門座機(jī)海綁優(yōu)化設(shè)計(jì)與有限元分析

門座機(jī)海綁優(yōu)化設(shè)計(jì)與有限元分析黃府【摘要】結(jié)合MQ1630門座式起重機(jī)參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)輸與交付成本的分析，將門座式起重機(jī)分成上下兩個(gè)部分通過海路運(yùn)輸交付.選取了合理的運(yùn)輸船，設(shè)計(jì)了海運(yùn)綁扎方案，并進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，最后采用有限元軟件對(duì)海運(yùn)綁扎方案進(jìn)行強(qiáng)度校核.節(jié)省了運(yùn)輸?shù)某杀?、提高了效率與安全性，為同類產(chǎn)品運(yùn)輸提供了參考.【期刊名稱】《裝備制造技術(shù)》【年(卷)，期】2019(000)007【總頁數(shù)】4頁(P169-171,190)【關(guān)鍵詞】門座機(jī);海綁;優(yōu)化設(shè)計(jì);有限元分析【作者】黃府【作者單位】南通中遠(yuǎn)重工有限公司，江蘇南通226000【正文語種】中文【中圖分類】U693.30引言隨著中國船舶建造技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，重大設(shè)備的海上運(yùn)輸?shù)玫搅税l(fā)展。重大設(shè)備的海上運(yùn)輸與綁扎安全，成為研究的重點(diǎn)，有學(xué)者對(duì)重大貨物的運(yùn)輸進(jìn)行了深入的理論研究［1］。門座式起重機(jī)的作為重大貨物，具有外形尺寸不規(guī)整，大高寬比，重量大的特點(diǎn)，沿海運(yùn)輸工具一般選用平板駁船［2］。平板駁船運(yùn)輸貨物的綁扎方案一般憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算比較困難。本文分析了門座式起重機(jī)的基本參數(shù)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選取合適的運(yùn)輸工具。對(duì)門座機(jī)運(yùn)輸過程中附加的加速度進(jìn)行計(jì)算與分析。把門座機(jī)整機(jī)分成上、下兩個(gè)部分，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了門座機(jī)海綁方案，建立海綁方案的有限元模型，并進(jìn)行有限元分析。文章的研究為類似門座機(jī)的海綁設(shè)計(jì)提供了參考。目前該吊機(jī)已經(jīng)交付，并投入使用。1門座機(jī)發(fā)運(yùn)方案1.1門座機(jī)的基本參數(shù)MQ1630門座式起重機(jī)機(jī)基本組成是：行走機(jī)構(gòu)、門架、轉(zhuǎn)盤、人字架、臂架、鋼絲繩與吊鉤組系統(tǒng)、電控系統(tǒng)，如圖1所示。軌距4.75m，基距為9.4m，整機(jī)最小高度27.5m，起重能力16t，最大回轉(zhuǎn)半徑30m，整機(jī)重量約320t。產(chǎn)品需要從長三角地區(qū)運(yùn)輸至大連某船廠。圖1門座機(jī)布置圖1.2門座機(jī)的發(fā)運(yùn)方案確定目前門座式起重機(jī)產(chǎn)品的交付方式主要有三種：1）整機(jī)調(diào)試完成后滾裝或吊裝運(yùn)輸交付。此種交付方式具有現(xiàn)場安裝周期短的優(yōu)點(diǎn)，可以節(jié)省現(xiàn)場成本，但是本項(xiàng)目的整機(jī)高寬比值達(dá)到了5.5，屬于大高寬比貨物且重心高度比較高，整機(jī)運(yùn)輸對(duì)船舶的穩(wěn)性要求較高，運(yùn)輸成本會(huì)增加，加大了運(yùn)輸?shù)陌踩L(fēng)險(xiǎn)；2）分上下兩部分單獨(dú)調(diào)試后吊裝運(yùn)輸。將運(yùn)行機(jī)構(gòu)與門架安裝一個(gè)整體，稱為下部；將轉(zhuǎn)盤（含回轉(zhuǎn)支承）、人字架、電控系統(tǒng)、臂架、吊鉤與鋼絲繩組價(jià)安裝成一個(gè)整體，稱為上部。分上下兩部分運(yùn)輸，可以有效降低發(fā)運(yùn)部件的重心高度，對(duì)運(yùn)輸船舶穩(wěn)性要求也較整機(jī)發(fā)運(yùn)低，提高了運(yùn)輸?shù)陌踩裕?）小部件運(yùn)輸，在現(xiàn)場安裝與調(diào)試后交付：現(xiàn)場安裝與設(shè)備調(diào)試周期比較長，成本消耗比較大，一般不采用次重方式。綜合考慮MQ1630門座式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)輸費(fèi)用、產(chǎn)品交付周期等因素，最終選用了分上下兩部分單獨(dú)調(diào)試后吊裝運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)行海路運(yùn)輸。2門座機(jī)海綁設(shè)計(jì)與優(yōu)化2.1配載方案設(shè)計(jì)根據(jù)門座機(jī)上下部分的重量與尺寸，選擇了載重量700T的平板駁船作為運(yùn)輸工具。門座機(jī)上部重量約140t（含配重），門座機(jī)下部重量約180t（含配重）；運(yùn)輸船的基本參數(shù)為：總長66.8m，總寬15.6m，型深2.85m。運(yùn)輸時(shí)將上部的臂架的變幅鋼絲繩松開，使臂架頭部放置在甲板上，配載方案如圖2所示。圖2配載方案2.2門座機(jī)海綁方案設(shè)計(jì)重大型結(jié)構(gòu)件海運(yùn)綁扎方式分為三種[3-4]:1）剛性支撐綁扎；2）柔性鋼索綁扎;3）剛?cè)岵⒂玫幕旌辖壴１疚男枰l(fā)運(yùn)的結(jié)構(gòu)件主體結(jié)構(gòu)采用剛性支撐綁扎，吊鉤、鋼絲繩等活動(dòng)件采用柔性鋼絲繩輔助綁扎如圖3。門座機(jī)上部總高17.1m，重心高度5.9m。在左右舷，船艏、船尾四個(gè)方向，分別使用兩個(gè)支撐桿，合計(jì)8個(gè)支撐桿，進(jìn)行剛性綁扎固定。轉(zhuǎn)盤配重塊下位置采用兩個(gè)承載25t的立柱支撐?；剞D(zhuǎn)支承內(nèi)側(cè)位置使用4塊剛性卡板鎖緊（如圖4），防止結(jié)構(gòu)整體滑移。圖3上部綁扎方案圖4回轉(zhuǎn)支承卡板設(shè)計(jì)門座機(jī)下部總高10.3m，重心高度4m。行走車輪放置在預(yù)先鋪設(shè)在船甲板面的軌道上，同樣使用8根支撐桿固定，支撐桿布置方向與上部相同（如圖5）。由于本吊機(jī)的軌距很小，抗側(cè)翻能力較弱，所以使用8組剛性卡板將車輪固定鎖緊在軌道上（如圖6）。圖5下部綁扎方案圖6車輪卡板設(shè)計(jì)海運(yùn)綁扎的支撐選用的材料是無縫鋼管，材料等級(jí)是Q345B，卡板材料為Q345B等級(jí)的鋼板。2.3門座機(jī)海綁設(shè)計(jì)方案優(yōu)化一般海運(yùn)綁扎的支撐桿是直接連接產(chǎn)品與船甲板，通過焊接進(jìn)行固定。直接焊接固定的缺點(diǎn)是：1）焊接與氣割拆除會(huì)造成產(chǎn)品表面防腐層的破壞，拆除后需要對(duì)防腐層進(jìn)行修復(fù)，造成成本增加；2）裝船時(shí)的焊接與卸船時(shí)的氣割拆除工作量比較大，效率低，增加運(yùn)輸船的靠泊時(shí)間。為了節(jié)省成本，縮短靠泊時(shí)間，在產(chǎn)品制作過程中已經(jīng)增加了永久性的連接吊耳，支撐桿與吊耳之間通過快拆軸連接（如圖7），既保護(hù)了產(chǎn)品的防腐層，也提高了綁扎與拆除的效率，節(jié)省了成本。圖7快拆軸連接3門座機(jī)基本受力分析根據(jù)中國船級(jí)社《貨運(yùn)系固手冊(cè)編制指南》中改進(jìn)的計(jì)算方法得出運(yùn)輸船舶的基本加速度［5］，橫向加速度：ay=6.5m/s2縱向加速度：ax=2.9m/s2垂直加速度：az=7.6m/s2根據(jù)修正系數(shù)公式：計(jì)算得出修正系數(shù)為1.2224。經(jīng)過修正后：橫向加速度為7.946m/s2，縱向加速度為3.545m/s2，垂直加速度為9.290m/s2。風(fēng)力為：1kN/m2。4門座機(jī)海綁有限元建模與分析采用ANSYSWORKBENCH17.1軟件分別對(duì)上部和下部建立有限元模型［6］，施加約束與載荷，并進(jìn)行年計(jì)算分析。經(jīng)過計(jì)算并剔除有限元的網(wǎng)格的奇異點(diǎn)數(shù)據(jù)，得出門座機(jī)下部海綁最大應(yīng)力為85MPa（見圖8），門座機(jī)上部海綁的最大應(yīng)力為24MPa（見圖9），均小于材料的需用應(yīng)力，并保留了足夠的安全系數(shù)。表明海綁設(shè)計(jì)安全。圖8上部計(jì)算結(jié)果圖9下部計(jì)算結(jié)果5結(jié)束語本文分析了MQ1630門座式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)；將門座機(jī)分成上下兩個(gè)部分進(jìn)行運(yùn)輸，設(shè)計(jì)了海運(yùn)綁扎方案并進(jìn)行優(yōu)化，并使用有限元軟件對(duì)綁扎方案進(jìn)行強(qiáng)度校核，使產(chǎn)品安全高效的運(yùn)輸與交付，可為類似門座機(jī)的海綁設(shè)計(jì)提供了參考。參考文獻(xiàn)：【相關(guān)文獻(xiàn)】［1］汪驥，王兆麒，李瑞，等.重大件貨物系固綁扎方案中傾覆力計(jì)算方法［幾造船技術(shù)，2016，47（6）：45-49.［2］劉燕星，陳曉明，江峰.重大件貨物駁運(yùn)波浪運(yùn)動(dòng)響應(yīng)預(yù)報(bào)分析［J］廣東造船，2017，38（5）：30-33.［3］羅蘋導(dǎo)，邵奮.駁船運(yùn)輸連續(xù)卸船機(jī)整機(jī)海運(yùn)技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2016，59（6）：106-110.［4］蘇力，何山，趙章焰，等.岸橋海運(yùn)綁扎結(jié)構(gòu)進(jìn)化設(shè)計(jì)的研究［J］.