门座起重机象鼻梁变形原因分析及改进措施

2013-11-18苏运波俞海辉

中国重型装备 2013年2期

关键词：鼻梁屈曲起重机

苏运波俞海辉

(上海振华港机(集团)股份有限公司，上海 200125)

港口码头作业的门座起重机由工作机构、金属结构、动力装置及控制系统组成，其中金属结构主要由端梁、横梁、圆筒体、转盘、上转柱、小拉杆、平衡梁、大拉杆、象鼻梁及臂架组成。

图1 象鼻梁变形照片Figure 1 Trunk girder deformation picture

图2 象鼻梁局部变形照片Figure 2 Local deformation picture of trunk girder

图3 象鼻梁结构Figure 3 Trunk girder configuration

图1、图2 为某港口门机象鼻梁突然发生严重变形的照片，图3、图4 为该门机象鼻梁结构及变形截面图。

1 门座起重机有限元模型及结构分析计算

1.1 主要技术参数

图4 象鼻梁变形截面Figure 4 Deformation section of trunk girder

起重量:40 t(抓斗);起升速度:55 m/min;旋转:1.2 r/min;变幅:45 m/min。

1.2 设计计算标准

按照《欧洲起重机设计规范》(FEM)进行设计计算。利用等级:U8;载荷状态:Q4;分类级别:A8。

1.3 有限元模型及工况计算

利用ANSYS10.0 中BEMA44 单元，对该门座起重机四连杆系统进行模拟分析［1］，有限元模型见图5。

计算工况为:γc×(DL+φ2×(LS+LL)+φ5×(LASL+LALU))+OWL

式中，γc为载荷放大系数;DL 为自重载荷;LL 为吊重;LS 为吊具载荷;φ2为起升冲击载荷系数;φ5为机构动载系数;LASL 为旋转引起的载荷;LALU为变幅引起的载荷;OWL 为风载荷［2］。

图5 四连杆有限元模型Figure 5 Finite element model of four connecting rod system

1.4 应力计算结果

如图6 应力云图所示，40 t 抓斗在37 m 幅度，在起升、旋转及变幅三大机构联动下，象鼻梁最大拉应力为165.607 MPa，最大压应力为164.061 MPa，均小于许用应力325/1.33=244.36 MPa。证实该象鼻梁满足正常工作要求。

图6 结构应力云图Figure 6 Cloud chart of the configuration

2 象鼻梁结构屈曲分析

《起重机设计规范》(GB/T3811—2008)中5.7.1.1规定:当加劲肋满足规定时，只需按局部区格计算稳定性;5.7.1.4 规定:若受压翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比不大于为设计母材的屈服强度)时，或箱形构件两腹板之间的、或满足要求的纵向加劲肋之间的受压翼缘板宽度与厚度之比不大于时，且板的计算应力不大于0.8 倍的许用应力时，可以不必验算其局部稳定性［3］。

象鼻梁损伤处上翼板宽厚比为140，腹板宽厚比为76.25，需验算其局部稳定性。且由于上翼板走道上的扁钢是通过角钢进行焊接，相当于相隔一段距离的电焊形式。从ANSYS 中提取该损伤处的截面应力进行稳定性分析。结果见表1。

表1 屈曲计算结果Table 1 Buckling calculation results

由表1 计算结果可知，上翼板及腹板的σeq＜，均满足正常工作要求。

3 门机象鼻梁变形原因分析

所有门机都设有超载限制器，超载限制器一般设置为:当稳定载荷为95%的额定载荷时，限制器会预报警;当瞬间载荷为135%的额定载荷或者105%稳定载荷时，只能下降、收幅，不能旋转。原设计计算按照40 t 抓斗，起升冲击系数取1.51，即瞬时冲击按40×1.51=60.4 t 进行设计，而151%的额定载荷已超出超载限制器的保护范围。从理论上说，该计算按照FEM 标准进行，偏保守，且计算应力在实际情况下不可能发生。

对于钢材来说，当实际应力超过许用应力时，板会产生局部失稳，但根据钢材特性及屈曲理论，产生局部失稳的板材不会马上发生明显的损伤或坍塌，而是造成钢板承载能力下降。在经过一段时间的频繁超载后，使板材屈曲累计损伤，最终导致板材承载能力急剧下降，造成结构出现严重损伤。

后经过实地查看，根据CMS 的故障显示检查，发现事故当天下午设备超载频繁。证实了对象鼻梁变形事故原因的分析是正确的。