起重机锚定插销载荷不均问题研究

冯小保 张建辉 崔益华 王长江 任进勇 施亮亮

南通润邦重机有限公司

1 引言

造船门式起重机(以下简称龙门吊)具有较大的跨度、起重量和起升高度，同时具备单吊、抬吊、翻身等功能，是分段转运、翻身、总装的常用设备。由于造船龙门吊的迎风面较大，暴风载荷很大，因此，造船龙门吊的两侧会各设置一组防风锚定，每组锚定通常有两根插销，在暴风到来前插入锚定坑中，防止机器被吹走[1]。在锚定的设计中，每组锚定的两根插销的受力通常是按均分进行设计。

而在对某型造船龙门吊(机型A)进行计算的过程中发现，在沿大车方向的暴风工况中，刚腿侧锚定的两根插销载荷差别很大，为避免偶然性，又对另外几型造船龙门吊进行了计算，以期找出一般规律供设计参考。

2 问题的发现

2.1 机型A插销载荷计算结果

在计算暴风工况时，约束了大车的竖直方向和垂直轨道方向的自由度，放开其沿轨道方向的自由度，约束锚定沿大车轨道方向的自由度，柔性铰用球铰等效。为了得到锚定坑和锚定插销的计算输入载荷，提取了4根插销的载荷，见表1。从结果可知，刚腿侧的两根插销的载荷差异很大，插销1的载荷比插销2大了54.1 t，而柔腿侧的插销载荷则几乎相等。

表1 机型A锚定插销载荷提取

由于没有考虑制动器、夹轨器等摩擦类的制动力(刚腿侧摩擦类制动力约100 t)，因此插销1和插销2的载荷需要分别减去50 t，这更加剧了插销1和插销2载荷的相对差异，导致插销1的载荷约等于插销2载荷的2.1倍，如果按照平均载荷设计锚定，将给整机带来极大的安全隐患。

计算中没有考虑插销、锚定坑的外形误差，均按照同时接触进行计算，实际上结构的制作误差、基础误差是不可避免的，这都将进一步加剧插销载荷的差异性。

2.2 其他机型锚定插销载荷对比分析

为避免所发现问题的偶然性，对另外几型造船门吊的插销载荷也进行了提取，见表2～表4。

表2 机型B锚定插销载荷提取

表3 机型C锚定插销载荷提取

表4 机型D锚定插销载荷提取

从以上各表可知，I字形刚腿机型的1、2号锚定插销的载荷相差较大，而A字形刚腿机型相差较小，所有机型的柔腿侧插销的载荷相差均很小。

3 原因分析

由于计算的工况均为沿大车轨道方向的暴风，主梁受风力出现旁弯，主梁两端不再与大车轨道垂直，据此可做出以下分析。

(1)对于I字形刚腿的造船龙门吊，由于主梁与刚腿是刚性连接，主梁的旁弯会传递到刚腿上，使刚腿受扭，该扭矩向下传递到鱼尾段，然后通过鱼尾段的变形分别向两端的大车和下方的锚定传递，造成锚定架受扭从而导致锚定插销受力不相等。

(2)A字形刚腿的锚定插销载荷几乎相等，其原因如下：主梁旁弯使刚腿受扭，由于刚腿是A字形，扭矩会先沿着两根刚腿传递到大车，造成大车受到垂直于轨道的水平力，而此水平力经提取，远小于支点轮压所能提供的静摩擦力，因此大车不会垂直轨道滑移，刚腿下横梁不会产生偏斜，锚定架不会扭转，因此插销的载荷几乎相等。

4 改进措施

造成刚腿侧锚定插销载荷不均的原因归结起来如下：首先是因为刚腿受到了来自于主梁旁弯造成的扭矩；其次是因为刚腿将部分扭矩传递到了锚定架上。

对于主梁旁弯造成的扭矩，是造船龙门吊的整体结构所引发的，没有办法改变；对于扭矩的传递，则可以有以下3点措施：

(1)使用A字形刚腿，使扭矩直接传递到大车上，用大车的侧向力去平衡扭矩，但此措施有因小失大的弊端，实际工程中极不可能因为一个局部结构的问题而改变整体结构形式，而且会造成电梯、梯子平台、电气房等布置上的困难。

(2)采用较大的单根插销，此方式简单直接，不存在锚定载荷分配不均的问题，但对锚定坑要求较高。

(3)如果必须使用I字形刚腿和双插销锚定，可以改进锚定架结构，降低锚定架的抗扭刚度，避免太大的扭矩通过锚定架传递到两根插销上。

5 改进验证

以上3点措施，仅措施(3)需要验证。针对机型A的刚腿侧锚定架进行了调整，调整前后的结构对比见图1。

图1 锚定架改造前后对比图

重新计算并提取的插销载荷见表5。从数据可知，插销1的载荷仅比插销2大9.1%，原设计大了111%，不均匀性得到了极大改善，同时也验证了原因分析的正确性。

表5 机型A锚定结构调整后插销载荷提取

6 结语

为解决造船龙门吊刚腿侧锚定插销的载荷不均的问题，对锚定架进行了调整，降低其抗扭刚度，使通过其传递到插销的扭矩变小。计算结果显示该措施效果十分明显，平衡了钢腿锚定插销的载荷，极大地提高了安全性，显著降低了锚定架的重量，同时又大大降低了对锚定基础的承载要求。