D4580K12門座起重機(jī)遷移設(shè)計(jì)

錢紅飆，莊玉洋，李 豪，于業(yè)超，李 超，郭曉光

（1.大連益利亞工程機(jī)械有限公司，遼寧大連 116023；2.大連船舶重工集團(tuán)有限公司，遼寧大連 116014）

0 引言

在造船行業(yè)，某些特殊情況下，會(huì)從一個(gè)區(qū)域向另一塊場(chǎng)地區(qū)域遷移軌道式起重機(jī)，以達(dá)到在短期內(nèi)迅速提升產(chǎn)能的目的。門座起重機(jī)具有整機(jī)剛性好、結(jié)構(gòu)緊湊、工況靈活且適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在各類被遷移的起重機(jī)里頻率是最高的。以1臺(tái)D4580K門式起重機(jī)整機(jī)遷移方案設(shè)計(jì)為例，說明方案不僅效率高、費(fèi)用低，而且已經(jīng)通過實(shí)踐證實(shí)安全可靠。

1 遷移方案綜述

D4580K門座起重機(jī)，起重量45 t，起升高度55 m，跨度12 m，基距15 m，自重705.5 t。整機(jī)結(jié)構(gòu)為杠桿滑輪組、鋼絲繩補(bǔ)償形式的單臂架圓筒門架結(jié)構(gòu)，變幅結(jié)構(gòu)采用螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)，旋轉(zhuǎn)支撐裝置采用3排滾子式回轉(zhuǎn)支撐。整機(jī)外形見圖1。

圖1 整機(jī)外形

按照區(qū)域產(chǎn)能調(diào)整規(guī)劃，需將該門座起重機(jī)整機(jī)由17區(qū)碼頭遷移至相鄰的16區(qū)船塢吊道，2吊道呈93°夾角布局。遷移路線平面布置形式見圖2所示。查證有關(guān)設(shè)計(jì)資料，16區(qū)船塢吊道原安裝的是12.5 t造船用塔式起重機(jī)，軌道型號(hào)QU80，跨度12 m，能夠滿足45 t門座起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的要求。核實(shí)16區(qū)船塢吊道土建圖，與17區(qū)船塢吊道的土建圖，在結(jié)構(gòu)形式、建造要求一致，因此，滿足承載能力要求。

圖2 遷移場(chǎng)地平面布置圖

整機(jī)遷移全程都采用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引方式。直線遷移時(shí)，沿遷移方向設(shè)置2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)作為主牽引設(shè)備，在反方向布置2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)作為防護(hù)調(diào)整，門座起重機(jī)的承載運(yùn)行采用穿入大車平衡梁下的4臺(tái)滾裝小車。整機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)，采用2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)對(duì)稱站位，回轉(zhuǎn)區(qū)域的地面鋪設(shè)厚鋼板，其上放置1個(gè)底框架，整機(jī)牽引至底框架上后，由卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引底框架，使整機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到所需角度。最后，卷?yè)P(yáng)機(jī)將整機(jī)直線牽引到16區(qū)碼頭吊道上完成落軌。

2 計(jì)算分析

為保證45 t門座起重機(jī)遷移方案的安全可靠，針對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的力學(xué)分析和計(jì)算必不可少。計(jì)算分析的內(nèi)容，共分5個(gè)部分：①起重機(jī)的站位及質(zhì)心校核；②整機(jī)頂升校核；③大車平衡梁的封固校核；④牽引力的計(jì)算；⑤底框架的強(qiáng)度校核。

2.1 起重機(jī)的站位及質(zhì)心校核

根據(jù)圖紙資料，計(jì)算主鉤在35 m幅度時(shí)的上車部分質(zhì)心，在臂架后側(cè)0.12 m，再核算此幅度下的整機(jī)質(zhì)心在臂架后側(cè)0.07 m。

2.2 整機(jī)頂升工況校核

D4580K門座起重機(jī)自重705.5 t，整機(jī)設(shè)置4個(gè)頂升點(diǎn)，單點(diǎn)載荷176 t。每個(gè)頂升點(diǎn)下布置2個(gè)液壓千斤頂進(jìn)行頂升作業(yè)。選用的液壓千斤頂頂升力為200 t，頂升行程250 mm，能夠滿足要求。頂升點(diǎn)布置見圖3。

圖3 頂升點(diǎn)布置

采用ANSYS軟件，將整機(jī)重量分?jǐn)偟?個(gè)小平衡梁上。計(jì)算結(jié)果，最大應(yīng)力187 MPa，能夠滿足頂升要求。小平衡梁應(yīng)力云圖見圖4。

圖4 小平衡梁應(yīng)力云圖

2.3 大車平衡梁的封固校核

根據(jù)方案設(shè)計(jì)，遷移用的滾裝小車需穿入門座起重機(jī)大車平衡梁下，用以承載整機(jī)重量。圖5是滾裝小車的安裝位置及各級(jí)平衡梁的封固結(jié)構(gòu)形式。

圖5 滾裝小車安裝位置及平衡當(dāng)梁封固

滾裝小車的安裝工藝流程：先將大車平衡梁按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行封固，然后利用液壓頂將整機(jī)頂升一定的高度，再拆除與滾裝小車干涉的運(yùn)行臺(tái)車，并將滾裝小車及臨時(shí)軌道穿入平衡梁下擺放好，最后回落液壓頂使4臺(tái)滾裝小車承載整機(jī)重量。單個(gè)滾裝小車的設(shè)計(jì)承載能力是300 t。此環(huán)節(jié)的重點(diǎn)就是各級(jí)平衡梁及封固結(jié)構(gòu)能否滿足要求。采用ANSYS軟件計(jì)算，計(jì)算結(jié)果最大應(yīng)力237 MPa，主要發(fā)生在受壓面上，在對(duì)下底板進(jìn)行貼板補(bǔ)強(qiáng)后，完全能夠滿足遷移要求。平衡梁及封固結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)力云圖見圖6。

圖6 平衡梁及封固結(jié)構(gòu)的計(jì)算應(yīng)力云圖

2.4 牽引力的計(jì)算

2.4.1 直線遷移工況下的牽引力、錨固力計(jì)算

計(jì)算單臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)在工作風(fēng)速（按6級(jí)）下的牽引力133 kN取鋼板與水泥地面摩擦因數(shù)0.3，重塊封固卷?yè)P(yáng)時(shí)，單臺(tái)封固所需的重塊總量約為45 t。

（1）滾裝小車穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的靜阻力Fj計(jì)算見式（1）。

取Fj=266.1 kN

式中Fj——滾裝小車穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的靜阻力

Fm——摩擦阻力

Fp——坡道阻力

Fw——風(fēng)阻力

（2）摩擦阻力Fm計(jì)算見式（2）。

帶入相關(guān)數(shù)據(jù)得：

式中Q——載荷重量

G——小車自重

fk——車輪滾動(dòng)摩擦系數(shù)，0.8

μ——車輪軸承摩擦系數(shù)，0.02

d——與軸承配合處車輪軸直徑

D——車輪踏面直徑

Cf——附加阻力系數(shù)，1.5

（3）坡道阻力 Fp計(jì)算見式（3）。

帶入相關(guān)數(shù)據(jù)得：

（4）風(fēng)阻力Fw計(jì)算見（5）式。

式中PI——計(jì)算風(fēng)壓，按照在6級(jí)風(fēng)工作選取，250 N/m2

C——風(fēng)力系數(shù)，按照45 t門座起重機(jī)不同部位的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)GB/T 3811—2008選取。

A——迎風(fēng)面積。根據(jù)圖紙計(jì)算45 t門座起重機(jī)各個(gè)部位的迎風(fēng)面積，按GB/T 3811—2008選取風(fēng)力系數(shù)，代入（5）式計(jì)算，得出各個(gè)部位的風(fēng)載荷。

2.4.2 旋轉(zhuǎn)工況牽引力計(jì)算

（1）靜摩擦阻力 Fm計(jì)算見（6）式。

式中G——整機(jī)自重

f——框架與鋼墊板摩擦因數(shù)（有潤(rùn)滑油），取0.12，式（6）中的1.2是附加阻力系數(shù)

（2）牽引繩倍率n計(jì)算見式（7）。

式中n——牽引繩倍率

Lf——摩擦阻力臂，8344 mm

L——牽引繩最小力臂，9435 mm

Fj——卷?yè)P(yáng)機(jī)提供的牽引力，20 t

（3）牽引力Fj校核結(jié)論。選用3倍率的滑車就能夠滿足要求。理論上底框架拉耳上承受的牽引力為45 t。

（4）底框架的強(qiáng)度校核。方案當(dāng)中運(yùn)用工藝底框架作為整機(jī)回轉(zhuǎn)的主承載構(gòu)件?；剞D(zhuǎn)場(chǎng)地的布置見圖7。

采用ANSYS軟件，對(duì)底框架進(jìn)行分析。底框架拉耳上施加2個(gè)50 t的拉力，計(jì)算后應(yīng)力在150 MPa，小于許用應(yīng)力，滿足工況使用要求。底框架應(yīng)力云圖見圖8。

3 總結(jié)

根據(jù)遷移施工方案，對(duì)每個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)及受力構(gòu)件進(jìn)行了必要的計(jì)算分析，保證了門座起重機(jī)遷移時(shí)的安全性和可靠性。再輔以其他安全防護(hù)措施，在對(duì)大連船舶重工的45 t門座起重機(jī)進(jìn)行施工時(shí)，取得良好效果。

圖7 回轉(zhuǎn)場(chǎng)地布置

圖8 底框架應(yīng)力云圖