移动式港口起重机塔身及拉杆设计分析

2022-08-31肖仕开杨佳卫

港口装卸 2022年4期

王建肖仕开杨佳卫

南通润邦重机有限公司

1 引言

在港口移动式起重机中，因塔身比较高，常用后拉杆固定塔身上端和转台下端，起到减少下端转台变形和上端塔身变形的作用。通过后拉杆将塔身从长悬臂粱变成短悬臂梁型式，能显著降低塔身的弯曲应力，减小塔身截面，从而降低塔身自重。图1为塔身及后拉杆模型，其中后拉杆部分包括横拉杆，斜拉杆和竖拉杆。

1.斜拉杆 2.塔身 3.横拉杆 4.竖拉杆 5.转台图1 塔身及后拉杆模型

而后拉杆上端铰点需设计在什么位置，拉杆截面需加强到什么程度，在各规范中并无明确的说明。为此，通过不同工况的计算，对塔身变形的数据进行分析对比，为塔身和拉杆的设计提供参考。

2 塔身受力变形分析

2.1 计算模型的建立与约束

采用Ansys有限元分析软件，通过Beam189粱单元建立某机型设备的塔身、转台和拉杆模型。拉杆体系与塔身和转台结构通过铰接型式连接在一起，仅释放Z方向的旋转自由度。

2.2 载荷分析

仅对塔身的变形进行分析，不涉及到结构的强度计算，而塔身的变形由上部滑轮载荷影响，因此简化计算模型，取消塔身臂架铰点和变幅油缸铰点的力加载。主要加载塔顶滑轮钢丝绳力、转盘处的配重自重和结构自重。

2.3 有限元分析

先计算两种工况：

工况1：在拉杆上铰点位于23.185 m塔身高度下，加载常规载荷力。

工况2：取消后拉杆情况下，加载常规载荷力。

在相同受力情况下，有拉杆和无拉杆的塔身变形大小见图2和图3，计算得出2种工况下塔身前端变形值相差22.77 mm，通过加后拉杆可以减少塔身25.4%的变形；转盘配重处加拉杆工况时往上变形12.83 mm，不加拉杆工况时往下变形72 mm，因此增加后拉杆系统可控制盘配重部分的变形。

同时，为研究塔身截面、拉杆截面及上拉杆设计高度对塔身和转盘变形的影响，以后拉杆距离下端面高度作为变量，并通过调整后拉杆和塔身截面来分析塔身的变形情况，共计算了24种工况并进行分析对比，计算结果见表1。

图2 带拉杆X方向塔身位移图

图3 不带拉杆X方向塔身位移图

表1 塔身变形分析结果

2.4 分析结果

通过以上塔身变形分析结果，可以得出以下结论。

(1)通过增加拉杆可以降低塔身和转盘变形，拉杆位置越高，变形越小，拉杆高度每增加1 m时，变形最大减小约1.72%左右，越靠近顶端变形减少越小。增加后拉杆后，转盘刚度可以满足要求，而不需要额外增加转盘截面积，可减小转盘自重。

(2)拉杆加粗26.4%截面积后，塔身变形减少最大值为0.52%，说明拉杆截面加大对于塔身变形影响较小，在保证强度的前提下，不建议通过加大拉杆截面积来减少塔身变形。

(3)塔身厚度加厚4 mm，塔身截面积变大33%后，塔身变形减少约9.1%，可以得出塔身变形主要依靠塔身自身的截面特性来控制。

综上，在移动式起重机设计过程中，应主要依靠改变塔身自身的截面特性来控制塔身变形，通过布置后拉杆来控制转盘变形，加大后拉杆截面对塔身变形影响较小，后拉杆布置位于一定高度后，再提高后拉杆高度对塔身变形影响较小。本案例中，塔身高度为23.185 m，按悬臂粱1/350控制变形需小于66.24 mm，因此需主要通过增加塔身截面积来控制变形。