固定式起重机（共4篇）
固定式起重机 篇1
起重机设计计算过程中, 结构强度、刚度校核方法对起重机械结构作众多简化处理缺点, 而且理论强度校核结果也往往使起重机用户无法直观、准确、全面地了解起重机受载各部件在复杂工况下的应力应变分布情况, 用户很难针对这类设备的复杂工作状况和使用状态提出有效的维护措施, 降低了固定式起重机设备的运作效率和工作寿命。有限单元法在机械强度校核中的应用日益增加, 利用有限元软件 (如ANSYS、ABAQUS、MARC) 建立大型起重机承载结构的力学计算模型, 对起重机全面强度校核计算成为了可能, 设计人员不仅能完成起重机主要承载构件的强度、刚度校核, 而且计算获得的各类应力应变云图也使得起重机主要承载构件在复杂工况下的应力应变分布变得一目了然。目前, 对于固定式起重机整体结构仿真模型的构建方法论述还较少[1]。
本文选取一台柔性拉索变幅单臂架固定式起重机作为研究对象, 使用Hypermesh10.0软件全面介绍了整体结构仿真模型的构建方法, 最终得到一个可用于多工况动态仿真计算的有限元结构模型。
1 三维装配体的建立
1.1 概况
单臂架固定式起重机是港口、码头用于装卸集装箱或散货的理想装卸设备, 通常也应用于大型船厂或船坞, 主要承担大型钢结构件施工任务和大批货物的装卸, 本文选取GQ1613为研究对象, 它是一台正处于服役期的小型固定式起重机, 变幅机构采用柔性拉索, 通过钢丝绳索补偿平衡方式实现起吊货物水平移动, 还可实现带载全幅度回转变幅作业, 起重机整机结构示意图如图1所示。
1.人字架2.臂架3.转台4.支承圆筒
整个固定式起重机在工作受载状态下的应力应变分布情况, 需要使用有限元力学仿真分析为该起重机关键结构的定期点检和日常维护提供技术支撑。
1.2 固定式起重机三维模型建立
打开Solidworks软件, 首先选择合理的基准面上进行草绘, 通过拉伸、旋转和阵列等特征命令生成基体。再在基体上运用拉伸、旋转、切剪、扫描、抽壳、阵列等特征操作, 不断对固定式起重机主要承载结构进行建模, 直至达到有限元力学分析要求。建模时可通过“编辑草绘”和“智能尺寸”对Solidworks自动赋值的尺寸进行结构修改, 实体模型也会随着尺寸的变化而实现再生。装配时, 当零件装配体的空间位置与机械零部件的空间位置不一致时, 须采用变换位置方法来调整装配体的距离和旋转角度来实现装配, 最后结合固定式起重机主体结构的受力分析要求, 建立固定式起重机三维实体模型如图2所示[2,3]。
2 有限元仿真模型建立
2.1 单元类型选择
固定式起重机受载部件主要有钢丝绳索、桁架式臂架、基座、转台、人字架、配重和支撑圆筒结构等组成[4]。其中, 臂架主体部分由四根主弦杆和大量小腹圆杆焊接而成, 主体部分以弦杆焊接在支座板, 并与臂架上的支座连接, 材料是热轧无缝钢管Q235A, 以同样的方式与臂架头部滑轮组支座板连接, 底部与转台上的基座铰链连接, 基座由钢板焊接而成, 局部加强位置焊有凸缘和筋板。根据臂架结构的受力及结构特点, 减少整体计算规模, 采用shell63单元, 模型尺寸单位均取mm, 单元边长10~20 mm之间, 总共划分为99 429个单元焊接部位均采用节点连接, 螺栓采用CP_STRUC单元 (节点耦合单元) 模拟, 若CP_STRUC单元有独立的节点, 必须施加一个Mass21单元, 否则计算就无法进行, 如图3所示[5]。
因臂架底部基座和转台固定基座由于受力较大, 为了更好模拟其受力情况, 采用Solid92二阶单元划分, 两基座的中间均在1D面板下用rig⁃id命令建立各自CP_STRUC, 然后在CP_STRUC中间Master节点上各配置一个mass21单元, 然后利用replace命令让两个Mass21的坐标一致, 切记此处不能勾选equivalence, 然后在Mass21单元上建立一个局部坐标系, 利用这两个共坐标的mass21单元建立MPC184-revolute单元来模拟两者之间铰链连接, 如此可实现基座之间相互转动, 如图4所示。
转台、人字架和支撑圆筒结构均是板状焊接结构件, 所以均采用shell63单元, 焊接部位采用点-点连接或CP_STRUC单元来实现力传递, 配重主要采用Mass21单元均匀施加于转台配重所在位置的周边壳体单元节点上, 如图5所示。
起重机的变幅钢丝绳和滑轮组在起重机工作时不断转动的, 但是对于某一实际静载工况下, 它们之间是静止不动的, 在强度校核过程中若要考虑运动过程的影响也可以通过对最大载荷乘以动载系数来仿真校核, 所以可以省略滑轮组的绘制, 钢丝绳采用Link180杆单元来模拟, 该单元具有拉压、仅拉、仅压的三种功能, 可以通过改变单元的参数属性来实现所需的功能, 特别要注意Link180单元在仅拉和仅压情况, Ansys必须打开非线性分析选项 (即SolutionLarge displacement static) 才能计算, 建议每根绳子采用一个Link180单元来模拟, 切忌采用多个Link180单元串联起来模拟一根钢丝绳, 如此整体结构变形过大导致程序终止运算, 它等价于弹簧串联导致刚度大幅下降。考虑到该固定式起重机主要是受载情况下的整体结构强度校核, 不存在钢丝绳压缩过程, 故选用拉压和仅拉功能均可以。至此, 整个固定式起重机有限元仿真模型构建如图6所示, 其中shell63单元126980个, solid92单元66599个, Mass21单元286个, Link180单元8个, CP_STRUC单元404个, MPC184_revolute单元2个[6]。
2.2 单元属性和边界条件
模型结构设计材料大部分为Q345-A, 且采用线弹性分析模型, Q235材料属性参数设定为:密度ρ=7.85E-9ton/mm。杨氏模量E=2.06e5MPa, 泊松比μ=0.30, 全局设置重力加速度9.8E+3mm/s2。在臂架上端部施加载荷力为73 500 N, 结合固定式起重机结构的正常工况可知, 整个焊接臂架可以绕臂架与转台上的铰轴处旋转, 除此之外没有其他运动, 故须在支撑圆筒底部平面的所有壳体单元节点上施加六个自由度全约束, 整个模型的边界条件设置如图6所示。
3 结论
(1) 基于Solidworks的拉伸、切除、旋转、扫描、抽壳、拔模以及特征阵列、异型孔等功能操作选择, 可以实现对整个起重机的所有零部件三维建模和装配, 完成三维数字化模型是实现整体结构仿真模型构建和力学分析的关键一步。
(2) 基于Hypermesh10.0进行大型起重机整体结构建模时, 有时会存在不同单元类型的网格划分要求, 需要运用1d、2d、3d模板下的单元新建、平移、复制、旋转、查找、更新等命令组合实现多种网格剖分, 针对不同零部件的承载状况、结构特点和运动关系选择合理的单元类型来建立整个仿真模型, 以实现真实再现工作受载过程, 这需要工程人员具有一定的CAE分析经验。
摘要：根据单臂架固定式起重机结构几何设计特征, 基于Solidworks建立三维装配体模型并导出为stp格式文件, 将其导入Hypermesh10.0后, 采用多种网格单元类型, 建立了一个可直接计算的固定式起重机整体结构FEA仿真模型, 目的是为了实现固定式起重机在多工况作业下更真实的运动仿真和关键结构强度校核。
关键词：固定式起重机,单元类型,Hypermesh,仿真模型
参考文献
[1]肖浩, 徐竹铭.基于ANSYS的固定式起重机臂架结构有限元分析[J].湖北工业大学学报, 2010, 27 (5) :29-32.
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[3]陆国贤.门座起重机设计[M].北京:人民交通出版社, 1985.
[4]GB/T 3811-2008.起重机设计规范[S].
[5]李楚琳.Hyper Works分析应用实例[M].北京:机械工业出版社, 2010.
[6]徐宝松, 顾冲时, 彭妍.基于Hyper Mesh软件的复杂结构有限元建模[J].中国科技论文在线, 2011, 01 (367) :1-5.
固定式起重机 篇2
关键词：田湾核电站,自备码头,固定式全回转起重机
田湾核电站自备码头400吨固定式全回转起重机始建于2001年4月, 至2004年6月完成田湾一期18批次的大件转运工作。其中, 起吊最重件为压力容器 (329吨) , 2007年已办理了停用手续。田湾核电站扩建工程3、4号机组的最重设备为发电机定子, 设备本体约462吨, 加上底座、吊索具、平衡梁, 起重重量达到500吨。经过对原吊机检测评估, 并从可行性、安全性、经济性三方面综合考虑, 将400吨固定式全回转起重机升级改造为530吨, 以满足3、4号机组所有大件设备吊装运输要求。
1 起重机分析
田湾核电站自备码头400吨固定式全回转起重机升级改造为530吨, 采用桁架支臂架。原400吨起重机的主机预埋圈、支撑圆筒部件可以重新利用到530吨起重机上, 在圆筒部分以上的结构件需要进行升级改造。530吨固定式全回转起重机设计了主吊钩, 同时配置了125吨的副吊钩, 整体分为四项组成机构, 分别是主起升机构、副起升机构、变幅机构和回转机构。530吨起重机改造升级的过程中, 需要遵循《起重机械安全规程》《起重机设计规范》中的相关规范, 目的是确保起重机改造及运行的安全性。为了提高起重机的控制能力, 整机均采用PLC控制系统, 配合智能界面, 有效控制起重机的各项机构, 从而促使其处于安全运行的状态, 维护起重机的安全与可靠。下面将结合400吨起重机向530吨改造升级方案, 分析起重机的工作条件及参数。
1.1 起重机的工作条件
分析530吨起重机的在自备码头的工作条件, 如: (1) 起重机在非工作时, 可承载风速为55m/s, 工作时的承载风速为20m/s; (2) 田湾核电站自备码头的相对湿度是85%; (3) 地震基本烈度:6°; (4) 使用环境温度的最高、最低极限是40℃、-15℃。
1.2 改造前后起重机的运行参数
例举起重机改造前后的运行参数, 如: (1) 400吨起重机的最大起重力矩是10200T.M、530吨是11395T.M; (2) 400吨起重机额定起重量主钩400吨 (10~25.5m) 、副钩125吨 (10~39m) , 530吨起重机主钩530吨 (10~21.5m) 、副钩125吨 (11~35m) ; (3) 400吨起重机主钩升起速度2m/min (满) 、4m/min (空) , 副钩升起速度6m/min (满) 、12m/min (空) , 530吨起重机主钩、副钩升起速度与400吨相同; (4) 400吨起重机的变幅速度是3m/min, 530吨是1.8m/min; (5) 400吨起重机回转速度是0.124r/m (360°) , 530吨起重机与之相同; (6) 400吨起重机的电机总功率是690k W, 530吨是654k W; (7) 400吨和530吨起重机的电源均为AC380V 50Hz; (8) 400吨起重机本机重量740吨, 530吨起重机本机重量914吨。
2 起重机升级改造的要点
2.1 主体机构
2.1.1 支撑圆筒
支撑圆筒是530吨起重机改造中的主要受力承载构建。在400吨起重机原有结构的基础上, 提高三角板筋处的受力, 可以加焊20mm板, 以确保其强度能够达到改造标准。筒体使用Q235-B钢板卷, 提升筒体的抗弯性能, 各个连接部分均采用焊接的方式。530吨起重机的上滚道部分, 架体、支座选择整体焊接的方式, 以保障起重机运行的稳定性。
2.1.2 回转平台
回转平台是530吨起重机的承载传力构件。转盘设计成箱型主梁, 以十字方式固定, 负责支撑回转平台。设计人员为了提高回转的灵活性, 安装并焊接饺座后, 设计镗孔, 保持平台轴线与同轴度的垂直性即可。
2.1.3 臂架
臂架采用无缝钢管设计, 钢管材质是Q390-C, 四弦杆是φ273×20规格, 腹杆是φ127×7规格, 利用法兰连接的方式, 与钢管桁架相连。臂架底部安装传感器, 方便收集受力信息。伸臂桁架改造时, 先焊接, 再加工镗孔, 维持同轴度的稳定性, 为滑轮组提供优质的工作条件。
2.1.4 人字架
人字架材料是Q345-C, 顶部安装滑轮组, 方便主钩、副钩导向;转台表面设计扶梯, 方便维修养护;人字架的前后撑杆都采用法兰螺栓的连接形式, 配合焊接工艺, 保障本机配重250吨。
2.2 辅助机构
2.2.1 扶梯平台
扶梯平台在起重机中起到运输的作用。因此, 需根据530吨起重机的改造需求, 设计扶梯平台, 提供维修、保养的支撑结构, 从而促使工作人员能够在地面顺利达到维修点。
2.2.2 司机室
司机室设计在回转平台前端的右方, 以联动台为操作的主要平台, 实现各项操作。司机室改造中, 比较典型的是工业监视系统, 必须可以监控各个运行系统, 同时将运行信息显示在司机室的显示屏上, 从而使司机可以全面掌握530吨起重机的工作状态。
2.2.3 电气房
电气房设计在主平台右方, 电气房内配置有冷暖空调, 以促使电气控制系统能够处于合适的温度中, 从而保障电气房的正常工作状态。
2.2.4 吊钩
530吨起重机的主吊钩设计了12饼滑轮, 板式拉环;以人字架为绕向点, 设计改向滑轮;主钩中需要设计压式负荷传感器, 收集主钩的运行状态;副钩为6饼滑轮, 采用山字双沟设计, 同样适用压式负荷传感器;在臂架头部, 设计滑轮的平衡点。
2.2.5 钢丝绳
钢丝绳是吊钩、滑轮结构中的主要装置, 连接着整个运动装置, 能够降低530吨起重机回转运行的受力。
2.3 工作机构
2.3.1 变幅
变幅滑轮组提供了受力平衡的条件, 臂架的受力必须要达到规定的标准, 即使一根钢丝绳断裂, 也能用另外一根拉住, 以保障变幅的准确性。变幅滑轮和530吨起重机的臂架之间, 使用固定拉索联接的方式。
2.3.2 主钩起升
主钩起升配置了2台132k W的交流电动机, 以提供充足的运行动力;还要设计2台独立的卷取装置。主钩起升的驱动过程较为明确, 由电动机提供动力, 分别经过高速制动器、低速制动器, 再经过减速器, 最终达到卷筒和钢丝绳, 驱动主钩运行。
2.3.3 副钩起升
副钩起升配置了2台90k W的交流电动机, 其在530吨起重机的运行稍微复杂, 具体组成装置为:交流变频电动机、中硬齿面减速器、高速轴制动器、联轴器、开式齿轮、卷筒、安全制动器、限位开关、底座。
2.3.4 回转
530吨起重机配备二套驱动机构, 以减轻回转机的运行压力。驱动装置是由2台15k W的电动机和1台变频器构成, 安装在主梁的内腔中。回转驱动机构中, 需要设置变频电动机、减速箱等, 提高回转的安全性, 还要确保回转操作的独立性, 以排除锚定的干扰。
3 起重机的电控方案
田湾核电站自备码头400吨固定式回转起重机到530吨升级改造的方案中, 比较重要的部分是电控方案的改造, 以致力于为530吨起重机提供充足的电控动力。改造方案中的电控系统, 采用整机变频调速的方式, 实现PLC系统控制, 同时引入Profibus-dp通讯方式。下面将详细分析530吨起重机改进后的电控方案。
3.1 电源部分
530t起重机电源可以分为三个部分: (1) 供电方式, 主电源使用三相四线, 通过滑环接入起动机的电气房, 连接总电源柜, 控制电源使用AC220V直流24V, 照明电源采用独立的变压器供电, 以免影响起重机的电源负荷; (2) 电机容量, 不同机构的电机容量不同, 具体见表1; (3) 工况, 530吨起重机可以完成360°旋转、起升、变幅等操作, 主钩、副钩单独工作, 其余均可完成联合作业。
3.2 PLC系统
PLC系统可以提高530吨起重机的操作水平, 同时提供数字化的控制方式。PLC系统连接了断路器、传感器等, 专门用于控制操作系统, 并准确输出各机构指令。PLC系统中, 设计了故障监控操作, 在电气房内安装CMS, 利用信息管理系统控制起重机的运行, 实时监控起重机的操作状态, 以免发生运行故障。
3.3 操作系统
操作系统的主体是联动台。司机通过左右主令手柄, 控制起重机内各个机构的运行。操作系统在联动台上设计了试灯按钮, 用于检查台板上指示灯的性能, 以确保其处于正常的显示状态;蜂鸣器结构监督530吨起重机的极限操作, 如果处于极限位置, 蜂蜜器会自动报警;复位按钮, 当起重机操作失误发生故障时, 按下复位按钮, 确保故障复位, 而且系统能够记录故障内容, 便于操作人员查询, 迅速检修起重机, 避免出现带病作业的情况。操作系统的设计, 必须简化操作方式, 减轻操作使用的难度, 同时也能在一定程度上提高530吨起重机操作的协调性和灵活度, 提升起重机的性能和水平, 从而确保其在码头吊运中的安全、稳定, 达到使用的标准。
4 结束语
田湾核电站自备码头400吨固定式全回转起重机升级改造530吨方案实施后, 在2014年12月9号载荷试验成功, 表明530吨固定式全回转起重机可以进入正常的工作状态, 具有保障3、4号机组高负荷大件吊运的可行性。改造方案中, 全面落实协调、预演, 以确保改造方案的顺利进行, 规避潜在的风险。530吨固定式全回转起重机改造成功后, 将成为长江以北区域内载重量最高的固定式全回转起重机, 并将在田湾核电站扩建工程建设中发挥重要作用。
参考文献
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固定式起重机 篇3
1. 存在问题
(1)原变幅电动机功率不足
原变幅电动机型号为YZRW160L-6,功率为11kW。将吊臂加长4m后,由于吊臂质量增加,变幅、起升钢丝绳长度加长,造成变幅电动机负荷增大,经常出现起重机满载变幅时动作缓慢以及变幅电动机发热现象,显然该型号电动机功率不足。
(2)原联轴器易于损坏
将吊臂加长4m后,用于连接变幅电动机和减速器的联轴器胶木连接件频繁断裂。究其原因与联轴器的结构有关。原联轴器由主动盘1、胶木连接件2、从动盘3、挡板4和螺栓5等组成,如图1所示。主动盘1的动力通过6根胶木连接件2传递至从动盘3。
1.从动盘2.胶木连接件3.主动盘4.挡板5.螺栓
该联轴器采用胶木连接件传递动力存在以下3方面缺陷:一是胶木连接件强度较低,易于断裂。二是胶木连接件韧性较差,电动机启动、制动时无法起到缓冲作用。三是该种联轴器的调心能力差,当电动机输出轴与减速器的输入轴不同心时,容易将胶木连接件切断。
1.主动盘2.从动盘3.连接盘
由于变幅制动器安装在变幅电动机的输出轴上,当起重机将重物吊起后,如果联轴器胶木连接件断裂,变幅机构将瞬间失去制动,极易酿成安全事故。
2. 改进过程
为了使该起重机恢复正常使用,我们决定对其进行改进,具体改进过程如下:
(1)重新选择变幅电动机
为了解决原变幅电动机功率不足的问题,将原YZRW160L-6型电动机更换为YZRW180L-6型电动机,其功率由11kw增大到15kw。更换变幅电动机解决了起重机满载变幅时动作缓慢和变幅电动机发热问题,从而保证了变幅机构运行的安全和稳定。
(2)重新选择联轴器
为了解决变幅联轴器胶木连接件易于损坏的问题,我们对各种联轴器的结构进行比较,决定改用梅花形聚氨酯弹性联轴器。
该联轴器主要由主动盘1、从动盘2、连接盘3等组成,结构如图2所示。其中连接盘3由聚氨酯制造。聚氨酯是一种弹性材料,不仅具有较好减振和抗冲击能力,还具有较好的强度和耐磨性。即使电动机输出轴和减速器输入轴安装稍有偏差,联轴器传递扭矩也不受影响。连接盘3的传力花瓣采用连体结构,传递扭矩较大。
为了使该起重机电动机输出连接装置的结构统一,我们将起升电动机的联轴器也改成梅花形聚氨酯弹性联轴器,进一步加强了起升机构的安全性。
我们对原起升和变幅机构联轴器连接尺寸进行测绘后,再根据连接尺寸和传递扭矩进行结构设计,然后将联轴器各部件交由该起重机制造厂家代为采购和加工制作。
(3)电动机和联轴器的安装
与原联轴器相比,梅花形聚氨酯弹性联轴器轴向长度较长,为满足联轴器安装尺寸要求,需将变幅、起升电动机及制动器地脚螺栓安装孔位,向电动机尾部方向平移约100mm。
为防止联轴器主动盘、从动盘从制动器和变速器轴上脱落,需先将制动器轴端和减速器轴端的锁紧螺栓拧紧,再将其用止退片锁紧。为防止梅花形聚氨酯连接盘过度磨损,制动器轴和减速器轴的同轴度偏差不能过大。保证安装后的主动盘、从动盘径向跳动,应不低于GB1182～1184-80《形状和位置公差》中的9级和10级,即径向跳动小于0.12mm。
3. 改近效果
固定式起重机 篇4
关键词：门座起重机,臂架系统,固定
某船厂的3060门机是一台大型的门座起重机, 总高度达到96m, 最大起重量和最大工作半径分别达到了30t和60m。2005年该门机在运行过程中变幅系统发生故障需进行检修。检修面临的问题是变幅机构检修时整个臂架系统将失去支撑, 将臂架系统全部拆解下来是不符合当时工期要求的, 同时在经济上也不合理。本文论证变幅机构检修时臂架系统的固定方案, 该方案成功应用于实际施工中。
1 门机结构
除行走部分外, 门机的工作部分主要集中在上部, 包括回转系统、起升系统及变幅系统, 本次检修主要涉及的部分为变幅系统, 包括了变幅机构及臂架系统。
臂架系统包括臂架、象鼻梁、拉杆、变幅拉杆、平衡梁 (配重) 。臂架系统各部件之间以销轴铰接, 臂架及平衡梁分别与平台及人字架以销轴铰接。
变幅机构固定在人字架上, 变幅螺杆为变幅机构的一部分, 变幅螺杆与臂架以销轴铰接。变幅螺杆的伸缩, 带动臂架系统各部件作相应的动作, 吊钩进行前后的近似水平的变幅运动。
2 方案策划
变幅系统检修, 必须将变幅螺杆与臂架的连接解除, 则整个臂架系统将失去支撑而坍塌。一般的做法是将臂架系统各部件按顺序拆除, 检修完成后再组装臂架系统。
该方案技术上是最保守可行的方案, 但方案的实施则存在以下障碍:1) 花费巨大。该门机臂架系统各部件重量大 (最重件44.7t) 、吊装高度高 (最大吊装高度96m) , 根据现场情况必须使用400t级别带超起的履带起重机全工况;2) 技术难度较高, 高空作业多隐患大。部件形状及在空中姿态不规则、部件吊装前必须对相关联部件在高空进行临时固定;3) 工期不允许。该门机在船厂的施工频率比较高, 停用时间太长将对该厂的生产造成很大的影响。
经过研究, 第二个方案提出来, 那就是将臂架系统临时固定, 拆除变幅螺杆与臂架的连接, 检修完成后再恢复连接, 解除临时固定。该方案无需使用大型起重机, 在固定部位可搭设施工平台, 施工时间大幅缩短, 得到一致通过。接下来就是要对方案进行细化及论证。该方案的实施关键在于选择合理的幅度后将臂架系统固定, 该幅度必须满足:1) 臂架系统达到相对的平衡状态, 临时固定力不需太大, 使固定材料尽量精简, 适合在高空焊接安装;2) 由于焊缝不适宜承受拉力, 该幅度下臂架系统应使固定材料承受支撑力;3) 幅度必须不能太大, 否则连接人字架及臂架的固定支撑过长, 支撑的稳定性较差, 材料笨重, 不适合在高空焊接安装。
3 方案论证及实施
3.1 臂架系统受力分析
通过选取不同幅度进行初步计算, 选定幅度为50.291m进行核算。
以配重及平衡梁为一整体作为分析对象, 设F1为变幅拉杆对其施加的力。以平衡梁与人字架的铰点为原点, 则其所受的力矩有自身重力矩、变幅拉杆的拉力矩, 为方便起见, 变幅拉杆以1/2的重力计算其施加在平衡梁上的力矩, 则有:
计算得:
以象鼻梁为分析对象, 设F2为拉杆对其施加的力。以象鼻梁与臂架铰点为原点, 则其所受的力矩有自身重力矩、拉杆对其力矩, 为方便起见, 拉杆以1/2的重力计算其施加在象鼻梁的力矩, 则有:
计算得:
以象鼻梁及臂架为一整体作为分析对象, 设F3为工字纲对其施加的力。以臂架根部铰点为原点, 则其所受的力矩有自身的重力矩、拉杆对其的力矩, 为方便起见, 拉杆及变幅拉杆以1/2的重力计算其施加在这一整体的力矩, 则有:
将F1及F2代入上式, 计算得:
上述计算过程为将吊钩放至地面的情况, 假设吊钩不放至地面, 则计算得:
——负号表示工字钢对臂架的方向为推力, 即受到挤压, 为典型的压杆, 用折减系数法校核其稳定性。
结论:该幅度下臂架系统给予固定材料的力的方向为压力, 且压力不大, 适合本固定方案。
3.2 工字钢校核
选定幅度为50.291m时人字架与臂架之间的距离为4m。使用4根4m14#工字钢, 每2根并排焊接为一整体, 将组合好的2根工字钢焊接在变幅平台与臂架之间, 作为螺杆拆除后的支撑, 单根组合工字钢所受的压力为3648kgf, 以2倍安全系数计算其受力, 则单根所受压力应为:N=F3×9.8=71500.8N。
其校核条件为
σ为应力;
ϕ为稳定系数;
A为横截面积。
对于2根14#组合工字钢, A=2×21.5=43cm2, IX=2×712=1424cm4, IY=2×[64.4+21.516× (8/2) 2]=817.3cm4, 由表18-5-3及λ的计算公式可知I越小, σ越大, 以IY来计算最后所得应力为最大应力。
lc为有效长度;
λ为长细比。
由λ查《机械设计手册-化学工业出版社》表18-5-3, 得ϕ=0.604
[σ]——Q235的许用应力
3.3 实施
将臂架收回至臂架与人字架距离为4m;4根14#工字钢由人工通过滑轮组吊运至人字架上, 每2根工字钢并排焊接成组合梁;2根组合梁焊接于臂架及人字架之间;臂架与人字架之间连接2个10t葫芦, 防止阵风等不利因素使臂架系统受力发生改变时焊缝开裂;在2根组合梁之间搭设工作平台, 拆除变幅机构, 2根组合梁在检修期间承担起临时固定的作用。
4 结论
此次检修成功, 在经济上及工期上均满足了船厂的要求, 产生了比较大的经济效益, 该方法在此类门座起重机臂架系统小范围检修有很好的借鉴意义, 可避免对门机进行大范围的拆卸安装。
参考文献
[1]马思群, 马瑞, 孙彦彬, 兆文忠.门座起重机臂架系统可靠性分析[J].大连交通大学学报, 2008 (5) .