大型造船龍門起重機(jī)旋轉(zhuǎn)吊梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

侯 朋 劉會(huì)議 葛雙喜

(南通中遠(yuǎn)重工有限公司，江蘇226000)

大型造船龍門起重機(jī)主要用于船舶分段的吊運(yùn)、翻身以及船臺(tái)合攏等作業(yè)，一般只能完成水平、豎直方向的移動(dòng)[1-2]。由于分段在吊裝過(guò)程中，往往需要一定的旋轉(zhuǎn)角度，目前主要通過(guò)人工完成，效率低下，且有一定的危險(xiǎn)性。針對(duì)該問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種新型吊梁結(jié)構(gòu)，該吊梁主要由上橫梁和下橫梁組成，上、下橫梁可以相對(duì)旋轉(zhuǎn)，上橫梁懸掛于造船龍門起重機(jī)上，小車兩主鉤上，下橫梁設(shè)置吊鉤，用于大型分段吊運(yùn)、旋轉(zhuǎn)安裝定位。利用有限元分析軟件ANSYS Workbench對(duì)該旋轉(zhuǎn)吊梁進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度滿足規(guī)范要求。

1 旋轉(zhuǎn)吊梁

該旋轉(zhuǎn)吊梁主要有上橫梁、下橫梁、回轉(zhuǎn)支承機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、350 t吊鉤組、懸掛裝置、支撐架及輔鋼等組成，350 t吊鉤可以前后左右偏斜20°，適合各種分段吊裝。該旋轉(zhuǎn)吊梁主要參數(shù)見表1，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

表1 旋轉(zhuǎn)吊梁主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of rotary suspending beam

2 有限元數(shù)值計(jì)算

2.1 有限元計(jì)算模型

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，使用ANSYS Workbench 17.1建立上、下橫梁實(shí)體模型，進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，梁網(wǎng)格劃分采用實(shí)體單元，其網(wǎng)格劃分模型分別如圖2、圖3所示[3]。旋轉(zhuǎn)吊梁的主要材料為高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q345，其彈性模量E=206 GPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7850 kg/m3。

1—上橫梁 2—下橫梁 3—連接機(jī)構(gòu) 4—支承機(jī)構(gòu) 5—回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 6—350 t吊鉤組 7—活動(dòng)支撐 8—平臺(tái)欄桿 9—潤(rùn)滑系統(tǒng) 10—銘牌 11—電纜卷筒 12—水平儀 13—電氣及控制系統(tǒng)圖1 700 t旋轉(zhuǎn)吊梁結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Structure schematic diagram of 700 t rotary suspending beam

圖2 上橫梁網(wǎng)格模型Figure 2 Grid model of top beam

圖3 下橫梁網(wǎng)格模型Figure 3 Grid model of bottom beam

2.2 模型約束

上、下橫梁約束施加情況如表2所示。

2.3 載荷與工況

根據(jù)GB/T 3811—2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]，本文僅取規(guī)范中3種典型工況進(jìn)行計(jì)算。

(1)工況1：在正常工作狀態(tài)下，只考慮旋轉(zhuǎn)吊梁質(zhì)量引起的載荷。

(2)工況2：在正常工作狀態(tài)下，考慮旋轉(zhuǎn)吊梁質(zhì)量引起的載荷，總起升質(zhì)量引起的載荷，考慮風(fēng)載荷。

表2 施加約束參數(shù)Table 2 Imposed constraint parameters

表3 有限元計(jì)算結(jié)果Table 3 Finite element calculation results

表4 結(jié)構(gòu)件材料的許用應(yīng)力Table 4 Allowable stress of structural materials

(3)工況3：在正常工作狀態(tài)下，考慮旋轉(zhuǎn)吊梁質(zhì)量引起的載荷，總起升質(zhì)量引起的載荷，不考慮風(fēng)載荷。

3 有限元計(jì)算結(jié)果

上、下橫梁有限元計(jì)算結(jié)果見表3，結(jié)構(gòu)件材料的許用應(yīng)力見表4，梁的靜態(tài)剛度見表5。

依據(jù)最大應(yīng)力處的板厚及基本許用應(yīng)力判定是否符合規(guī)范要求。

依據(jù)鉸孔實(shí)際最大位移及剛度要求判定是否符合規(guī)范要求。圖4和圖5分別為上橫梁和下橫梁的應(yīng)力云圖和位移云圖。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)以上論述，該旋轉(zhuǎn)吊梁可以很好地解決造船龍門吊吊裝分段過(guò)程中無(wú)法旋轉(zhuǎn)定位問(wèn)題，極大地提高了船廠大型分段的安裝效率。

表5 梁的靜態(tài)剛度Table 5 Static stiffness of beam

(a)應(yīng)力云圖(b)位移云圖

圖4 上橫梁工況1Figure 4 Working situation 1 of top beam

圖5 下橫梁工況1
Figure 5 Working situation 1 of bottom beam

(2)經(jīng)過(guò)計(jì)算分析可知，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，目前已進(jìn)入生產(chǎn)階段。

[1] 全國(guó)起重機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). 造船門式起重機(jī):GB/T 27997—2011[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[2] 張質(zhì)文，王金諾，程文明，等. 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M],北京: 中國(guó)鐵道出版社，2013.

[3] 黃志新，劉成柱. ANSYS Workbench14.0 超級(jí)學(xué)習(xí)手冊(cè)[M].北京:人民郵電出版社，2013.

[4] 全國(guó)起重機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB/T 3811—2008[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.