3E—PLUS岸橋輔助工裝整機運輸技術(shù)研究

李剛+劉峻

摘 要：根據(jù)3E-PLUS岸橋運輸及安裝特點，對岸橋整體運輸輔助工裝件強度校核，證明超大軌距岸橋應用輔助工裝件整機運輸在技術(shù)上是可行的，并且經(jīng)過了實際工程項目的驗證，為今后類似項目的實施提供了參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：3E-PLUS岸橋；輔助工裝；整機運輸；海運工況；有限元；強度

中圖分類號：U693 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）08-0048-03

1 概述

隨著世界貿(mào)易的日趨繁榮，航運業(yè)也蓬勃發(fā)展起來。作為航運業(yè)中的重要組成部分——集裝箱航運的發(fā)展尤為迅速。上世紀90年代，出現(xiàn)的超巴拿馬級集裝箱船，極大地提高了集裝箱航運的運載量和效率，并引發(fā)了一系列相關(guān)配套碼頭、港口機械的改革和創(chuàng)新的熱潮。

隨著制造技術(shù)的不斷進步，進入21世紀以來，集裝箱運輸船只的建造規(guī)格變得越來越大，使得碼頭岸橋也需要不斷提高性能，以滿足此類運輸船的裝卸需要。由于常規(guī)的岸橋軌距小、前升距短，已經(jīng)無法勝任此類超大型集裝箱運輸船的裝卸工作，岸橋的大型化發(fā)展已是大勢所趨。

此次公司為阿聯(lián)酋迪拜DPW用戶建造的3E-PLUS超大型岸橋是迄今為止世界上軌距最寬、大梁最長、高度最高、吊重量最大的岸橋設(shè)備，該機型起升高度可達54米，前伸距為80米，后伸距為29米，軌距50米，雙吊具下最大起重量為120噸。該岸橋整機重量2600多噸，重心高度為47.3米。 從各項性能參數(shù)上來看，3E-PLUS超大型岸橋無疑是當今世界上岸橋中的巨無霸。

公司特種運輸船隊中型寬最大的運輸船的型寬僅為44米，無法滿足50米軌距岸橋直接裝載的條件，為此我們研究了岸橋輔助工裝整機運輸技術(shù)。

2 岸橋輔助工裝設(shè)計

2.1 設(shè)計難點和要點

3E-PLUS超大型岸橋作為近年來罕見的超長軌距岸橋，50米軌距的長度較公司型寬最大的運輸船的44米型寬還長6米。為了能使海陸側(cè)均能購落在運輸船甲板上，需要將岸橋的軌距縮短至少10米以上。

3E-PLUS超大型岸橋的另一個特點就是重，整機重量達到2600多噸，使輔助支腿要需要堅固以滿足巨大的腿壓載荷下的滾裝要求，并能夠承受海運工況下的加速度作用力的影響，同時輔助支腿的布局還要兼顧滾裝滾卸時的便利性。

經(jīng)計算，當岸橋軌距縮小為36米后，輔助支腿側(cè)受力達1600多噸，如用公司自有的400噸臺車承載，常規(guī)的4部臺車布局顯然無法滿足發(fā)運要求。為了在滿足發(fā)運要求的前提下，同時盡可能減少工裝的用量，經(jīng)過反復研究計算，設(shè)計出了“海四陸六”的臺車布置方式，即海側(cè)仍舊沿用4部400噸臺車的常規(guī)布局，而輔助支腿側(cè)調(diào)整為6部400噸液壓臺車，并且有針對性地設(shè)計輔助平衡梁的臺車安裝位置，使輔助支腿側(cè)的4部臺車的卸船軌道與海側(cè)臺車共軌。這不僅大大降低了每部臺車的承載輪壓，而且還大幅度減少了卸船工裝用量和裝卸船期間鋪排軌道的工作量，如圖1。

綜上，根據(jù)該類岸橋的上述特點，結(jié)合公司現(xiàn)有運輸船舶參數(shù)，以及岸橋自身重心位置等數(shù)據(jù)。首先，在岸橋聯(lián)系橫梁下設(shè)計輔助支腿及其附屬支撐結(jié)構(gòu)；其次，拆除岸橋陸側(cè)大車行走，使岸橋軌距“縮減”為36米（參考運輸船型寬44m，預留海綁空間），從而實現(xiàn)整機運輸?shù)哪康?。輔助工裝主要包括輔助支腿、輔助平衡梁、水平支撐、輔助支腿與立柱連接斜撐等。

3 海況分析

3.1 海運加速度計算（波浪作用）

從波浪數(shù)據(jù)庫中取出運輸航線在實際運輸時間段的最大浪高值，然后，結(jié)合岸橋整機運輸裝載情況，利用裝載儀、海運工況計算等相關(guān)軟件，得出運輸船航行過程中岸橋的海運加速度方程。

取值條件：1/1000加速度最大平均值，6米有義波高；風速26m/S，波浪譜峰周期8.8～13.4秒；H：軌道踏面以上距離，單位：米。

3.2 風力作用計算

采用估算方法計算風力荷載，并轉(zhuǎn)化為加速度值。參數(shù)：設(shè)計風速26m/s，風壓計算經(jīng)驗公式V2/1600，迎風系數(shù)取1.1，根據(jù)設(shè)計資料得到迎風面積：平行大車方向-1707m2、垂直大車方向-2364m2，風力作用高度52m。

根據(jù)計算平行大車方向風力79.4t，垂直大車方向109.9t，加載時，風力方向與波浪同向。

4 有限元校核分析

4.1 坐標系

X-船舶縱向；Y-船舶橫向；Z-垂向。

4.2 海運工況設(shè)計

將風力轉(zhuǎn)化為加速度形式。同時對波浪加速度計算結(jié)果進行轉(zhuǎn)化，由線性方程形式轉(zhuǎn)化為線加速度+角加速度形式。然后，根據(jù)載荷作用方向?qū)φ麢C運輸海況進行工況設(shè)計，如表2：4.3 有限元模型

本文采用ANSYS軟件對海運岸橋進行結(jié)構(gòu)計算。其中，建模中用到了BEAM188，MPC184，LINK180，MASS21等單元，模型中進行了必要的簡化等效。對于岸橋上部結(jié)構(gòu)，采用了質(zhì)量點等效方式，結(jié)構(gòu)模型如下：

4.4 校核標準

材質(zhì)：Q345b，許用應力如表3。

4.5 整體應力計算結(jié)果

對六種工況分別進行了有限元分析，計算結(jié)果匯總?cè)缦拢?/p>

由表4可知：最大應力出現(xiàn)在橫浪狀態(tài)，最大應力127.7Mpa小于許用應力295.5Mpa，滿足要求。

4.6 局部構(gòu)件分析

4.6.1 輔助工裝

輔助工裝最大應力出現(xiàn)在橫浪狀態(tài)，如圖6。整體應力在許用應力范圍內(nèi)，且有一定的安全系數(shù)，符合運輸海況要求。

4.6.2 海運綁扎撐桿

海綁撐桿最大應力出現(xiàn)在橫浪狀態(tài)，如圖7。整體應力在許用應力范圍內(nèi)，符合運輸海況要求，且有進一步優(yōu)化的空間。

4.6.3 輔助工裝與聯(lián)系橫梁連接處

基于以往安裝輔助支腿的現(xiàn)場經(jīng)驗，此次方案設(shè)計時著重將連接處均為法蘭面連接，在卸船卸船將輔助支腿拆除后，可運回基地安裝在后續(xù)航次的同類岸橋上，如此重復循環(huán)使用，在最大程度上節(jié)約了項目的工裝成本。

如圖8所示，輔助工裝與聯(lián)系橫梁采用法蘭和抗剪塊結(jié)合的連接方式，從計算數(shù)據(jù)中取出該處節(jié)點最大橫梁力（抗剪塊方向）為95.04t，由同方向兩塊抗剪塊分擔，每塊抗剪塊抵抗約47.52噸的力，經(jīng)校核，抗剪塊、焊縫均滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)論

根據(jù)各類輔助工裝設(shè)計方案的比較、工裝件結(jié)構(gòu)強度分析，該套輔助工裝滿足岸橋整機運輸要求。利用有限元方法對岸橋整體海運工況進行分析，給出設(shè)計參數(shù)，并對結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化，能起到降本增效的作用。該項目已經(jīng)實施，從此驗證了該技術(shù)的可行性，也為類似項目提供了很好的參考。