卸船機后大梁整體吊裝方案分析
責任編輯:chineselng    瀏覽:2517次    時間: 2008-04-06 08:59:17      

摘要:  吳鳳宇 張氫  同濟大學機械工程學院,200092   潘敏獻  上海振華港口機械股份有限公司,200125   [ 摘 要 ] 為了提高安裝效率,目前卸船機上部結構一般在地面拼裝,然后用大型浮吊整體吊裝。本文將使用ANSYS軟件論證某型卸船機的后大梁組件吊裝方案,進行..

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  吳鳳宇 張氫 

同濟大學機械工程學院,200092

  潘敏獻 

上海振華港口機械股份有限公司,200125

  [ 摘 要 ] 為了提高安裝效率,目前卸船機上部結構一般在地面拼裝,然后用大型浮吊整體吊裝。本文將使用ANSYS軟件論證某型卸船機的后大梁組件吊裝方案,進行了靜力分析和屈曲分析。

  [ 關鍵詞 ] 吊裝,屈曲分析,卸船機

  Analysis of the Hoisting Process of a Shiploader’s Backbeam Subassemblly

  Wu Feng-yu Zhang Qing

  College of Mechanical Engineering,Tongji University,200092

  Pan Min-xian

  Shanghai Zhenhua Port Machinery Co.,Ltd.,200125

  [ Abstract ] For more efficiency, the upper structure of shiploaders is usually assembled on the ground and hoisted as a group part. In this paper, the software of ANSYS was used to analyze the hoisting process of the backbeam subassembly. Static Analysis and Buckling Analysis are included.

  [ Keyword ] hoisting,buckling analysis,shiploader

  1 前言

  無論建筑結構還是大型設備,目前都常常在地面拼裝后進行整體吊裝。這種方式可大大提高施工的效率和安全性,當然也更為經濟。本文討論的是某型3000t/h卸船機,該設備的主要鋼結構都在金構車間地面制造完成。其后大梁整體將在地面組裝,包括梯形架、機房、小車等后大梁上的附屬部分,總重約1200t,然后在整裝場地用1500t浮吊將后大梁整體吊裝到位。

  該機設計方已經考慮到安裝問題,為此在卸船機的海側和陸側門框上部都設置了安裝吊耳。但該吊耳主要是為了配合吊梁進行安裝,需要有較大的起升高度。1500t浮吊的起升能力足夠,但是如果配合起升吊梁使用,則該浮吊的起升高度不夠,不能完成吊裝工作。為此,吊裝時不能使用吊梁。我們的任務是對初步給定方案進行分析,確定安全可靠的吊裝方法。計算時載荷主要考慮自重,校核吊裝時結構的強度,注意防止大梁失穩。

  2 建立吊裝模型

  2.1 吊裝方案概述

  本吊裝方案在陸側和海側吊點附近增加了兩根聯系橫梁(見圖1),吊裝完成后拆除。該聯系橫梁由Ф1200×δ16的鋼管制成。吊裝時直接借用海、陸側門框上設計時就預留的吊耳。由于起吊高度的限制,起升鋼絲繩不可能垂直起吊,因此起吊鋼絲繩張力會對結構產生附加壓力,該水平壓力就是由這兩根聯系橫梁承受。因此為減小附加彎矩,聯系橫梁與吊耳的距離不能過大。吊裝時可通過調節小車位置和增加配重等方法來調節整體的重心,以達到最佳吊裝效果。

  2.2 有限元網格劃分

  計算軟件為ANSYS有限元分析軟件。后大梁為箱形梁,要重點考察其強度和穩定性,根據實際尺寸箱形梁及其橫向加勁肋采用SHELL63單元建模,縱向加勁肋用BEAM188建模。梯形架和支撐等用BEAM188梁單元和LINK180桿單元建模,鋼絲繩用LINK8建模。整個模型(見圖1)節點數為42361個,單元數為43482個。

  吊裝計算模型的質心位置要求與實際不能相差太大。后大梁、后撐桿、梯形架、陸側拉桿等結構建模尺寸與實際基本一致,其自重自然地反映在模型中。機電產品如俯仰機構、電器、電器房、小車等,由于受吊裝影響較小,建模時只要能正確反映其質量的大小及分布即可,則可視為集中質量的部分用質量單元MASS21模擬,其余部分用虛擬的梁和板單元模擬。大梁的各個節段、梯形架、各種機構、機房等的質量都是已知的,我們對其賦予了不同的材料密度,通過調整密度值,各部分都獲得了較精確的質量和質心位置,則后大梁整體的質心位置也是比較精確的。

  圖1有限元模型 (主視圖)

  2.3 材料、載荷及邊界條件

  根據實際材料性能輸入彈性模量和泊松比。材料密度如前所述,要根據各部分結構實際質量進行調整。

  吊裝在無風或微風條件下進行,不考慮風載荷。分析時只考慮自重載荷,吊裝提升緩慢,取動載荷系數1.05,則施加豎直向上的慣性載荷9.86×1.05=10.35m/s2。

  鋼絲繩上端四點約束三個方向移動自由度。后大梁與前大梁鉸接處關鍵點約束水平方向的兩個自由度,用于防止大梁整體偏移,此處約束的支反力在調好重心后不會太大。

  3 方案計算及結果分析

  計算中靜力分析使用了ANSYS的Static Analysis,計算穩定性時使用ANSYS的Buckling Analysis。靜力分析進行了若干次,調整模型各部分的質量與實際相符,并通過改變小車位置和增加配重等方法調整了整個模型的重心,以符合實際吊裝情況。

  3.1 計算結果

  下面以圖片形式列出了按照第四強度理論得出的卸船機折算應力分布情況(見圖2、圖3,單位為MPa),以及屈曲分析結果,列舉了典型的幾種局部失穩(見圖4、圖5),詳細結果見表1。

  圖2 整體應力分布

  圖3兩根聯系橫梁應力分布

  圖4 第一階失穩模式

  圖5 第二階失穩模式

  表1 吊裝方案計算結果

  后大梁整體總重量1207.8t

  重心Xc=19.161m, Yc=8.077m, Zc=0.112m

  整體的計算最大應力251 MPa

  吊裝所加兩根聯系橫梁最大應力56 MPa

  1階失穩模式的載荷系數3.379

  2階失穩模式的載荷系數3.388

  3階失穩模式的載荷系數3.4

  4階失穩模式的載荷系數3.41

  5階失穩模式的載荷系數3.42

  6階失穩模式的載荷系數3.42

  7階失穩模式的載荷系數3.45

  8階失穩模式的載荷系數3.45

  按照該方案計算的應力在許用范圍內。屈曲分析計算也表明臨界載荷系數大于1(1階最小,為3.379),即失穩臨界載荷大于實際載荷,結構不會失穩。聯系橫梁計算長度為38m,因此它的長細比大約為l=l/r=38/0.6=63,吊裝時,其應力約56Mpa,不會失穩。

  4 結論

  需要指出的是計算模型是理想化的,無法考慮制造過程中無法避免的誤差,例如焊接殘余應力、初始變形等。因此吊裝時結構上必要的加固是必須的,新增的聯系橫梁其焊接質量也需要保證。各組鋼絲繩拉力方向并非沿著吊耳布置方向,因此吊耳和它附近受力情況復雜,要考慮局部加強。

  吊裝時需要重點檢測下述位置:海、陸側門框與后大梁聯系處,聯系橫梁與門框聯系處,起吊吊耳處;同時注意觀察整個被吊構件的變形情況。

  總之,此方案總體是可行的。

  目前,根據此次有限元分析的方案該卸船機已經成功地完成了后大梁的整體吊裝。

  [參考文獻]

  [1] 劉濤 楊鳳鵬,《精通ANSYS》,清華大學出版社,北京,2002

  [2] ANSYS軟件在線幫助

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