龍門吊起重機(jī)近海整體遷移技術(shù)研究及應(yīng)用

杜振東 呂志遠(yuǎn)

摘 要：對船塢水深不足、船寬不夠的龍門式起重機(jī)整機(jī)搬遷技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，通過側(cè)滑將龍門吊整機(jī)抬高2.5m，創(chuàng)新采用臺車接載的方式實(shí)現(xiàn)了龍門吊整機(jī)的裝卸船法。通過船舶穩(wěn)性、總縱強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算等分析計(jì)算，驗(yàn)證了裝卸船及近海運(yùn)輸狀態(tài)下的安全性。該技術(shù)已成功實(shí)施于大連大船重工大洋船廠龍門吊項(xiàng)目。

關(guān)鍵詞：門式起重機(jī)；整機(jī)裝卸船；整機(jī)抬高；臺車接載；首創(chuàng)技術(shù)；

中圖分類號：TH213.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）5-0044-03

隨著國內(nèi)海工造船市場合并重組的加劇，及產(chǎn)業(yè)升級和環(huán)保等要求的提高，一些位于城區(qū)的船廠開始逐步外移甚至外遷；而龍門式起重機(jī)（以下稱龍門吊）作為船廠主力和重資產(chǎn)，被改造和遷移也成為勢在必行的動(dòng)作。龍門吊因其外形尺寸大、質(zhì)量重、質(zhì)心高的特性，遷移時(shí)若先拆分運(yùn)輸、再拼裝則存在拆解的風(fēng)險(xiǎn)，舊結(jié)構(gòu)再拼裝的不可預(yù)知性以及時(shí)間、場地占用等種種風(fēng)險(xiǎn)，成本有時(shí)甚至接近或超過新機(jī)成本。上海振華重工憑借多年起重機(jī)整機(jī)遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)能浻矊?shí)力，為了協(xié)助用戶解決上述困難，開拓新的市場，對龍門吊起重機(jī)近海整體遷移技術(shù)進(jìn)行了專項(xiàng)研究。本文結(jié)合大連大船重工400t龍門吊整機(jī)遷移項(xiàng)目介紹一種新的龍門吊整機(jī)場內(nèi)或近海遷移技術(shù)。

1 項(xiàng)目概述

本項(xiàng)目為大連船舶重工集團(tuán)有限公司下屬大洋場區(qū)龍門吊整機(jī)遷移，從2#船塢遷移至改造后的1#船塢側(cè)指定軌道，且須整機(jī)轉(zhuǎn)180度。如圖1所示；運(yùn)輸船采用“振華31”，總布置圖如圖2。

2 基本參數(shù)

龍門吊門架結(jié)構(gòu)主要由箱型單主梁、T字箱型剛性腿、人字型柔性腿和行走機(jī)構(gòu)四大部分組成。

2.1 龍門吊主要參數(shù)

自重：2830 t

軌距：132 m

基距：32 m

大車寬度：49.33m

主梁下高度：85 m

2.2 運(yùn)輸船主要參數(shù)

總長：234.9m

型寬：43m

型深：13.5m

設(shè)計(jì)吃水：8.5m

甲板面積：165x43m2

載重噸：54000 t

3 項(xiàng)目特點(diǎn)及解決辦法

3.1 運(yùn)輸船舶的選擇

龍門吊軌距132m，大車寬度49.33m，要求整機(jī)裝卸船：即運(yùn)輸船有效甲板面積至少要達(dá)到135m × 50m。另，船塢碼頭前沿水深經(jīng)實(shí)測為-6m，且水下為混凝土半永久式建筑物，不能通過挖泥的方式增加水深；這意味著運(yùn)輸船裝載龍門吊后，最大吃水要小于6m。同時(shí)，整機(jī)滾裝裝卸船的方式和碼頭5.5m的標(biāo)高，要求運(yùn)輸船型是型深在11.5-12m之間甲板運(yùn)輸船。能同時(shí)滿足上述要求的大型運(yùn)輸船或駁船鳳毛麟角且成本極高。

通過分析碼頭、龍門吊及運(yùn)輸船參數(shù)，選擇“振華31”作為運(yùn)輸船。但“振華31”型深13.5m，即使吃水控制在5.8m左右，甲板面仍然比船塢碼頭面高出2.2m；另外，“振華31”船寬比龍門吊大車寬度少約6.33m，也是需要解決的問題。

3.2 難點(diǎn)一：整機(jī)抬高

經(jīng)過實(shí)際壓載實(shí)驗(yàn)和反復(fù)計(jì)算論證，“振華31”在裝載龍門吊后滿足穩(wěn)性要求的最小吃水為5.8m，意味著“振華31”甲板面比船塢碼頭面高出2.2m，加上船上分載軌道高，約為2.75m。滾裝滾卸要求岸上軌道和船上軌道表面高低差不超過300mm，如何解決2.75m的高低差成為了項(xiàng)目最大的難點(diǎn)。

常規(guī)千斤頂頂升將龍門吊整機(jī)抬高的方式在考慮以下幾個(gè)因素后被否決：①龍門吊建造時(shí)是現(xiàn)場總裝的，塢墻強(qiáng)度不能滿足頂升的要求；加之項(xiàng)目施工時(shí)，碼頭土建改造已經(jīng)開始，龍門吊承軌梁兩側(cè)已經(jīng)開挖，進(jìn)一步降低了碼頭強(qiáng)度；②龍門吊因其柔性腿鉸點(diǎn)連接的特殊性，頂升存在較大風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過反復(fù)考慮和論證，設(shè)計(jì)采用了斜坡軌的方式，將龍門吊整機(jī)側(cè)滑至2.5m高的臨時(shí)軌道上；世界范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)通過側(cè)滑方式將龍門吊整機(jī)抬高2.5m的案例。

如圖3，設(shè)計(jì)了單根總長約185m的斜坡軌道（共兩組），采用卷揚(yáng)機(jī)、滑車系統(tǒng)牽引的方式，利用龍門吊自己的大車行走，僅耗時(shí)約12小時(shí)，就將龍門吊從其軌道面?zhèn)然现?.5m高的臨時(shí)軌道上；如圖4為抬高2.5m后的龍門吊。

3.3 難點(diǎn)二：臺車接載

龍門吊整機(jī)抬高2.5m后，可以達(dá)到整機(jī)裝、卸船的技術(shù)要求；但 “振華31”船寬僅僅43m，意味著龍門吊大車有6.33m是懸在船舷外，船體需要加寬6.33m。另外，因龍門吊要求卸船后整機(jī)轉(zhuǎn)向180°，即“振華31”左舷靠泊裝船，右舷再次靠泊卸船，要求船體加寬部分在海運(yùn)和靠泊2種狀態(tài)下均滿足強(qiáng)度要求，經(jīng)估算，船體加寬部分至少用鋼約300t，還須“振華31”進(jìn)塢完成施工，而整個(gè)加寬從設(shè)計(jì)到施工還須全部報(bào)CCS審核，綜合考慮發(fā)現(xiàn)成本高且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。如何在不加寬的前提下實(shí)現(xiàn)整機(jī)裝卸船，且轉(zhuǎn)向180°成為了本項(xiàng)的另一個(gè)難點(diǎn)。

最終創(chuàng)新的采用過橋挑梁，臺車接載的設(shè)計(jì)形式，巧妙解決船寬問題，節(jié)省了船體結(jié)構(gòu)加寬的巨大時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。

設(shè)計(jì)在龍門吊左舷側(cè)（裝船靠船側(cè)）提前鋪排3根軌道，在龍門吊左舷側(cè)的剛、柔腿Ⅰ級平衡梁下安裝挑梁，待龍門吊整機(jī)大部分上船后，在挑梁下安裝400T液壓頂升臺車，然后將龍門吊左舷側(cè)頂升，使得大車超寬部分脫離過橋梁；液壓臺車安裝完成后，繼續(xù)在其兩側(cè)安裝600t千斤頂組件，以作保險(xiǎn)，做好龍門吊大車防轉(zhuǎn)措施后，移走剛性梁。如圖5。

卸船時(shí)，保持臺車頂升狀態(tài)，使得龍門吊左舷側(cè)大車部分懸空，利用臺車車輪向陸側(cè)（右舷側(cè)）滾動(dòng)約8m后，降下液壓臺車使得龍門吊大車全部坐落于“振華31”分載軌道上，然后拆除液壓臺車和挑梁，利用龍門吊大車本身繼續(xù)完成卸船。如圖6、圖7。

4 相關(guān)計(jì)算

4.1 穩(wěn)性與總縱強(qiáng)度計(jì)算

“振華31”輪于2#塢裝載龍門吊后航行至塢外進(jìn)行掉頭，再靠回1#塢，途徑航線為近海航區(qū)，根據(jù)《國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》2011，對“振華31”運(yùn)輸龍門吊進(jìn)行了穩(wěn)性校核，結(jié)果符合規(guī)范要求。圖8為“振華31”裝載龍門吊后，航行至塢外進(jìn)行掉頭作業(yè)。

4.2 “振華31”甲板強(qiáng)度計(jì)算

采用Patran和Nastran軟件進(jìn)行船體建模和有限元分析，分析龍門吊整機(jī)裝、卸及運(yùn)輸過程中的各個(gè)工況下甲板強(qiáng)度。剛性腿下甲板模型如圖9。

強(qiáng)度校核采用《中國船級社鋼制海船入級規(guī)范（2015）》，經(jīng)計(jì)算，剛性腿下甲板強(qiáng)度在2種極端工況下應(yīng)力結(jié)果如表1。

除甲板計(jì)算為，還涉及到如軌道梁計(jì)算、挑梁計(jì)算、過橋梁，防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)計(jì)算，甲板局部強(qiáng)度計(jì)算等一些列計(jì)算；另外，還對龍門吊的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算，結(jié)果全部滿足規(guī)范要求，并經(jīng)CCSI審核批準(zhǔn)，本文不再一一贅述。

4.3 海運(yùn)中船舶慣性力

船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)計(jì)算采用荷蘭Amarcon BV公司開發(fā)的OCTOPUS-Office耐波性計(jì)算軟件。軟件在頻域范圍內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)響應(yīng)分析，其中附加質(zhì)量、阻尼系數(shù)以及船體上的波浪擾動(dòng)力采用二維切片理論計(jì)算。計(jì)算采用的船舶表面模型由四邊形平面單元組成。得到的船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)結(jié)果如表2、表3。

4.4 海運(yùn)綁扎計(jì)算

考慮海運(yùn)加速度及風(fēng)載荷后，龍門吊在近海運(yùn)輸工況下，海綁力計(jì)算如圖10、圖11。

5 結(jié)語

針對水深不足，船寬不足的舊龍門吊遷移工作，本設(shè)計(jì)首創(chuàng)提出了整機(jī)抬高，臺車接載的創(chuàng)新性龍門吊整機(jī)裝卸船方法。通過理論計(jì)算和實(shí)際施工控制，最終實(shí)現(xiàn)了大船重工船廠龍門吊的整機(jī)遷移。雖然本項(xiàng)目運(yùn)輸航線僅在船廠附件水域，但所有計(jì)算是基于近海航區(qū)條件下的，對近海龍門吊遷移項(xiàng)目同樣適用，為今后同類項(xiàng)目奠定了理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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