港通工程管理咨詢有限公司的嚴格監(jiān)理下，青島海西重機有限責任公司為山東高速交通物流投資有限公司承制了2臺AJ型65t-46m岸邊集裝箱起重機（以下簡稱岸橋），其使用地點是濰坊港中港區(qū)東作業(yè)區(qū)#18、#19滾裝泊位。設(shè)備工作級別為A8，使用等級為U8，載荷狀態(tài)級別為Q3，具體設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

1 載荷與載荷組合

1.1 載荷與載荷系數(shù)

本文對前大梁、前拉桿系統(tǒng)的受力分析過程所涉及的各種載荷數(shù)據(jù)和載荷系數(shù)進行計算，如表2所示。

表2 基本載荷計算

注：對于增大系數(shù)，載荷確定后，組合時再乘一個增大系數(shù)來考慮計算方法不完善和無法預(yù)料的偶然因素導(dǎo)致實際出現(xiàn)的應(yīng)力超出計算應(yīng)力的某種可能性；對于動載系數(shù)，物體慣性力將會使起升載荷出現(xiàn)動載增大的作用，此起升動力效應(yīng)用一個大于1的起升動載系數(shù)表示。

1.2 風載荷

表3 工作風垂直于大車軌道(風速20m/s)

1.3 載荷組合

表4 載荷組合

注：OW工況下，大車靜止，吊具下額載，小車起制動，考慮動載系數(shù)、載荷放大系數(shù)、小車水平方向慣性力、小車運行方向工作風工況。

將表2相關(guān)數(shù)據(jù)套入表4公式計算可得，載荷組合為3878kN。

2 材料和許用應(yīng)力

金屬結(jié)構(gòu)材料彈性模量為2.1×105MPa，泊松比為0.3，受力構(gòu)件所用材料為Q345B，在各種工況下的安全系數(shù)和許用應(yīng)力如表5所示。

表5 Q345B材料特性、安全系數(shù)及許用應(yīng)力

有風情況下，許用應(yīng)力[σ]=240MPa。

3 建立分析模型

岸橋在OW工況下，前大梁建立如1所示的受力分析模型，具體參數(shù)包括：前大梁載荷組合G，前拉桿拉力F1，中拉桿拉力F2，大梁下鉸點支撐力（該處取豎直向上分力F3）。

在該狀態(tài)下，前大梁穩(wěn)定。

受力平衡：F1×sin26°+F2×sin43° +F3=G。

力矩平衡：F1×sin26°×17250=F2×sin43°×3750+F3×24400。

岸橋前、中拉桿的拉力比一般要求介于7:3與6:4之間，該項目調(diào)整后，前拉桿與中拉桿拉力比值：F1:F2≈1.9，在正常范圍內(nèi)。前大梁自重低于載荷組合，按G=3878kN計算。

圖1 受力狀態(tài)分析圖

4 強度校核

按上述分析模型計算得出該岸橋前、中拉桿受力分別為：F1=3688kN，F(xiàn)2=1941kN。前拉桿截面積S1=20600mm2，共2件，中拉桿截面積S2=12800mm2，共2件。

前拉桿應(yīng)力值σ1=F1÷S1÷2=89.5MPa＜240MPa

中拉桿應(yīng)力值σ2=F2÷S2÷2=75.8MPa＜240MPa

前拉桿應(yīng)變ε1=σ1÷E=426.2e-6

中拉桿應(yīng)變ε2=σ2÷E=361.0e-6

根據(jù)以上計算得出，岸橋在工作風垂直大車軌道方向，額載工況組合中，拉桿結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為89.5MPa，構(gòu)件最大應(yīng)力小于拉桿需用應(yīng)力，結(jié)構(gòu)強度滿足使用要求。

5 結(jié)語

本文利用重力平衡原理和力矩平衡原理分析了前大梁、拉桿在岸橋工作狀態(tài)下載荷65t和風荷20m/s時的受力情況，風荷20m/s相當于9級風速，65T-46m岸邊集裝箱起重機工作在9級風速的情況下前大梁和拉桿是穩(wěn)定的，并且拉桿此時的拉力在拉桿的許用應(yīng)力范圍內(nèi)。這里只驗證了工作狀態(tài)下9級風速的載荷這一種情況，要做好岸橋設(shè)備的完整驗證，需要有更多的驗算工作。比如，在工作狀態(tài)下，突襲陣風風速35m/s，或非工作環(huán)境下，極大風速55m/s（2min時距）時，對于設(shè)備的受力平衡情況，后續(xù)將做進一步的研究和分析。無論在何種工況下，在設(shè)備監(jiān)造和港口碼頭實際運行中，人們必須做好岸橋設(shè)備的防風錨定，以應(yīng)對不可抗力臺風的出現(xiàn)，保證設(shè)備和人員的安全。