门座机海绑优化设计与有限元分析

门座机海绑优化设计与有限元分析黄府【摘要】结合MQ1630门座式起重机参数及结构特点，运输与交付成本的分析，将门座式起重机分成上下两个部分通过海路运输交付.选取了合理的运输船，设计了海运绑扎方案，并进行设计优化，最后采用有限元软件对海运绑扎方案进行强度校核.节省了运输的成本、提高了效率与安全性，为同类产品运输提供了参考.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷)，期】2019(000)007【总页数】4页(P169-171,190)【关键词】门座机;海绑;优化设计;有限元分析【作者】黄府【作者单位】南通中远重工有限公司，江苏南通226000【正文语种】中文【中图分类】U693.30引言随着中国船舶建造技术的不断发展与成熟，重大设备的海上运输得到了发展。重大设备的海上运输与绑扎安全，成为研究的重点，有学者对重大货物的运输进行了深入的理论研究［1］。门座式起重机的作为重大货物，具有外形尺寸不规整，大高宽比，重量大的特点，沿海运输工具一般选用平板驳船［2］。平板驳船运输货物的绑扎方案一般凭经验设计，进行详细计算比较困难。本文分析了门座式起重机的基本参数与结构特点，选取合适的运输工具。对门座机运输过程中附加的加速度进行计算与分析。把门座机整机分成上、下两个部分，设计并优化了门座机海绑方案，建立海绑方案的有限元模型，并进行有限元分析。文章的研究为类似门座机的海绑设计提供了参考。目前该吊机已经交付，并投入使用。1门座机发运方案1.1门座机的基本参数MQ1630门座式起重机机基本组成是：行走机构、门架、转盘、人字架、臂架、钢丝绳与吊钩组系统、电控系统，如图1所示。轨距4.75m，基距为9.4m，整机最小高度27.5m，起重能力16t，最大回转半径30m，整机重量约320t。产品需要从长三角地区运输至大连某船厂。图1门座机布置图1.2门座机的发运方案确定目前门座式起重机产品的交付方式主要有三种：1）整机调试完成后滚装或吊装运输交付。此种交付方式具有现场安装周期短的优点，可以节省现场成本，但是本项目的整机高宽比值达到了5.5，属于大高宽比货物且重心高度比较高，整机运输对船舶的稳性要求较高，运输成本会增加，加大了运输的安全风险；2）分上下两部分单独调试后吊装运输。将运行机构与门架安装一个整体，称为下部；将转盘（含回转支承）、人字架、电控系统、臂架、吊钩与钢丝绳组价安装成一个整体，称为上部。分上下两部分运输，可以有效降低发运部件的重心高度，对运输船舶稳性要求也较整机发运低，提高了运输的安全性；3）小部件运输，在现场安装与调试后交付：现场安装与设备调试周期比较长，成本消耗比较大，一般不采用次重方式。综合考虑MQ1630门座式起重机的结构特点、运输费用、产品交付周期等因素，最终选用了分上下两部分单独调试后吊装运输的方式进行海路运输。2门座机海绑设计与优化2.1配载方案设计根据门座机上下部分的重量与尺寸，选择了载重量700T的平板驳船作为运输工具。门座机上部重量约140t（含配重），门座机下部重量约180t（含配重）；运输船的基本参数为：总长66.8m，总宽15.6m，型深2.85m。运输时将上部的臂架的变幅钢丝绳松开，使臂架头部放置在甲板上，配载方案如图2所示。图2配载方案2.2门座机海绑方案设计重大型结构件海运绑扎方式分为三种[3-4]:1）刚性支撑绑扎；2）柔性钢索绑扎;3）刚柔并用的混合绑扎。本文需要发运的结构件主体结构采用刚性支撑绑扎，吊钩、钢丝绳等活动件采用柔性钢丝绳辅助绑扎如图3。门座机上部总高17.1m，重心高度5.9m。在左右舷，船艏、船尾四个方向，分别使用两个支撑杆，合计8个支撑杆，进行刚性绑扎固定。转盘配重块下位置采用两个承载25t的立柱支撑。回转支承内侧位置使用4块刚性卡板锁紧（如图4），防止结构整体滑移。图3上部绑扎方案图4回转支承卡板设计门座机下部总高10.3m，重心高度4m。行走车轮放置在预先铺设在船甲板面的轨道上，同样使用8根支撑杆固定，支撑杆布置方向与上部相同（如图5）。由于本吊机的轨距很小，抗侧翻能力较弱，所以使用8组刚性卡板将车轮固定锁紧在轨道上（如图6）。图5下部绑扎方案图6车轮卡板设计海运绑扎的支撑选用的材料是无缝钢管，材料等级是Q345B，卡板材料为Q345B等级的钢板。2.3门座机海绑设计方案优化一般海运绑扎的支撑杆是直接连接产品与船甲板，通过焊接进行固定。直接焊接固定的缺点是：1）焊接与气割拆除会造成产品表面防腐层的破坏，拆除后需要对防腐层进行修复，造成成本增加；2）装船时的焊接与卸船时的气割拆除工作量比较大，效率低，增加运输船的靠泊时间。为了节省成本，缩短靠泊时间，在产品制作过程中已经增加了永久性的连接吊耳，支撑杆与吊耳之间通过快拆轴连接（如图7），既保护了产品的防腐层，也提高了绑扎与拆除的效率，节省了成本。图7快拆轴连接3门座机基本受力分析根据中国船级社《货运系固手册编制指南》中改进的计算方法得出运输船舶的基本加速度［5］，横向加速度：ay=6.5m/s2纵向加速度：ax=2.9m/s2垂直加速度：az=7.6m/s2根据修正系数公式：计算得出修正系数为1.2224。经过修正后：横向加速度为7.946m/s2，纵向加速度为3.545m/s2，垂直加速度为9.290m/s2。风力为：1kN/m2。4门座机海绑有限元建模与分析采用ANSYSWORKBENCH17.1软件分别对上部和下部建立有限元模型［6］，施加约束与载荷，并进行年计算分析。经过计算并剔除有限元的网格的奇异点数据，得出门座机下部海绑最大应力为85MPa（见图8），门座机上部海绑的最大应力为24MPa（见图9），均小于材料的需用应力，并保留了足够的安全系数。表明海绑设计安全。图8上部计算结果图9下部计算结果5结束语本文分析了MQ1630门座式起重机的结构参数；将门座机分成上下两个部分进行运输，设计了海运绑扎方案并进行优化，并使用有限元软件对绑扎方案进行强度校核，使产品安全高效的运输与交付，可为类似门座机的海绑设计提供了参考。参考文献：【相关文献】［1］汪骥，王兆麒，李瑞，等.重大件货物系固绑扎方案中倾覆力计算方法［几造船技术，2016，47（6）：45-49.［2］刘燕星，陈晓明，江峰.重大件货物驳运波浪运动响应预报分析［J］广东造船，2017，38（5）：30-33.［3］罗苹导，邵奋.驳船运输连续卸船机整机海运技术研究与应用［J］.起重运输机械，2016，59（6）：106-110.［4］苏力，何山，赵章焰，等.岸桥海运绑扎结构进化设计的研究［J］.