D4580K12门座起重机迁移设计

钱红飙，庄玉洋，李 豪，于业超，李 超，郭晓光

（1.大连益利亚工程机械有限公司，辽宁大连 116023；2.大连船舶重工集团有限公司，辽宁大连 116014）

0 引言

在造船行业，某些特殊情况下，会从一个区域向另一块场地区域迁移轨道式起重机，以达到在短期内迅速提升产能的目的。门座起重机具有整机刚性好、结构紧凑、工况灵活且适应性强等特点，在各类被迁移的起重机里频率是最高的。以1台D4580K门式起重机整机迁移方案设计为例，说明方案不仅效率高、费用低，而且已经通过实践证实安全可靠。

1 迁移方案综述

D4580K门座起重机，起重量45 t，起升高度55 m，跨度12 m，基距15 m，自重705.5 t。整机结构为杠杆滑轮组、钢丝绳补偿形式的单臂架圆筒门架结构，变幅结构采用螺杆螺母传动，旋转支撑装置采用3排滚子式回转支撑。整机外形见图1。

图1 整机外形

按照区域产能调整规划，需将该门座起重机整机由17区码头迁移至相邻的16区船坞吊道，2吊道呈93°夹角布局。迁移路线平面布置形式见图2所示。查证有关设计资料，16区船坞吊道原安装的是12.5 t造船用塔式起重机，轨道型号QU80，跨度12 m，能够满足45 t门座起重机大车运行机构的要求。核实16区船坞吊道土建图，与17区船坞吊道的土建图，在结构形式、建造要求一致，因此，满足承载能力要求。

图2 迁移场地平面布置图

整机迁移全程都采用卷扬机牵引方式。直线迁移时，沿迁移方向设置2台卷扬机作为主牵引设备，在反方向布置2台卷扬机作为防护调整，门座起重机的承载运行采用穿入大车平衡梁下的4台滚装小车。整机回转时，采用2台卷扬机对称站位，回转区域的地面铺设厚钢板，其上放置1个底框架，整机牵引至底框架上后，由卷扬机牵引底框架，使整机转动到所需角度。最后，卷扬机将整机直线牵引到16区码头吊道上完成落轨。

2 计算分析

为保证45 t门座起重机迁移方案的安全可靠，针对关键环节的力学分析和计算必不可少。计算分析的内容，共分5个部分：①起重机的站位及质心校核；②整机顶升校核；③大车平衡梁的封固校核；④牵引力的计算；⑤底框架的强度校核。

2.1 起重机的站位及质心校核

根据图纸资料，计算主钩在35 m幅度时的上车部分质心，在臂架后侧0.12 m，再核算此幅度下的整机质心在臂架后侧0.07 m。

2.2 整机顶升工况校核

D4580K门座起重机自重705.5 t，整机设置4个顶升点，单点载荷176 t。每个顶升点下布置2个液压千斤顶进行顶升作业。选用的液压千斤顶顶升力为200 t，顶升行程250 mm，能够满足要求。顶升点布置见图3。

图3 顶升点布置

采用ANSYS软件，将整机重量分摊到4个小平衡梁上。计算结果，最大应力187 MPa，能够满足顶升要求。小平衡梁应力云图见图4。

图4 小平衡梁应力云图

2.3 大车平衡梁的封固校核

根据方案设计，迁移用的滚装小车需穿入门座起重机大车平衡梁下，用以承载整机重量。图5是滚装小车的安装位置及各级平衡梁的封固结构形式。

图5 滚装小车安装位置及平衡当梁封固

滚装小车的安装工艺流程：先将大车平衡梁按设计要求进行封固，然后利用液压顶将整机顶升一定的高度，再拆除与滚装小车干涉的运行台车，并将滚装小车及临时轨道穿入平衡梁下摆放好，最后回落液压顶使4台滚装小车承载整机重量。单个滚装小车的设计承载能力是300 t。此环节的重点就是各级平衡梁及封固结构能否满足要求。采用ANSYS软件计算，计算结果最大应力237 MPa，主要发生在受压面上，在对下底板进行贴板补强后，完全能够满足迁移要求。平衡梁及封固结构计算应力云图见图6。

图6 平衡梁及封固结构的计算应力云图

2.4 牵引力的计算

2.4.1 直线迁移工况下的牵引力、锚固力计算

计算单台卷扬机在工作风速（按6级）下的牵引力133 kN取钢板与水泥地面摩擦因数0.3，重块封固卷扬时，单台封固所需的重块总量约为45 t。

（1）滚装小车稳态运行的静阻力Fj计算见式（1）。

取Fj=266.1 kN

式中Fj——滚装小车稳态运行的静阻力

Fm——摩擦阻力

Fp——坡道阻力

Fw——风阻力

（2）摩擦阻力Fm计算见式（2）。

带入相关数据得：

式中Q——载荷重量

G——小车自重

fk——车轮滚动摩擦系数，0.8

μ——车轮轴承摩擦系数，0.02

d——与轴承配合处车轮轴直径

D——车轮踏面直径

Cf——附加阻力系数，1.5

（3）坡道阻力 Fp计算见式（3）。

带入相关数据得：

（4）风阻力Fw计算见（5）式。

式中PI——计算风压，按照在6级风工作选取，250 N/m2

C——风力系数，按照45 t门座起重机不同部位的结构形式，根据GB/T 3811—2008选取。

A——迎风面积。根据图纸计算45 t门座起重机各个部位的迎风面积，按GB/T 3811—2008选取风力系数，代入（5）式计算，得出各个部位的风载荷。

2.4.2 旋转工况牵引力计算

（1）静摩擦阻力 Fm计算见（6）式。

式中G——整机自重

f——框架与钢垫板摩擦因数（有润滑油），取0.12，式（6）中的1.2是附加阻力系数

（2）牵引绳倍率n计算见式（7）。

式中n——牵引绳倍率

Lf——摩擦阻力臂，8344 mm

L——牵引绳最小力臂，9435 mm

Fj——卷扬机提供的牵引力，20 t

（3）牵引力Fj校核结论。选用3倍率的滑车就能够满足要求。理论上底框架拉耳上承受的牵引力为45 t。

（4）底框架的强度校核。方案当中运用工艺底框架作为整机回转的主承载构件。回转场地的布置见图7。

采用ANSYS软件，对底框架进行分析。底框架拉耳上施加2个50 t的拉力，计算后应力在150 MPa，小于许用应力，满足工况使用要求。底框架应力云图见图8。

3 总结

根据迁移施工方案，对每个关键环节及受力构件进行了必要的计算分析，保证了门座起重机迁移时的安全性和可靠性。再辅以其他安全防护措施，在对大连船舶重工的45 t门座起重机进行施工时，取得良好效果。

图7 回转场地布置

图8 底框架应力云图