岸邊集裝箱起重機(jī)機(jī)房吊裝方案分析

何強(qiáng)國(guó) 鄒子維 汪 杰

上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司

1 引言

1.電氣房 2.俯仰機(jī)構(gòu) 3.小車驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 4.吊裝孔 5.高壓柜及變壓器 6.換繩機(jī)構(gòu) 7.起升機(jī)構(gòu) 8.機(jī)房立柱及圍棚 9.出繩罩殼 10.機(jī)房底架主梁 11.維修行車圖1 機(jī)房布置總圖

傳統(tǒng)的常規(guī)雙箱梁岸橋機(jī)房吊裝方案，由于吊裝耳板布置在機(jī)房?jī)?nèi),不僅易與電氣附屬件干涉,而且安裝吊裝鋼絲繩時(shí)需要在機(jī)房頂棚開孔，吊裝過程中造成大量的二次動(dòng)火和涂裝工作，不利于產(chǎn)品質(zhì)量提升和環(huán)保生產(chǎn)。為解決此問題，從岸橋機(jī)房吊耳設(shè)置和吊裝梁設(shè)計(jì)方面對(duì)吊裝工藝進(jìn)行改進(jìn)，提高機(jī)房吊裝作業(yè)的效率和安全性。

2 機(jī)房吊耳改進(jìn)

2.1 吊耳布置方案

傳統(tǒng)機(jī)房吊裝的吊耳布置在機(jī)房?jī)?nèi)，吊裝時(shí)需在機(jī)房頂部開孔，后續(xù)容易產(chǎn)生積水問題；與鋼絲繩干涉處的構(gòu)件需拆除、恢復(fù)，工作量大。吊裝完成后，為避免跟電氣元器件或者液壓管路干涉，需要將吊耳割除。吊耳割除需動(dòng)火作業(yè)，造成油漆破壞。該吊裝工藝造成的損失為油漆復(fù)涂打磨、干涉構(gòu)件拆除、恢復(fù)等人工約12個(gè)，按年產(chǎn)量170臺(tái)、人工費(fèi)220元/天計(jì)算，直接經(jīng)濟(jì)成本約45萬元/年。

將機(jī)房吊耳更改至圍棚外側(cè)，根據(jù)機(jī)房不同尺寸設(shè)計(jì)通用吊梁工裝，僅需根據(jù)機(jī)房底架的尺寸適配鋼絲繩，即可實(shí)現(xiàn)吊裝作業(yè)，可有效提升吊裝效率。

2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

機(jī)房質(zhì)量取200 t，安全系數(shù)取1.5，分配到單個(gè)耳板載荷Q=200×1.5/4=75 t=750 kN，耳板計(jì)算模型見圖2。其中材料屈服應(yīng)力F0=345 MPa,主板半徑R=180 mm,厚度B=40 mm,加強(qiáng)板直徑D=300 mm,厚度t=25 mm,孔徑d=110 mm，L=125 mm，S=95 mm。

圖2 吊耳計(jì)算圖

根據(jù)AISC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行截面X-X校核。截面積A為：

A=(2R-d)B+2(D-d)t=19 500 mm2

(1)

計(jì)算應(yīng)力F為：

F=Q/A=37.7 MPa

(2)

許用應(yīng)力F1為：

F1=0.45F0=155.3 MPa

(3)

則F

(1)直接銷售。民宿經(jīng)營(yíng)者在接到游客電話預(yù)定或是直接到店登記時(shí)，首先要給出有效、真實(shí)、準(zhǔn)確的民宿信息，同時(shí)積極留住游客。經(jīng)營(yíng)者可以有專用的號(hào)碼接收預(yù)訂者來電，提高效率。還可以利用“電話或上門預(yù)訂民宿，可有上下山接送”，或是推出游客直接與經(jīng)營(yíng)者預(yù)訂，贈(zèng)送廬山紀(jì)念品等，吸引游客成為直線門市客。

同理，對(duì)截面Y-Y進(jìn)行校核，計(jì)算應(yīng)力<許用用力,截面Y-Y驗(yàn)算通過。

軸采用35CrMo材料，軸的屈服應(yīng)力F0軸=390 MPa。軸的受力面積為：

A軸=d(B+2t)=9 900 mm2

(4)

計(jì)算壓應(yīng)力為74.2 MPa，小于靜軸孔的許用應(yīng)力F3=0.8F0軸=276 MPa,軸安全。

2.3 有限元分析

按照實(shí)際1∶1尺寸建立有限元模型，忽略機(jī)器房圍棚，機(jī)房底盤的面板和封板等結(jié)構(gòu)。模型采用Beam 44[2]單元模擬機(jī)房底盤的主梁，Link10單元模擬鋼絲繩，Mass21單元模擬各個(gè)集中重量載荷，簡(jiǎn)化模型見圖3。

圖3 新方案的機(jī)房吊裝計(jì)算模型圖

機(jī)房質(zhì)量取200 t，鋼絲繩安全系數(shù)為1.25。由于實(shí)際吊裝過程中會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)，故增加1段0.01 m的剛性單元，釋放吊裝過程中晃動(dòng)的問題。

由于工字梁抗扭性較差，設(shè)計(jì)中需要考慮吊耳對(duì)筋的主梁是否貫通，下面按照2種情況來進(jìn)行有限元分析。

2.3.1 吊耳對(duì)筋主梁不貫通

主梁的鋼板采用A709-50-2材料，按照FEM[3]標(biāo)準(zhǔn)，吊裝屬于第三類工況，其最大許用應(yīng)力為345 MPa。從圖4的應(yīng)力云圖來看，吊耳對(duì)筋的主梁不貫通，在吊裝時(shí)由于重心偏斜，從而導(dǎo)致受力不均勻，主梁上的最大應(yīng)力為1 100 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了許用應(yīng)力，吊裝存在失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，故需要改變現(xiàn)有機(jī)房底盤主梁的設(shè)計(jì)形式。

圖4 主梁不貫通的整體應(yīng)力計(jì)算云圖

2.3.2 吊耳對(duì)筋主梁貫通

岸橋的機(jī)型越來越大，導(dǎo)致機(jī)房?jī)?nèi)的電氣房懸臂越來越大，且懸出的長(zhǎng)度不一。在機(jī)房吊裝過程中，需要考慮不同的電氣房懸出長(zhǎng)度，根據(jù)以往項(xiàng)目的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，懸出長(zhǎng)度L主要有2 m、4.5 m和7 m(見圖5)。在電氣房吊耳附近4 m處的主梁上下翼板厚度t也需要做相應(yīng)的改變。

圖5 機(jī)房底盤主梁布置圖

當(dāng)電氣房懸臂為2 m時(shí)，主梁上下翼板厚度為16 mm。從應(yīng)力云圖可知，最大應(yīng)力為347 MPa，基本能夠滿足第三類工況的應(yīng)力要求(見圖6)。

圖6 電氣房懸出2 m應(yīng)力計(jì)算云圖

當(dāng)電氣房懸臂為4.5 m時(shí)，由于此時(shí)懸出的電氣房較重，在吊裝的過程中需要將主梁上下翼板厚度增加到20 mm。從應(yīng)力云圖可知，最大應(yīng)力338 MPa，小于許用應(yīng)力345 MPa，完全滿足吊裝要求(見圖7)。

圖7 氣房懸出4.5 m應(yīng)力計(jì)算云圖

當(dāng)電氣房懸臂為7.5 m時(shí)，懸出的電氣房非常重。不僅后大梁上需要增加牛腿支撐，后續(xù)船運(yùn)過程中為了防止小車方向的晃動(dòng)，還需增加抗剪塊(見圖8)。在吊裝的過程中，由于懸臂過長(zhǎng)，很容易產(chǎn)生傾覆，所以要將吊耳處主梁上下翼板增厚至30 mm。從應(yīng)力云圖可知，最大應(yīng)力為350 MPa，由于是局部應(yīng)力集中，雖許用應(yīng)力為345 MPa，考慮到吊裝是一次性作業(yè)，此結(jié)果基本可以控制(見圖9)。

1.后大梁牛腿 2.抗剪塊圖8 電氣房懸出7.5 m機(jī)房吊裝圖

圖9 氣房懸出7.5 m應(yīng)力計(jì)算云圖

3 吊梁工裝設(shè)計(jì)

機(jī)房吊耳在外側(cè)吊裝，為避免鋼絲繩與機(jī)房圍棚干涉，需要采用吊梁進(jìn)行配合。但由于機(jī)房寬度大小不一致，導(dǎo)致吊裝鋼絲繩角度不同，吊梁的匹配難度較大。

經(jīng)過對(duì)各種機(jī)房的寬度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和梳理，可分為4種常見尺寸，故在吊梁上設(shè)計(jì)4個(gè)吊耳，可以形成3擋吊裝寬度，以滿足所有的機(jī)房吊裝作業(yè)需求(見圖10)。

圖10 各種寬度機(jī)房吊裝

4 新吊裝方案實(shí)施效果

新機(jī)房吊裝方案已經(jīng)在6臺(tái)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，效果良好。

新吊裝方案的實(shí)施，可減少機(jī)房頂部開孔工作和原方案機(jī)房?jī)?nèi)吊耳的拆卸工作，避免因各機(jī)構(gòu)與鋼絲繩干涉導(dǎo)致機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)構(gòu)在地面無法直接安裝的情況。將工藝吊耳改至機(jī)房外側(cè)后，節(jié)約非關(guān)鍵周期1天，效率提升50%，全年直接經(jīng)濟(jì)效益約45萬元，具體測(cè)算見表1。

表1 節(jié)約成本計(jì)算

5 結(jié)語

新機(jī)房吊裝方案實(shí)施效果完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，將吊耳更改至機(jī)房外側(cè)，無需在機(jī)房頂部開孔，避免了高空作業(yè)，既解決了與電氣附屬件干涉問題，保證了結(jié)構(gòu)完整性，同時(shí)又滿足了漆后不動(dòng)火裝配的要求。該方案使機(jī)房吊裝過程的人工作業(yè)量和浮吊占用時(shí)間大幅降低，操作更簡(jiǎn)單快捷，安全可靠，提升了機(jī)房吊裝的效率。