【文章內(nèi)容簡介】 .................................... 133 支承圓筒結(jié)構(gòu)計算 ........................................................................................................................... 138 III 支承圓筒結(jié)構(gòu)有限元計算 ................................................................................................... 138 支承圓筒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性校核 ............................................................................................... 144 100t 船用起重機計算說明書 1 第 1 章 緒 論 100t 船用 起重機是 按照《 100t 船用起重機技術(shù)規(guī)格書》的要求， 由 上海海灣機電港口工程有限公司 和武漢理工大學(xué)共同 設(shè)計的 一種 電動液壓折臂近海甲板起重機 。 起重機 包括主起升機構(gòu)、副起升機構(gòu)、油缸變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、主臂架、副臂架、轉(zhuǎn)臺與機房總成、支承圓筒、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全 裝置 等等 ， 其中起升機構(gòu)、變幅機構(gòu) 和 回轉(zhuǎn)機構(gòu) 采用液壓驅(qū)動。 起升機構(gòu) 設(shè)有起重量 100t/50t 的主吊鉤 各 1個 和起重量 10t 的副吊鉤 1個 。 變幅機構(gòu)采用液 壓 油缸變幅，起重機通過液壓油缸的變幅達到各種工況要求的 高度和 幅度，并且通過油缸的變幅，可以使臂架放倒至水平狀態(tài)，從而降低整個起重機的重心，方便航行。 回轉(zhuǎn)機構(gòu)可實現(xiàn) 360176。全回轉(zhuǎn)， 回轉(zhuǎn)支承采用三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承。 整機控制采用 PLC 可編程序控制器和智能觸摸屏，對起重機各機構(gòu)的動作進行邏輯控制，對各安全裝置的信號進行收集并處理，保證起重機安全可靠地工作。 起重機工作條件 航 區(qū)： 近海開敞水域 主鉤使用工況：風(fēng)力蒲氏 4 級 浪高 ~ 副鉤使用工況：風(fēng)力蒲氏 5 級 浪高 ~3m 船舶最大縱傾 2176。，最大橫傾斜 5176。 海 水 溫 度： 0~+35℃ 大 氣 溫 度： 10~+40℃ 起重機的主要性能參數(shù) 起重機和各機構(gòu)的工作級別 整機工作級別 ： A4 起升機構(gòu)工作級別： M4 變幅機構(gòu)工作級別： M4 回轉(zhuǎn)機構(gòu)工作級別： M4 100t 船用起重機計算說明書 2 主要性能參數(shù) 100t 船用起重機 各工況下的工作幅度、起升高度以及各機構(gòu)的工作速度等主要性能參數(shù)見表 。 性能參數(shù)表 表 起重量 (t) 100 50 20 10 工作幅度 最大 /最小 (m) 10/5 15/5 27/5 起升高度 甲板以上 /甲板以 (m) 16/8 28/8 28/8 29/8 機構(gòu)工作速度 起升速度 (m/min) 0~5 0~10 0~10 0~20 變幅時間 (s) 120 回轉(zhuǎn)速度 (r/min) 液壓驅(qū)動總功率 (kW) 2315kW+45kW 船用動力電源 415V50Hz3ph 機構(gòu)工作 使用工況 （ 1）各機構(gòu)可單獨動作 ，主（或副）起升機構(gòu)可分別與回轉(zhuǎn)機構(gòu)聯(lián)合動作。 （ 2）主、副變幅機構(gòu)為非工作機構(gòu)，僅允許在較小的幅度變化范圍內(nèi)，主（或副）變幅機構(gòu)與起升、回轉(zhuǎn)機構(gòu)中的某一個工作機構(gòu)作調(diào)整性的聯(lián)合動作。 （ 3）起重機臂架垂直于船舷方向作業(yè)起吊 50t 以上貨物時，船體應(yīng)預(yù)先進行水倉壓載，方可進行起重作業(yè)。 設(shè)計依據(jù) 100t 船用起重機依據(jù) API Spec 2C2022《海上平臺起重機規(guī)范》和 美國船級社ABS《起重機檢驗規(guī)范》 設(shè)計，同時參考 中國船級社 CCS《船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范》和 中華人民共和國國家標準 《起重機設(shè)計規(guī) 范》 （ GB381183） 設(shè)計。 計算載荷 （ 1）安全工作負載 SWL； （ 2） 起重機部件產(chǎn)生的垂直載荷； （ 3）供給船運動產(chǎn)生的前傾力 offSBW ； （ 4）供給船運動產(chǎn)生的側(cè)傾力 sideSBW ； 100t 船用起重機計算說明書 3 （ 5） 靜態(tài)起重機傾斜產(chǎn)生的水平載荷 sideCIW ； （ 6）起重機運動產(chǎn)生的水平載荷 CMhorizontalW ； （ 7）風(fēng)載荷 計算工況 工況 1： 100t 船用 起重機在 工作 幅度 10m 時起吊 100t，臂架垂直于船舷方向， 船舶前傾 2176。，橫傾 5176。 工況 2： 100t 船用起重機在工作 幅度 15m 時起吊 50t，臂架垂直于船舷方向，船舶前傾 2176。，橫傾 5176。 工況 3： 100t 船用起重機在工作 幅度 27m 時起吊 20t，臂架垂直于船舷方向，船舶前傾 2176。，橫傾 5176。 工況 4： 100t 船用起重機在工作 幅度 時起吊 10t，臂架垂直于船舷方向，船舶前傾 2176。，橫傾 5176。 工況 5（ 檢驗 工況） ：起重機在 10m 時起吊 200t，同時承受水平載荷 8t， 無風(fēng)無浪。 動態(tài)系數(shù) Cv 計 算 起重機整體的剛度 k 等于起重機自身的剛度 1k 和鋼絲繩剛度 2k 的合成，兩個彈性元件組合模型可以簡化成下圖： 圖 起重機簡化模型 總體剛度合成公式121 1 1k k k?? ，即 1212kkk kk?? ? 。 主鉤使用工況 ：風(fēng)力蒲氏 4 級，浪高 100t 船用起重機計算說明書 4 由 ANSYS 查出，臂架頂部變形量 1 ? ，鋼絲繩變形量 2 ? 。 ? ? ? ? 40111 0 0 5 1 0 N3 8 5 9 . 8 5 42 7 2 . 0 3 1 m mk x? ? ?? ? ? ? ? ? ? 40221 0 0 5 1 0 N1 1 2 0 5 . 7 3 79 3 . 7 0 2 m mk x? ? ?? ? ? 所以， 12123 8 5 9 . 8 5 4 1 1 2 0 5 . 7 3 7 N l b2 8 7 0 . 9 4 7 1 9 2 9 1 9 . 0 7 83 8 5 9 . 8 5 4 1 1 2 0 5 . 7 3 7 m m f tkkk kk? ?? ? ? ??? 31 32. 2 105 10 046rkCv Vg SW L???? ? ?? ? ?? 副鉤使用工況 ：風(fēng)力蒲氏 5 級，浪高 3m 由 ANSYS 查出，臂架頂部變形量 1 ? ，鋼絲繩變形量 2 ? 。 ? ? ? ? 40111 0 0 . 5 1 0 N1 0 1 4 . 1 9 91 0 3 . 5 3 m mk x? ? ?? ? ? ? ? ? ? 40221 0 0 . 5 1 0 N2 8 6 0 . 3 3 43 6 . 7 0 9 m mk x? ? ?? ? ? 所以， 12121 0 1 4 . 1 9 9 2 8 6 0 . 3 3 4 N l b7 4 8 . 7 2 2 5 1 3 3 8 . 6 51 0 1 4 . 1 9 9 2 8 6 0 . 3 3 4 m m f tkkk kk? ?? ? ? ??? 31 32. 2 10. 5 10 046rkCv Vg SW L???? ? ?? ? ?? 100t 船用起重機計算說明書 5 第 2 章 機構(gòu)設(shè)計 主起升機構(gòu)設(shè)計 主起升機構(gòu)有四種作業(yè)工況： 計算工況 表 計 算工況 額定負載 （ t） 起升高度（ m） 起升速度（ m/min） 馬達工作情況 甲板以上 甲板以下 工況 1 （ 100t/10m） 100 16 8 0~5 雙馬達工作 工況 2 （ 50t/15m） 50 28 8 0~10 單馬達工作 工況 3 （ 20t/27m） 20 28 8 0~10 單馬達工作 工況 5 檢驗工況 208 雙馬達工作 根據(jù)各種工況計算對比，在主起升機構(gòu)中，選擇工況一和工況二作為設(shè)計工況。 工況 1 設(shè)計計算（ 100t 工況） 起重機工作條件：安全工作負載 SWL=100+5=105t(100t 吊鉤組自重按照 5t 計算 )； 風(fēng)力蒲氏 4 級； 浪高 0 .9 ~ 1 .5 m = 2 .9 5 ~ 4 .9 2 f ts igH ? ； 動態(tài)系數(shù) Cv=； 船舶最大縱傾 2176。，最大橫傾斜 5176。 供給船運動產(chǎn)生前傾和側(cè)傾 當(dāng)起重機臂架垂直于船舷方向， 船舶橫傾 5176。，縱傾 2176。 （ 1） 供給船運動產(chǎn)生的前傾力 offSBW ： of f SB645lb = S W L ta n= S W L ta n5 5 10 6 87 5 1 10 2 10 NW C vCv????? ? ? ?????（ 前 傾 角 ） （ 2） 供給船運動產(chǎn)生的側(cè)傾力 sideSBW ： 100t 船用起重機計算說明書 6 o644SBside1 .3 6 7 1 0 l b = S W L ta n= S W L ta n 2 5 10 6 34 92 6 .0 8 1 0 NCvWCv?????? ? ? ????（ 側(cè) 傾 角 ） 靜態(tài)起重機傾斜產(chǎn)生的水平載荷 sideCIW 634side CI10 l b S W L ta nS W L ta n 1 5 10 6 17 45 4 10 NCvWCv? ? ?? ? ?? ? ? ?????（ 靜 態(tài) 側(cè) 傾 角 度 ） 式中，起重機靜態(tài)側(cè)傾角度查 API Spec 2C2022 表 4，取 1176。 。 起重機運動產(chǎn)生的水平載荷 horizontalCMW h o rr i z o n t a l C M644 NS WL1 .0 5 1 0 1 .6 6 0 .0 5 7 72 .2 8 1 0 l b 1 .0 0 5 1 0= C v aW ??? ? ? ?????水 平 式中， a水 平 —— 水平加速度，查 API Spec 2C2022 表 4， ? ?1 .10. 01sigaH??水 平=。 （ 1）水平載荷 horizontalCMW 作用在臂架頂部的前傾水平載荷 offCMW 當(dāng)在前傾為 00 ，側(cè)傾為 900 時為最不利工況。 of f C M ho r i z on t a lC M45c os 0 10 lb 10 NoWW?????? （ 2）水平載荷 horizontalCMW 作用在臂架頂部的側(cè)傾水平載荷 sideCMW side C M hor izonta l C M 0si n0 oWW??? 水平載荷組合 由于起重機運動于供給船運動產(chǎn)生的水平載荷的組合如下： （ 1）前傾載荷組合 100t 船用起重機計算說明書 7 22of f dy n of f S B of f CM5 2 5 245lbN| 2 10 | | 05 10 | 9 10 2 10| | | |W W W? ? ???????? （ 2）側(cè)傾載荷組合 22sid e dy n sid e S B sid e C M4 2 244lbN 10 7 10 100| | | | | | W W W????????? 風(fēng)載荷 （ 1） 風(fēng)壓： 220 .0 0 2 5 6 1 .6 4 6 l b /f tp C vv ?? ? ? 式中， v—— 風(fēng)速，取 。 （ 2） 載重的風(fēng)載荷 重物投影面積 2 2231 ( 1 .3 3 / 2 0 0 ) f t 1 3 5 f tA S W L? ? ? 重物風(fēng)載荷 11= = 135 l b 1098 NF A p? ? ? ? 總水平載荷的組合 總前傾載荷 offallW ： 53of f a l l of f dy n of f wind45 N