合理而有效地减轻大型造船门式起重机整机自密度板华阴泡沫石棉包装印刷多功能机x

合理而有效地减轻大型造船门式起重机整机自重

随着我国船舶工业的快速发展，所建船舶的吨位也越来越大，各地船厂大多由船台造船向船坞造船发展，船坞的主要配套设备——大型造船门式起重机的需求迅速增长。由于该类型起重机大多自重较大，一次性投资高。目前该设备的单台建造费用有些已超过上亿元，所以有效减轻整机的自重，对节省投资成本，降低建造费用，具有重要的意义。

目前，大型造船门式起重机的结构形式主要有2种：汽车轮胎双梁门式起重机和单梁门式起重机。由于这2种门式起重机各有优缺点，到底是单梁好还是双梁好，至今没有定论，设计人员基本上是根据用户的要求，但是无论是单梁还是双梁，减轻整机自重的目标是一致的。

1设计思路

对于起重机的设计，设计人员要考虑2种载荷：有效载荷和无效载荷。所谓有效载荷就是l台起重机所能提升的最大载荷，即起吊货物的最大起重量；无效载荷就是1台起重机的自重、风载荷等影响起重机基础的载荷。有效载荷和无效载荷的叠加，构成了对起重机基础的全部载荷。所以对新设计项目而言，设计思路就是在不降低起重机性能的前提下，如何最大限度的减少无效载荷减轻对基础的压力，从而降低基础的投资。对旧设备改造而言，其设计思路就是在不增加轮压的情况下，如何减轻自重、提高有效载荷。

2种设计的目这些管子将被放置在海面上的，其实都是要在减轻整机自重上做文章。起重机的质量主要有2种：从形式上区分是结构质量和机构质量；从功能上区分是固定质量和移动质量。起重机的结构质量大约占整机自重的75％。所以合理地确定结构形式，选择适当的结构参数，对于减轻结构自重，具有明显的效果。上下小车是移动载荷，降低上下小车的质量，可以改善主梁的受力情况(对于新设计项目)，或提高起重机的有效载荷(对于旧设备的改造)。大型造船门式起重机的主要结构分为主梁、刚性腿和柔性腿3大件，现就这3大件的结构选型及如何降低上下小车的自重逐项进行定性的分析。

2减轻主梁自重的措施

主梁是门式起重机的主要承载结构，大跨度门式起重机的主梁质量占到整机自重的50％～60％，所以合理的确定主梁的形式和结构参数，对减轻主梁的自重非常关键。确定主梁参数主要从以下几个方面考虑：

(1) 主梁的刚度主梁的刚度一般根据用户的技术规格书的要求确定，如技术规格书没有此项要求时，可根据起重机设计规范确定主梁刚度。主梁的刚度用额定载荷和小车自重在跨中引起的垂直静挠度反映，根据我国广大用户的实际情况，其计算值为跨度洗车的1／750～1／800较合适。

(2) 主梁的高度适当增加主收缩机梁的高度，可有效减轻主梁的质量，但会增加主梁的迎风面积，当主梁高度过高时，还会丧失整体的协调。从现在的设计情况看，对于双梁结构，主梁高度取跨度的1／14～1／18，大跨度(大于160m)时，其取值为跨度的1／16～1／18，小跨度时，其取值为跨度的1／14～1／16。对于单梁结构，可适当增加主梁的高度，以减轻主梁的质量，其取值为跨度的1／14左右为宜。如果主梁高度再增加，虽然可减轻主梁的质量，但外形丧失了整体美。该类起重机是船厂的标志性建筑，有时甚至是某一地区的标志，其造型的美观与否，也应是设计人员考虑的因素之一。

(3) 主梁宽度如果说主梁的高度因为受到外形条件的限制，那么主梁宽度的取值，将对主梁质量的影响具有决定的作用，增加主梁的宽度，可降低主梁的质量。而影响主梁宽度因素主要有2点：一是上小车2钩的间距，二是下小车的轨距。对于船厂门式起重机，上小车的钩距较小，这就限制了主梁的总宽度，所以研究方向就是如何减小下小车的轨距。对于双梁结构，主梁宽度(上面板处腹板的中心距)取其高度(主梁的外形)的0．38～0．4倍较适宜。主梁太窄，其水平刚度太差，主梁太宽，将增加上小车的钩距，给使用带来不便。

(4) 合理选择板厚材料的合理分配，是设计人员所要考虑的因素之一。选择材料的相关尺寸与上下面板相近，可以减轻主梁的质量。在确定板厚时，主要考虑2点：钢板的强度随着板厚的增加而降低；小车轮压引起的腹板局部挤压应力。根据目前常用的Q345板材，其主梁中间分段的上面板厚度取34mm或50mm为宜，这样可以软水设备有效地利用不同板厚的强度等级，充分发挥材料的性能。下面板一般采用2块板叠加使用，其中一块板采用34mm厚度，另一块板的厚度可根据需要在34～50mm之间选择，这样可以提高许用应力值。主梁腹板的选择原则是2头厚中间薄，最上面的腹板，考虑到小车轮压的作用，厚度取值在l8—22arm为宜，以4mm的厚度向中间递减，中间一块腹板的厚度一般取10～12mm。

(5) 等强度设计虽然等强度设计是每个设计人员所必须考虑的问题，但在该类门式起重机主梁的设计中显得尤为重要。合理的选择主梁的分段长度，不仅能大大地降低主梁的质量，而且可以使制造工艺简便。根据钢板的长度来确定主梁的分段长度，可以减少主梁的焊接量，提高结构件的制造质量，降低制造成本。

(6) 合理利用材料从多年从事起重机设计的经验来看，很多设计人员往往很难注意到这点。因为很多结构上的细节并非是可以根据公式进行计算的，而是要凭设计人员的经验积累，凭设计人员对结构受力的准确判断。主梁结构中的辅助材料约占主梁自重的20％～30％，减少辅助材料的用量，对减轻主梁的自重非常重要，而一般设计人员对此没有引起足够的重视。因此设计人员考虑的原则是：在过去成功的结构设计上做减法，而不是作加法；分析力的传递路线，所使用的每一块材料，都要明确其使用目的，不起作用的材料坚决不用。

3 减轻刚性腿重量的措施

刚性腿是门式起重机3大结构件之一，其结构形式和自重对整机的影响也不可忽略。刚性腿的形式一般分为倒“T”形和“人”字形结构，2种形式各有优缺点。倒“T”形结构简单，电梯和扶梯布置方便，并有宽敞的空问布置电气房，目前这种形式的刚性腿使用较多，但自重略重；而“人”字形结构正好相反。从设计的角度考虑减轻质量的关键是控制刚性腿的外形尺寸。刚性腿的上部尺寸，以往的经验一般取主梁高度的1．2倍。但对于这种缘由有2：材料本钱比较高;施工工艺严格而复杂大型造船用门式起重机，其机构控制均采用变频调速，其起、制动的冲击力的减少，改善了结构的受力情况。所以刚性腿的上部尺寸可以根据需要(主要考虑电气房的空间需求)取主梁高度的0．8～1．0倍，应力的取值为许用应力的0．7～0．8倍。

4 柔性腿的设计原则

柔性腿是3大结构件中自重较轻的结构件，其自重对整机的影响较小，设计的原则主要是考虑柔性腿的细长比，根据经验柔性腿的细长比取85～90为宜。柔性腿的设计主要在于结构细节上的处理。上部与柔性铰连接处传力路线设计的合理与否是柔J眭腿设计是否成功的关键。

5 上下小车的减重措施

作为移动载荷，上下小车的质量对于整机自重的影响非常大，小车质量的降低，主梁自重可以下降，将有效地降低整机的自重或提高起升能力。要降低上下小车的质量，应从机构的设计选型切人。设计应考虑的主要因素有：采用单卷筒取代双卷筒；设计一种安全可靠、轻便灵巧的排绳机构；采用高性能的减速器；选用高强度钢丝绳以减小钢丝绳的直径；合理的机构布局以得到小车车架的合理受力，减轻小车架的自重；设计合理的钢丝绳穿绕系统。

原起升机构的设计采用双卷筒形式(图1)，该形式体积庞大，重量较重。改进设计将双卷简改为单卷筒，并重新设计了一套轻便灵巧的排绳机构，不但解决了长卷筒的钢丝绳排绳问题，也大大降低了机构的自重；在吊钩移动方面，从原来的机构整体移动改为移动定滑轮；选用硬齿面减速器取代中硬齿面减速器；调整布局，将小车上的机构向中间靠拢以平衡部分吊重力矩(图2)。通过以上措施，以同样起重量的小车比较，上小车由原来的400t(沪东厂600t门机)降低至300t(长兴岛基地600t门机)，重量减轻了25％，下小车由原来的180t(沪东厂600t门机)降低至123t(长兴岛基地600t门机)，重量减轻32％。

图1沪东厂600tX170m门机起升机机构

6 行走机构的优化设计

行走机构一般由行走台车和若干组平衡梁组成，其优化的重点在主动台车的设计。设计的出发点是充分利用现有的通用减速器特性，省略可。

图2长兴岛基地600tX187m门机起升机构

以省去的零件，最大限度的减小车轮的间距，以达到减轻重量的目的。在为金海湾船业有限公司设计的900t门式起重机的行走机构中，采用了一种全新的台车结构形式。采用法兰连接形式的减速器取代套装式减速器，省去了中间驱动轴，其主动台车的重量由4052kg降低至3400kg，重量减轻约16％，26台主动台车共减轻重量约17t。

图3金海湾900tX201m门机主动台车机构

通过上述的各项措施将角度数值清零的实施，有效的减轻了整机的自重，总体的设计性能达到了国际先进水平。当年沪东厂600tX170m门式起重机的设计重量为4900t，而为长兴岛造船基地设计的是600tX187m门式起重机，虽然跨度大了17m，但自重为4550t，折算比较减重约16％，节省投资约1500万元。