浅析门机门架部件海运运输安全绑扎措施

王兴存

门机从工厂到客户方需要通过海洋运输，由于海上气候恶劣，浪高风大，因此在运输时为了保证运输设备的安全性，需要对运输部件进行绑扎。基于此，本文针对门机门架部件的绑扎措施的合理性及安全性进行分析。以期为实际应用提供参考。

海运绑扎撑杆;加速度;力矩平衡

门机门架部件重量为140吨，重心高度7.5米。所以在运输时，必须设计一套安全有效的绑扎方案。船舶在海洋中遇风浪摇摆时，主要由两个方向的摆动。一个是纵向，一个是横向;纵向是船首到船尾方向;横向是船舶宽度方向。门架部件会随着船舶一起沿着这两个方向进行摇摆。如果绑扎工装对门架没有相应的约束力，门架就有会被甩入海洋中。本文仅对如下门架绑扎形式进行分析研究，以验证此种绑扎在海洋运输中的有效性和安全性。门架部件的绑扎，是由四根撑杆进行约束的，其海陆侧各有2根撑杆。撑杆长度为4米，撑杆规格为φ273×16mm。具体示意如圖1。

对门架进行受力分析，选距离船舶中心最远的门架为模型，此部件受作用力最大：门架绑扎固定在船甲板上面，对其进行三维受力分析，其在运输过程中会受到三个方向的作用力：横向作用力、纵向作用力、垂向作用力。分析绑扎形式的安全性时，必须分析这三种作用力。

作用在门架部件上面而且平行于甲板的横向力Fy，横向作用力包含摇摆力、风载和海水飞溅产生的作用力，根据中国船级社《海上拖航指南》，可以依据下面公式1进行计算：

Fωy—海水飞溅对门架部件的冲击力。仅计算距干舷甲板2.0m高度以下部分货物投影面积，考虑到船舶航行区域，我们按照近海航区的700N/m的标准计算。

此次运输船舶为振驳16号，根据船方提供的参数和实际测量的最大r值，计算出横摇加速度值Ay;船供最大横摇角φ：12°;船供横摇周期T：6s;质量中心至旋转中心距离r：13.2m; 船舶干舷距离：3.3m根据[公式2]计算Ay值：Ay=5.06 m/s

根据《港口起重机设计规范》，查表可知C和Kh，实测门架部件的Sy值可得如下数据：风力系数C=1.1;风压高度变化系数Kh=1.2;风速V：25m/s;Y向有效迎风面积Sy=140 m。

根据公式3和公式4计算Fqy值：Fqy=72.2 kN

海水飞溅到门架部件的冲击力，作用于距干舷甲板2.0米高度以下部分货物，这部分货物的投影面积S海=23 m，所以：Fωy=16.1 kN

根据上述计算结果，整合所有的横向作用力，根据公式1可得出门架在运输中受到的横向作用力之和Fy值：Fy=796.7 kN

作用在门架部件上面而且平行于甲板的纵向力Fx，纵向作用力包含摇摆力、风载和海水飞溅产生的作用力，根据CCS《海上拖航指南》，可以依据下面公式进行计算：

作用在门架部件上面上垂直于甲板的垂向力Fz按下式计算：

分析门架绑扎强度时，先分析四个绑扎零部件能提供的最大约束力，然后取最小值和横向作用力进行比较，如果最小值通过验证，即绑扎强度完全合格。

门架撑杆在横向两侧分两档进行捆扎，撑杆钢管规格为φ273×16mm，按撑杆单侧受压计算，撑杆所受的需用应力[σ]=16.7kN/cm，撑杆长度L=4米，撑杆钢管截面积S=129cm，按照两端固定计算，通过查询《机械设计手册》可得知：

2件撑杆吊耳，吊耳的主板厚δ=3.2cm，焊缝长度L=40cm，采用双面焊与船甲板焊接（此处焊缝需要熔透），焊高按0.7δ计算，横向滑动与船甲板联接吊耳焊缝承受剪应力，[τ]=9.8kN/cm，故单侧两件吊耳与船甲板连接能承受的最大剪应力为：

F2 =[τ]×0.7δ×L×n=1756KN

吊耳钢板承受的剪切面积S=42.64cm，横向滑动时吊耳承受销轴的剪切力，故2件吊耳能承受的最大剪应力：F3=[τ]×S×n=836kN。

撑杆和吊耳用销轴连接，所用销轴直径D=7.9cm，销轴截面积S=48.99cm，所以撑杆销轴承受的最大剪切力为：

以上所有绑扎位置的约束力中，取最小值参与校核，即选F3参加校核。

由于门架部件与船甲板还有槽钢捆扎、钢丝绳牵引捆扎，而且以上绑扎约束在计算中均未考虑，故横向滑动的约束力大于部件在运输中受到的横向作用力之和。所以门架的绑扎在横向作用力校核计算中通过验证，合格。

门架克服横向翻转，根据力矩平衡原则，只要门架所受的各种约束力和垂向作用力产生的力矩超过横向作用产生的力矩即是安全的，不會在摇摆中产生翻转。门机的横向作用力产生的力矩为：M=Fy×h=796.7×7.5=5975kNm。

前述计算中，得知绑扎吊耳是能提供的约束力最小的地方，所以下面校核只用吊耳约束力和垂向力产生的力矩。门机克服横向翻转的力矩：

由于M< M所以门架在船舶摇摆过程中的横向翻转根本不可能发生。

为了防止门架纵向滑动，在行走车轮处安装了16块车轮挡板，分为两个方向对称安装。车轮挡板的厚度为20mm，开双面坡口焊接到轨道上面，焊高取0.7δ，车轮挡板的[τ]=9.8KN/cm。门架纵向滑动的趋势中车轮挡板承受剪切力。车轮挡板可承受的最大剪切力为：F板=0.7δ*L*[τ]*n=2744 kN > Fx=193.9 kN.

由于Fx<F板，所以门架部件在运输中不会产生纵向滑动。而且上式中还没有考虑门架部件的摩擦力约束。

门架克服纵向翻转，根据力矩平衡原则，只要门架所受的各种约束力和垂向力产生的力矩超过纵向作用产生的力矩即是安全，不会在摇摆中产生翻转。

门机的纵向作用力产生的力矩为：

M=Fx×h=193.9×7.5=1454 kNm

为简化计算，只计算垂向力产生的力矩值：

M垂=Fz2×L3=975.8×5.25=5122 kNm > M

由于M纵< M垂，而且其他的绑扎，如门架防跳架和门架防跳钢丝绳的约束都没有参与计算，所以门架部件在摇摆过程中的纵向翻转根本不可能发生。

通过分析计算可知在海运过程中，风速在不超过25m/s的天气情况下，本文所论述的门架绑扎形式具有一定的安全可靠性。按照此种形式，可以安全地将门架部件运输到用户码头。

[1]闻邦椿主编.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]中国船级社.海上拖航指南[M].北京：中国船级社，2011.

[3]孙枫，等主编.港口起重机设计规范[M].北京：人民交通出版社，2007.

Abstract： the gantry crane needs to be transported by sea from the factory to the client. Because of the bad sea climate， high waves and strong winds， in order to ensure the safety of the transportation equipment， the transportation parts need to be bound. Based on this， this paper analyzes the rationality and safety of binding measures for gantry crane components. In order to provide reference for practical application.

Marine binding brace; acceleration; moment balance