造船門式起重機(jī)上小車軌道兩側(cè)輪壓差對整機(jī)的影響

李　敢

(中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海200063)

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造船門式起重機(jī)上小車軌道兩側(cè)輪壓差對整機(jī)的影響

李敢

(中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海200063)

由于風(fēng)載荷、慣性力及上小車兩吊鉤之間允許吊重差的存在，必然會引起上小車軌道兩側(cè)輪壓的差異。如果起重機(jī)主梁采用單梁結(jié)構(gòu)型式，兩側(cè)輪壓的差異只會對主梁產(chǎn)生附加扭矩，對強(qiáng)度影響較小；如果結(jié)構(gòu)采用雙梁型式，受力情況就較嚴(yán)重。主梁除了會產(chǎn)生附加扭矩外，還會因小車兩側(cè)輪壓的差異產(chǎn)生較大的撓度差。

近年來，隨著造船工業(yè)的發(fā)展，船廠大型門式起重機(jī)的起重能力和跨度越來越大，尤其是跨度，早已經(jīng)超過了200 m。上小車輪壓差對整機(jī)的影響應(yīng)引起足夠的重視。

本文主要以某船廠900 t×176 m雙梁造船門式起重機(jī)為例，對上小車軌道兩側(cè)輪壓差的產(chǎn)生及對整機(jī)的影響進(jìn)行分析。雙梁門式起重機(jī)上、下小車布置圖見圖1。

1上小車軌道兩側(cè)輪壓差的產(chǎn)生原因及計(jì)算

1.1　風(fēng)載荷引起的小車輪壓差

圖1　上、下小車布置圖

當(dāng)風(fēng)載荷沿大車軌道方向作用于小車和物品上時(shí)，小車的風(fēng)載荷：

PxcWⅡ=CpⅡA=19kN

式中，C是小車或物品的風(fēng)力系數(shù)；pⅡ是工作狀態(tài)最大風(fēng)壓，單位為kN/m2；A是小車或物品的迎風(fēng)面積，單位為m2。

物品的風(fēng)載荷為：

PwpWⅡ=CpⅡA=81 kN

風(fēng)載荷引起的上小車輪壓為：

式中，Hxc是小車風(fēng)載荷作用點(diǎn)至小車軌頂高，單位為m；Hdhl是小車定滑輪組至小車軌頂高，單位為m；Bsxc是上小車的軌距，單位為m。

1.2　慣性力引起的小車輪壓差

當(dāng)起重機(jī)沿大車軌道方向起制動(dòng)時(shí)，小車的慣性力：

PxcG=mxca=21kN

式中，mxc是小車的質(zhì)量，單位為t；a是起重機(jī)起制動(dòng)的加速度，單位為m/s2。

物品的慣性力：

PwpG=mwpa=38 kN

式中，mwp是物品的質(zhì)量，單位為t。

慣性力引起的上小車輪壓為：

式中，Hm是小車重心至小車軌頂高，單位為m。

1.3　上小車兩鉤吊重差引起的小車輪壓差

當(dāng)上小車兩鉤存在吊重差ΔQ時(shí)，上小車由吊重差引起的輪壓分別為：

R2=ΔQ-R1=1 230 kN

式中，A是上小車的鉤距，單位為m。

1.4　作用在上小車一側(cè)軌道梁上總輪壓的計(jì)算

當(dāng)上小車兩鉤分別吊重Q+ΔQ和Q時(shí)，考慮風(fēng)載荷、慣性力和上小車兩鉤吊重差引起的輪壓差，作用在上小車兩側(cè)軌道梁上的總輪壓分別為：

式中，G是小車的重量，單位為kN。

由上述結(jié)果可以看出，由于風(fēng)載荷、慣性力及上小車兩鉤吊重差的存在，使起重機(jī)兩根主梁上承受的上小車輪壓差異很大。承受較大輪壓的一側(cè)要比另一側(cè)多1 644 kN(約42%)。

2上小車軌道兩側(cè)輪壓差對整機(jī)的影響分析

在分別得到上小車軌道兩側(cè)的總輪壓后，就可以使用AYSYS有限元分析軟件對900 t×176 m造船門式起重機(jī)建模計(jì)算，以分析上小車軌道兩側(cè)輪壓差對整機(jī)的影響。

2.1　模型的建立、約束及加載

主梁、剛性腿、柔性腿和行走機(jī)構(gòu)簡化梁采用BEAM188單元；維修吊等固定載荷簡化為MASS21質(zhì)量單元。900 t×176 m門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)有限元模型圖見圖2。

圖2　起重機(jī)結(jié)構(gòu)有限元模型圖Figure 2　Finite element model of crane structure

約束行走簡化梁的底部共8個(gè)節(jié)點(diǎn)。約束8個(gè)節(jié)點(diǎn)豎直方向和沿著小車軌道方向的平動(dòng)自由度。約束其中4個(gè)節(jié)點(diǎn)沿大車軌道方向的平動(dòng)自由度。

上小車作用在前側(cè)主梁上的總輪壓為5 522 kN，后側(cè)主梁上的總輪壓為3 878 kN，上小車位于主梁中部。下小車作用在前側(cè)主梁上的總輪壓為700 kN，后側(cè)主梁上的總輪壓為700 kN，下小車位于主梁中部。

2.2　對主梁結(jié)構(gòu)承載能力的影響

兩根主梁的應(yīng)力云圖見圖3。前側(cè)主梁最大應(yīng)力83.2 MPa，后側(cè)主梁最大應(yīng)力66.8 MPa。承受較大輪壓的一側(cè)主梁要比另一側(cè)主梁應(yīng)力大16.4 MPa，約25%左右。

2.3　對小車軌道相對位置的影響

兩根主梁的下?lián)隙纫妶D4。上小車兩側(cè)軌道的下?lián)隙确謩e為218 mm和168 mm，撓度差為50 mm。下小車兩側(cè)軌道的下?lián)隙确謩e為204 mm和169 mm，撓度差為35 mm。

上、下小車的撓度差會引起小車的橫向傾斜，上、下小車的傾斜度分別為50/11600=4.3‰和35/3000=11.7‰?？梢钥闯鰮隙炔钜鹦≤嚨膬A斜程度非常嚴(yán)重，必須予以重視。

圖3　兩根主梁的應(yīng)力云圖Figure 3　Stress cloud charts of two girders

圖4　兩根主梁的下?lián)隙菷igure 4　Below bending of two girders

3結(jié)語

(1)風(fēng)載荷、慣性力及上小車兩鉤吊重差使起重機(jī)兩根主梁上承受的上小車輪壓差異很大。承受較大輪壓的一根主梁要比另一側(cè)主梁大40%左右。上小車兩鉤吊重差是產(chǎn)生輪壓差的主要因素。

(2)上小車軌道兩側(cè)輪壓差引起兩個(gè)主梁受力不均，承受較大輪壓的一根主梁要比另一側(cè)主梁應(yīng)力大16.4 MPa，約25%。

(3)由于上小車軌道兩側(cè)輪壓差的存在，兩側(cè)的軌道梁將產(chǎn)生較大的撓度差。上小車兩根軌道的撓度差為50 mm，下小車兩根軌道的撓度差為35 mm。

(4)上、下小車的下?lián)隙炔顚⒁鹦≤嚨臋M向傾斜，上下小車的傾斜度分別為4.3‰和11.7‰。可以看出撓度差引起小車的傾斜程度非常嚴(yán)重。

(5)小車的橫向傾斜必然對主梁的受力、小車行走、起升卷筒和定滑輪組鋼絲繩的出繩角等產(chǎn)生很大的影響，必須予以重視。

參考文獻(xiàn)

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編輯杜敏

《第十九屆國際鍛造師會議論文集》征訂啟示

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摘要：由于風(fēng)載荷、慣性力及上小車兩吊鉤之間允許吊重差的存在，必然會引起上小車軌道兩側(cè)輪壓的差異。如果起重機(jī)主梁采用雙梁型式，受力情況就較嚴(yán)重。主梁除了會產(chǎn)生附加扭矩外，還會因小車兩側(cè)輪壓的差異產(chǎn)生較大的撓度差，進(jìn)而引起小車橫向傾斜等問題。因此，上小車輪壓差對整機(jī)的影響應(yīng)引起足夠的重視。

關(guān)鍵詞：造船門式起重機(jī)；ANSYS；輪壓差

Effect of Wheel Load Difference at Opposite Sides of Upper Trolley Track for Ship-building Gantry Crane on Complete Set

Li Gan

Abstract：Because of factors of wind load, inertia force and permissible hoist load difference between the hooks of upper trolley existing in ship-building gantry crane, wheel load difference at opposite sides of upper trolley has been taken place. The situation could become worse if twin-girder configuration of the crane has been applied for that the girder would raise additional torsion as well as more bending difference resulted from wheel load difference further lateral tilt and other issues have been caused. Therefore effect of upper trolley wheel load difference on complete set should be supposed to emphasize enough.

Key words：ship-building gantry crane; ANSYS; wheel load difference

作者簡介：李敢(1981—)，男，碩士，工程師，起重機(jī)設(shè)計(jì)。

收稿日期：2014—08—11

中圖分類號：TH213.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A