七千噸浮吊總體設計及人字架設計

1、<p>　　7000T浮吊總體設計及人字架設計</p><p>　　摘要：大型浮式起重機(簡稱浮吊)作為工程船的一種,在海洋石油開發(fā)、大型海上工程、沿海風電設備安裝和海難救助等作業(yè)中得到廣泛運用。7000T浮吊以其出色的承載能力，能完成海上的起重任務，深受許多大型海上作業(yè)的單位喜愛。但因其設計制造難度高,投資及技術要求高,進入門檻較高,全球有能力研發(fā)和生產的廠商不多.此外由于海上工作環(huán)境的惡劣,工作條件

2、的不確定性等因素,對于浮式起重機結構的安全可靠性的要求更是不可忽視。課題設計的是7000T浮吊的總體設計及人字架的設計。它具有起升、變幅、360度回轉等功能。</p><p>　　浮吊結構包括臂架、人字架、桁框架、臂架擱架，回轉底盤等。運用Peo/E5.0軟件建立了浮吊里人字架部分的三維模型，通過里面的質量屬性模塊，對人字架的重量進行了估算。研究了人字架的結構形式、人字架的內力分析、變幅鋼絲繩的拉力分析、轉盤彎矩

3、分析等內容。結合整機的性能的要求，選擇銳角三角形的人字架。</p><p>　　關鍵詞：浮吊；人字架；起重機；變幅系統(tǒng)。</p><p>　　The Overall Design and Renzi Jia Design of the 7000T Floating Crane</p><p>　　Abstract: Large floating crane (ref

4、erred to as floating crane) as a kind of project boat, in the offshore oil development, large-scale offshore engineering, offshore wind power equipment installation and salvage operations have been widely used. 7000T flo

5、ating crane has excellent carrying capacity and are used in many large offshore operations company. It can also complete the task at sea. However, because of the difficulty of design and manufacture of high investment an

6、d high technical requirem</p><p>　　Floating crane structure includes the arm, Renzi Jia, frame, arm shelf, and so on. Through the module of the quality Property and Pro/E 5.0 software we build the three-dime

7、nsional model about Renzi Jia,. The weight of Renzi Jia is estimated. The structure of the Renzi Jia, force analysis, the analysis of amplitude wire rope tension, rotary bending analysis are researched. Combination of ma

8、chine performance requirements, we select a acute triangle Renzi Jia.</p><p>　　Key word: The floating crane; Renzi Jia; Crane; Modeling.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>&l

9、t;b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 課題意義 1</p><p>　　1.3 課題設計參數(shù)2</p><p>　　1.4 課題方案 3</p><p><b>　　2 浮吊4</b></p>

10、<p>　　2.1 浮吊總述4</p><p>　　2.2 浮吊研究現(xiàn)狀4</p><p>　　2.2.1國外研究現(xiàn)狀4</p><p>　　2.2.2 國內研究現(xiàn)狀4</p><p>　　2.3 浮吊的特點4</p><p>　　3 浮吊的總體設計7</p><p>　

11、　3.1 浮吊的組成7</p><p>　　3.1.1臂架簡介7</p><p>　　3.1.2人字架簡介8</p><p>　　3.1.3 臂架擱架簡介8</p><p>　　3.2 人字架的三維建模9</p><p>　　3.2.1 草圖的繪制9</p><p>　　3.2.2

12、模型的建立9</p><p>　　3.2.3 人字架材料的選擇13</p><p>　　3.2.4 人字架重量的計算14</p><p>　　4 人字架設計16</p><p>　　4.1人字架結構形式簡介16</p><p>　　4.2 人字架內力分析16</p><p>　　4

13、.3 變幅鋼絲繩的拉力分析18</p><p>　　4.4 轉盤彎矩分析20</p><p>　　4.5 人字架拼裝及吊裝23</p><p><b>　　4.6 小結23</b></p><p><b>　　5 結論24</b></p><p><b>

14、　　參考文獻25</b></p><p><b>　　致 謝26</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　為滿足經濟迅猛發(fā)展帶來的對市場和能源的巨大需求 ,越來越多國家開始

15、將眼光投向占地球面積近3/ 4 的海洋世界。因此深海資源開發(fā)、海上工程興建正逐漸成為熱潮 ,加速了對包括大型浮吊在內的海上重型機械設備的需求量。隨著我國經濟發(fā)展，海上工程設備的施工建設，需要大型浮吊作業(yè)。浮吊船體是整個浮吊的支撐體和工作基礎平臺，是重型回轉起重機的承載結構，對浮吊的安全性、可靠性、工作性能均有重要影響[1]。</p><p><b>　　課題意義</b></p>

16、<p>　　隨著全球經濟的發(fā)展，能源的需求與日俱增，能源供應的日趨緊張，促使各國向海洋、尤其是深海進行資源開發(fā)。海洋資源是具有戰(zhàn)略意義的新興領域，有著巨大的開發(fā)潛力。開發(fā)海洋對工程設備有著高度的依賴性，沒有海洋工程設備的創(chuàng)新或高技術的突破，就不能充分開發(fā)海洋資源，也就不能實現(xiàn)海洋資源的可持續(xù)利用。浮吊就是起重船，是海洋工程中常用的工程船舶，在海洋資源的開發(fā)過程中起到非常重要的作用。尤其是大型浮吊，是深海資源開發(fā)方面非常重要的

17、工程配套設備。</p><p>　　我國的經濟正處于持續(xù)高速發(fā)展階段，在近幾年大型海上工程如跨海大橋的建設方興未艾，海洋油氣開發(fā)、海上風電項目也持續(xù)不斷。我國最近幾年大型橋梁工程很多，有已建成的洋山深水港跨海東海大橋、上海長江大橋、杭州灣大橋、舟山群島連島大橋，以及在建的粵港澳大橋。這些工程的橋面板重量大，如東海大橋的橋面板，共700多塊，起吊重量都在2000t左右。吊裝這些大橋面板主要靠大型浮吊。東海大橋及杭州

18、灣大橋都因為借助了大起重量的浮吊而可以加大主梁的節(jié)段長度，加快施工進度。此外，浮吊在水下救撈方面起到了重要的作用。例如，宋代沉船“南海一號”，就是用大型浮吊“華天龍”號打撈的。除了海上設備安裝之外，平臺拆除也提上議事日程。我國有近百座海上構筑物已進入拆除計劃。這些工程都需要浮吊。因此，隨著海洋石油開發(fā)、大型海上工程、沿海風電設備安裝和海難救助事業(yè)的發(fā)展，大型浮吊作為不可缺少的工程船舶，其需求將迅猛增加[2]。</p>&l

19、t;p>　　隨著海洋工程向深海發(fā)展，浮吊向大型發(fā)展，浮吊的起重能力越來越大，相應的，對浮吊上的起重機的設計制造技術要求越高。同時，由于作業(yè)范圍的擴大，浮吊將要經受惡劣作業(yè)環(huán)境的考驗，故對浮吊的各項性能的要求越來越高。大型浮式起重機(簡稱浮吊)作為工程船的一種,在海洋石油開發(fā)、大型海上工程、 沿海風電設備安裝和海難救助等作業(yè)中得到廣泛運用,但因其設計制造難度高,投資及技術要求高,進入門檻較高,全球有能力研發(fā)和生產的廠商不多。此外由于

20、海上工作環(huán)境的惡劣,工作條件的不確定性等因素,對于浮式起重機結構的安全可靠性的要求更是不可忽視。因此，研究探討對7000t大型浮吊整體結構進行分析的方法十分必要。</p><p><b>　　課題設計參數(shù)</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┐w部分</b></p><p><b>　　1.船體尺寸：<

21、;/b></p><p>　　船長：239米；型寬：50米；型深：20.4米；吃水：13.4米 （起重作業(yè)）；拖航8.9米。</p><p><b>　　2.自航航速：</b></p><p><b>　　航速：11kn。</b></p><p><b>　　(二) 起重機部分<

22、;/b></p><p><b>　　1. 主鉤（雙鉤）</b></p><p><b>　　固定工況：</b></p><p>　　額定起重量：7000噸；至回轉中心的最大幅度：45米（與7000噸對應）；舷外幅度： 16.2米。</p><p><b>　　回轉工況：</b

23、></p><p>　　額定起重量：4000噸；至回轉中心的幅度：40米（與4000噸對應）；舷外幅度：15米；</p><p>　　起升高度（水面上）：110米。</p><p><b>　　速度：</b></p><p>　　滿載: 1.25 米/分鐘；空鉤：10 米/分鐘（含機械和電氣調速）。</p&g

24、t;<p><b>　　2. 副鉤（單鉤）</b></p><p>　　額定起重量：1600T。</p><p>　　起升高度（水面上）：125米；（水面下）：150米。</p><p><b>　　速度：</b></p><p>　　滿載：3.5 米/分鐘，；空鉤：14 米/分鐘（含

25、機械和電氣調速）。</p><p><b>　　3．重量參數(shù)：</b></p><p>　　空船總重量：44000噸；起重機：12000噸；船體：32000噸。</p><p>　　圖1-1 海上施工之起重船</p><p><b>　　課題方案</b></p><p>　　

26、浮吊機上主要配有 2個起重量為3500t的主鉤和1個起重量為1600t的副鉤。此外機上還設有3個起重量為50t的小鉤、4個貨物鉤、3個索具鉤、2套系固裝置和2套頂升機構。要求整機具有起升、變幅、360回轉等功能,其最大起重量在固定時為7000t×45M, 全回轉為3500t×40m。</p><p>　　人字架主要由臂架、人字架、臂架擱架等組成。</p><p>　　浮

27、吊里面的核心部件就是里面的臂架。它關系到整機的起重量，能否完成相應的工作量，起到應有的作用。從結構上來說，它可以分為臂架頭部，臂架中部以及臂架尾部。</p><p>　　浮吊的人字架由垂直撐架和斜撐架構成。人字架結構的設汁，不僅直接影響到它本身的承載能力和功能，而且還影響到回轉結構的優(yōu)劣、變幅系統(tǒng)的性能乃至整機的可靠性。</p><p>　　浮吊臂架與固定在桁框架上的人字架支座通過鉸軸連接

28、，從而實現(xiàn)在變幅平面內的俯仰功能。浮吊航行時，臂架放平擱在擱架臂架上。</p><p><b>　　2 浮吊</b></p><p><b>　　2.1 浮吊總述</b></p><p>　　浮吊,又稱起重船吊。它是載有起重機的浮動平臺，可以在港口內移至任何需要的地方，或是靠泊，或是移到錨地使貨物轉船。浮吊通常可以起吊超重

29、貨物。起重量一般從數(shù)百噸至數(shù)千噸。船上有起重設備，吊臂有固定式和旋轉式的。也可用作港口工程船。用于港口裝卸、水工作業(yè)、造船及海洋工程、橋梁建筑、水下救撈等。小型的一般為非自航，也有自航的。起重船上裝有吊機、定位系統(tǒng)、動力設備及上層建筑等。大型的起重船通常為自航式，起重機為全回轉式。</p><p>　　2.2 浮吊研究現(xiàn)狀</p><p>　　2.2.1國外研究現(xiàn)狀</p>

30、<p>　　國外從二十世紀四十年代開始研究設計浮吊。隨著技術的發(fā)展，浮吊的起重能力不斷提高，作業(yè)范圍不斷擴大，用途也多樣化。在二十世紀六十年代開始設計建造大型浮吊。各大海洋工程公司擁有自己的船隊。為了適應海洋工程發(fā)展的要求，各公司船隊具備應用于海洋工程的大型浮吊。如Saipem公司的Saipem3000、Saipem 7000和Castoro Otto浮吊；Heerema公司的Thialf和Balder浮吊；Scaldis公司

31、的Rambiz浮吊；日本吉田公司的“第28吉田”號浮吊；韓國現(xiàn)代集團的HYUNDAI 2500浮吊；Acergy公司的Sapura 3000和Seaway Polaris浮吊；McDermott公司的DB系列浮吊等。這些浮吊都具有幾千噸的起重能力，而且具有多種不同的用途[3]。</p><p>　　2.2.2 國內研究現(xiàn)狀</p><p>　　我國浮吊的設計、制造起步比較晚，但現(xiàn)在已經有了

32、很大的發(fā)展，技術水平越來越高。從開始的只有幾百噸起重能力的浮吊，到可起重幾千噸的大型浮吊，浮吊的數(shù)量也越來越多，有從小中型浮吊到大型浮吊的發(fā)展趨勢。我國浮吊主要建于20世紀90年代以后。其中，由上海振華港機設計制造的“藍鯨號”大型浮吊具備7500t的單吊最大起重能力。這些浮吊在我國的港建水工作業(yè)、造船工程、橋梁建筑、水下救撈以及各種海洋工程中均有廣泛應用。</p><p><b>　　2.3 浮吊的特點

33、</b></p><p>　　浮吊船又稱起重船，主要用于大件貨物的裝卸。船上有起重設備，起重量一般從數(shù)百噸至數(shù)千噸，一般認為起重能力超過1000噸為大型浮吊。</p><p>　　圖 2-1 浮吊實物圖</p><p>　　按浮吊用途，大致可分為：</p><p>　?。?）用于海上吊裝或安裝、拆卸（平臺、大件、結構物等）的大型浮

34、吊（大部分裝回轉式起重機）；（2）用于鋪設海底油氣管的起重船、鋪管船，其上裝有大型回轉式起重機；（3）用于大型水上工程吊裝的浮吊，其上多數(shù)裝設固定臂架式起重機，也有設計成適應預定工程的專用浮吊。</p><p>　　在歐洲，起重船分為：</p><p>　　（1）SLB——人字臂架起重駁船（裝固定臂架起重機）；（2）MHCV——單體起重駁船（裝回轉式起重機）；（3）SSCV——半潛起重船（

35、半潛平臺的船體，裝回轉式起重機一般裝2臺）；（4）VLSSCV——特大型半潛起重船（半潛平臺的船體，裝回轉式起重機，一般裝2臺）；（5）Pipe-laying barge——起重鋪管船（裝回轉式起重機）。浮吊船的主要裝備就是起重機，起重機主要有兩類：固定式和回轉式[4]。</p><p>　　起重機臂架在船上的安裝位置是固定的，只能變幅，吊重物可以在一定范圍內前后移動但不能橫向移動，若要大范圍移動重物，需要移動整

36、個起重船，作業(yè)能力有限制?；剞D起重機不僅在前后方向可移動，還可通過轉臺的回轉，在起重船不移位的情況下完成吊重物橫向移動，其機動性大大優(yōu)于固定式起重機，特別在起重船兩舷側轉移吊重物時更為顯著。</p><p>　　大型起重機一般采用高強度鋼的桁架式臂架，有著重量輕、受風面積小、力傳遞合理等優(yōu)點，已逐步取代曾經采用的板梁、箱型梁臂架。全回轉起重機由于其重量及傾覆力矩（起重量×吊幅）巨大，絕大部分浮吊回轉支撐

37、機構已全部采用滾輪式（多排），其支柱為焊在船舶主甲板上的大直徑圓筒（直徑已達30～40m），并從主甲板延伸到船底，形成強固的船體框架和圓筒框架，便于巨大力與力矩的傳遞。臂架起重機與船體結構的接口是臂架鉸點支座、后門架（人字架）鉸點支座，通過鉸點支座將巨大的負荷傳到船體結構。船舶傾斜、搖擺產生的橫向力對鉸點支座及船體還產生彎矩。為了傳遞量級巨大的集中負荷，該處結構必須大大加強，與船體結構連接成強力框架。</p><p&

38、gt;　　大型起重機的各機構（主副起升、變幅、回轉）的驅動系統(tǒng)，不僅需要速度，而且要求調速平穩(wěn)和適應大范圍作業(yè)。近年來，隨著變頻調速技術的成熟和應用，逐漸取代了先前的變流機組和液壓驅動機組，使起重機各機構采用變頻調速交流電動機成為首選和發(fā)展趨勢[5]。</p><p>　　操作、安全、保護系統(tǒng)日趨完善，數(shù)字化、可視化、集控化，使起重大件的海上吊裝安全可靠。主要的安全保護措施有：力矩（吊重×吊幅）顯示，超

39、限報警、停車，起升高度顯示、限位，起重量超限報警、停止，吊鉤極限位置限速，臂架角度顯示和限位，變幅行程終點減速，（多機）變幅同步及絞車運行顯示等。采用PLC實施起重機的控制、聯(lián)鎖。</p><p><b>　　3 浮吊的總體設計</b></p><p><b>　　3.1 浮吊的組成</b></p><p>　　7000t

40、全回轉自航浮吊結構（圖3-1）主要由臂架、人字架、桁框架 、臂架擱架等組成。浮吊臂架與固定在桁框架上的人字架支座通過鉸軸連接，從而實現(xiàn)在變幅平面內的俯仰功能。浮吊航行時，臂架放平擱在擱架臂架上。</p><p>　　1.臂架；2.人字架；3.防傾覆支架；4.桁框架；5,配重箱；6.底盤；7.變幅底架；8.臂架擱架；9.甲板.</p><p>　　圖 3-1 7000T浮吊金屬結構總圖<

41、;/p><p>　　浮吊結構包括臂架、變幅鋼絲繩、系固鋼絲繩、桁框架、人字架、配重箱、回轉底盤總成及回轉支承等部件，如圖3-1所示。這些結構為可旋轉部分，通過滾輪支承在固定于船甲板上的圓柱筒結構上?；剞D支承包括水平支承和垂直支承兩部分。水平支承為安裝在旋轉中心的中心滾子軸承；垂直支承為滾輪。臂架與桁框架通過鉸軸連接?；剞D底盤前端安裝了兩個頂升支架。頂升支架下方有液壓支承，在起吊7000T時可以承擔部分載荷，用來分擔滾

42、輪所受壓載[6]。</p><p>　　3.1.1 臂架簡介</p><p>　　7000T浮吊里面的核心部件就是里面的臂架。它關系到整機的起重量，能否完成相應的工作量，起到應有的作用。從結構上來說，它可以分為臂架頭部，臂架中部以及臂架尾部。其三維模型圖如下： </p><p>　　圖 3-2 臂架的三維模型圖</p><p>　　3.1.2

43、 人字架簡介</p><p>　　7000T浮吊的人字架由垂直撐架和斜撐架構成，其圖形結構在第4節(jié)會出現(xiàn)。人字架在整體當中的重要性不可忽略。它是連接浮吊的回轉機構和臂架的后部的樞紐。它的設計不僅影響到自身的承載能力，還影響到轉臺結構的好壞，變幅機構的性能，以及整機的工作環(huán)境。這里就不做詳細介紹，第4節(jié)將會有具體的詳細的分析。</p><p>　　3.1.3 臂架擱架簡介</p>

44、<p>　　7000T浮吊中的臂架擱架，從圖 3-1中可以看出，它的作用是承載臂架的。從整機的性能來考慮，臂架的工作重要性不容忽略，可是它在停止工作即靜止的時候，臂架頭部是落在臂架擱架上的。臂架擱架除了要能保證完全的承受臂架的重量，還要保證臂架不在水平方向上來回擺動。因此，它的定位也很重要。臂架擱架的三維模型圖如下： </p><p>　　圖 3-3 臂架擱架的三維模型圖</p>&l

45、t;p>　　3.2 人字架的三維建模</p><p>　　下面通過三維繪圖軟件Pro/E5.0對7000T浮吊的人字架進行三維建模。</p><p>　　3.2.1 草圖的繪制</p><p><b>　　繪制草圖基本步驟：</b></p><p>　　(1) 新建好零件圖后，點擊草圖繪制</p>&

46、lt;p>　　(2) 選取草圖所在的基準面</p><p>　　(3) 繪制圓形、長方形、橢圓等基本幾何圖形</p><p><b>　　(4) 添加約束</b></p><p>　　約束可分為幾何約束和代數(shù)約束。幾何約束表示約束兩圖形之間的幾何關系，比如如同心、共線、平行等。而代數(shù)約束則表示兩圖形間的尺寸關系，比如距離，角度等。<

47、/p><p><b>　　(5) 約束狀態(tài)</b></p><p>　　草圖繪制完畢后應注意狀態(tài)欄中的草圖約束狀態(tài)，分為欠定義、完全定義和過定義。</p><p><b>　　(6) 修改草圖</b></p><p>　　草圖繪制完畢后可以使用剪裁、延伸等操作對其進行修改[7]。</p>

48、<p>　　3.2.2 模型的建立</p><p>　　首先，選擇一個基準面進行操作，然后畫出一個基本單元，對其進行拉伸處理，如圖3-4。</p><p>　　圖 3-4 拉伸處理</p><p>　　其次，通過倒角功能對人字架的應力集中處添加倒角，防止應力集中，起到對人字架的保護。如圖3-5。</p><p><b>　

49、　圖 3-5 倒角</b></p><p>　　然后，通過對人字架的頂部進行穿孔，便于人字架的固定。如圖3-6。</p><p><b>　　圖 3-6 穿孔</b></p><p>　　為了便于模型的建立，通常要進行一些其他的操作，比如基準平面的偏移。如圖3-7。</p><p>　　圖 3-7 平面的偏移

50、</p><p>　　操作面板如圖3-8。</p><p>　　圖 3-8 基準平面的偏移</p><p>　　最后進行人字架垂直撐架的模型的建立，如圖3-9。</p><p>　　圖 3-9 人字架的垂直撐架</p><p>　　接下來，對人字架斜撐架進行建模，如圖3-10。</p><p>

51、　　圖 3-10 人字架的斜撐架</p><p>　　最后進行裝配，將人字架垂直撐架和斜撐架通過約束，進行配合，如圖3-11。</p><p>　　圖 3-11 人字架的裝配簡圖</p><p>　　3.2.3 人字架材料的選擇</p><p>　　（1）性能使用性原則</p><p>　　根據(jù)零件的工作環(huán)境條件、力學

52、負荷條件，按照材料的性能指標來選擇相應的金屬材料。 一般來說，不同的鋼種都是為滿足一定的性能而設計的，其化學成分、性能指標都有一定的標準，因此可根據(jù)材料力學所計算的性能指標來選擇相應的金屬材料。這也是最通常采用的方法。 需要指出的是，一般情況下不可能正好找到最適合的材料，那么可以選擇較高一級的材料[8]。</p><p>　?。?）失效性選擇原則</p><p>　　任何機件在服役過程中，

53、經過一定時間后，產生了一定的破壞現(xiàn)象，使其不能繼續(xù)正常地工作，或達不到預期要求，或變得不安全可靠，喪失了或部分喪失了原有的功能，這種現(xiàn)象就是失效。分析該材料的零件如何失效，失效的主要原因，采取的對應措施,重新選擇材料。該方法不適合新型材料零件的選擇，但是可以通過分析相關零件的失效特點比照進行，之后， 通過實驗，選擇合適的材料，這是目前較先進的材料選擇方法。</p><p>　?。?）加工工藝選擇原則</p&

54、gt;<p>　　任何金屬材料制造的零件或部件，都是通過不同的加工工藝、采用不同的加工設備以及通過不同的加工而生產制造出來的。那么在考慮材料價格的同時，必須考慮工藝加工成本。例如有些塑料模具的材料成本只占總成本的5%，可是加工成本卻高達50%以上。特別是當零件的體積比較小時更是如此。因此，在這種情況下，應該充分考慮材料的工藝加工性，以降低加工成本。</p><p><b>　?。?）加工批

55、量原則</b></p><p>　　加工批量也影響著材料的選擇。單件、小批量和大批量生產是截然不同的，大批量生產的零件，由于適用于自動化，此時，加工工藝專業(yè)化，可采用成本低廉、加工性能良好的材料，單件、小批量生產的零件，由于沒有專業(yè)化加工設備，因而加工工藝問題就比較突出，這時的選材就應該特別注重考慮加工批量與工藝之間選擇的問題。</p><p><b>　?。?）經濟

56、原則</b></p><p>　　在選材時應該進行成本核算。應該考慮材料本身成本、加工工藝成本、市場宣傳成本、管理成本、包裝成本、運輸成本。通過成本核算，選定合算的材料。</p><p><b>　?。?）資源原則</b></p><p>　　不同的國家富有不同的金屬材料資源, 因此，也就有不同的、相應的國家政策，在我們國家，應該盡

57、量采用我國富產的合金元素材料。</p><p>　　綜上所述，選用Q345B鋼。Q345B，它是一種低合金鋼。綜合力學性能良好，低溫性能亦可，塑性和焊接性良好。用作中低壓容器、油罐、車輛、起重機、礦山機械、電站、橋梁等承受動載荷的結構、機械零件、建筑結構、一般金屬結構件，熱軋或正火狀態(tài)使用，可用于-40度以下寒冷地區(qū)的各種結構[9]。</p><p>　　3.2.4 人字架重量的計算<

58、;/p><p>　　通過對7000T浮吊人字架進行三維建模，是為了對人字架的重量進行一個估算。計算建模中采用的單位分別是長度mm，時間為s，質量為t，力為N。通過Pro/E5.0本身的模型的質量屬性功能，對模型進行估重。如圖3-12。</p><p>　　圖 3-12 人字架的重量估算</p><p>　　通過圖3-12上顯示的數(shù)據(jù)可以得出人字架的體積為，曲面的面積為，

59、平均密度為，質量為，即為2500T。</p><p>　　4 人字架設計 </p><p>　　7000T浮吊起重機是上海振華港機集團自主研發(fā)設計的全回轉式起重機。其中的人字架結構既是臂架系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)和變幅系統(tǒng)的支撐體，又與回轉機構有很大的關聯(lián)。因此，人字架結構的設汁，不僅直接影響到它本身的承載能力和功能，而且還影響到回轉結構的優(yōu)劣、變幅系統(tǒng)的性能乃至整機的可靠性。人字架所渉及的因素

60、很多，比如自身的結構形式、自重、臂架系統(tǒng)和回轉機構的連接關系、變幅結構和起升鋼絲繩及補償鋼絲繩的布置問題、整機處于最小工作幅度時臂架系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)是否與其干涉等等。所以，人字架結構的設計對于浮吊能否正常工作有著很大的關聯(lián)[10]。</p><p>　　4.1 人字架結構形式簡介</p><p>　　人字架的布置位置與布置方法差別很大，其結構類型大體可以分為三類，桁架式、剛架式和桁構式。如果

61、從外形來看的話，便有銳角的、直角的和鈍角這三種。人字架的形式可直接影響到變幅力和構件的受力，因此，在確定人字架的形式時，應從減少變幅力，滿足整機高度，改變構件受力及特殊要求等方面綜合考慮。</p><p>　　4.2 人字架內力分析</p><p>　　根據(jù)浮吊的人字架部裝圖，對人字架的內力進行受力分析。當浮吊起吊重物時，由于變幅滑輪組拉力的作用，其內部分析入圖4-1所示。這里由于斜撐管屬

62、于超靜定結構，這里不對其進行分析。</p><p>　　圖 4-1 人字架受力簡圖</p><p>　　首先對人字架的垂直撐架作為一個整體考慮，對其進行分析，根據(jù)力平衡和力矩平衡得到。因為,所以。又因為合力等于0 ，所以，。</p><p>　　然后把人字架的斜撐架作為一個整體考慮，對其進行分析，根據(jù)力平衡和力矩平衡得到 ，。</p><p>

63、;<b>　　所以，得到公式</b></p><p><b>　　(1)</b></p><p><b>　　因為，</b></p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　由人字架部裝圖得到</b></p&

64、gt;<p><b>　　，，，。</b></p><p>　　把上面的數(shù)據(jù)代入上面的公式（1），（2），（3）。</p><p><b>　　所以，，，。</b></p><p>　　接下來對人字架的垂直撐架進行強度校核，</p><p><b>　?。?）</b&g

65、t;</p><p>　　由人字架部裝圖得到，。代入（4）得，</p><p><b>　　所以滿足要求。</b></p><p>　　接下來對人字架的斜撐架進行強度校核，</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b>&

66、lt;/p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　所以，</b></p><p><b>　　所以滿足要求。</b></p><p>　　4.3 變幅鋼絲繩的拉力分析</p><p>　　浮吊起重機的平面框架式轉盤屬于高次超靜定結構。圖

67、4-2 為轉盤上部結構及受力示意圖，當起吊重物時，作用在轉盤上的載荷有：臂架傳來的壓力；變幅鋼絲繩的拉力；起升鋼絲繩的拉力；人字架傳來的拉力和壓力；轉盤上部結構重量和配重。</p><p>　　圖 4-2 浮吊起重機轉盤結構受力簡圖</p><p>　　由圖4-2可知，人字架所受的拉力和壓力主要是由于變幅鋼絲繩的拉力的作用而產生的。變幅鋼絲繩的拉力，計箅如下，受力分析圖見圖4-3，則有&l

68、t;/p><p>　　圖 4-3 轉盤結構受力分析圖</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中：——額定起重量，；</p><p><b>　　——臂架重量，；</b></p><p>　　——作業(yè)系數(shù)，對浮吊取1.05；</p><

69、;p>　　——動載系數(shù)，取1.1；</p><p><b>　　——臂架長度，；</b></p><p>　　——作用在整個裝備并換算到臂架頭部的風載荷，；</p><p>　　——鉸點O到變幅鋼絲繩的力臂，；</p><p>　　——鉸點O到起升鋼絲繩的力臂，。[12]</p><p>　

70、　,,,,這里不考慮風載荷的情況，所以。，,。</p><p><b>　　得出。</b></p><p>　　由式（1）可知，變幅鋼絲繩拉力與力臂成反比，在圖中，連接可得：</p><p>　　(4)

71、 （5）</p><p><b>　　即</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中：——人字架頂點至鉸點的垂直距離，；</p><p&

72、gt;　　——人字架頂點至鉸點的水平距離，。</p><p>　　從式（6）可知，當點位置固定時，無論和桿的位置如何變化，由于和的大小不變，力臂也保持不變，此時拉力也不變化；當點跑離點越來越遠時（即和增大）力臂將增大，此時拉力便隨之減小。</p><p><b>　　從圖中的可以看出：</b></p><p><b>　?。?）<

73、;/b></p><p>　　式中，為變幅拉力角度。</p><p>　　式（7）中為定值，故力臂的大小僅取決與，只要角固定即人字架的頂點總在直線上，此時不論具體在哪一點，也不論桿和桿如何布置，力臂總保持不變，因而拉力也總保持不變。如頂點在直線上方，角增大，增大，拉力將隨之減??；反之，如頂點在直線的下方，角變小，減小，拉力將隨之增大。</p><p>　　從上

74、述分析可得出：鋼絲繩拉力與人字架頂點的位置有關，當與點相對應的變幅拉力角增大時，拉力減小；當變幅拉力角減小時，拉力增大。而桿和桿的相互位置及、點的位置變化，均對拉力無影響。</p><p>　　4.4 轉盤彎矩分析 </p><p>　　作用與轉臺上的各載荷確定后，便可繪制出轉盤縱粱彎矩圖，通常最大彎矩發(fā)生在前支撐點或后支撐點處。為了減少前支撐點處的彎矩，往往使吊臂根部鉸支座盡量靠近前支撐

75、點。甚至放在前支撐點的上方，此時最大穹矩發(fā)生在后支撐點上。也就是說，最大彎矩發(fā)生在滾輪或滾珠轉盤與縱梁的連接處。</p><p>　　當起重機起吊重物以后，由于變幅滑輪組拉力通過人字架傳遞給轉盤，在處產生向上的彎矩；當起重機空載時，由于轉盤上各機構的重量、轉盤自重及配重的作用，在轉盤危險截面處作用著一個先下的靜彎矩。在起吊重物時，裝盤危險截面處實際承受的彎矩為：</p><p><b

76、>　?。?）</b></p><p>　　為了便于分析彎矩與人字架布置位置的關系，假設人字架端點與均處于旋轉后支撐點之外（包括點與點重合）[13]。</p><p>　　圖 4-4 人字架的受力分析圖</p><p>　　當起吊重物時，裝盤危險斷面處的彎矩為</p><p><b>　?。?）</b>&

77、lt;/p><p>　　從處力三角形的分解可得</p><p><b>　?。?0）</b></p><p>　　將式（10）代入式（9）得</p><p><b>　　(11)</b></p><p><b>　　在中：</b></p>&l

78、t;p><b>　?。?2）</b></p><p><b>　　在力三角形可得</b></p><p><b>　?。?3）</b></p><p>　　將上述式（12），(13)代入式（11）得</p><p><b>　　（14）</b><

79、;/p><p><b>　　從力三角形又可得</b></p><p><b>　?。?5）</b></p><p>　　將式（15）代入式（14）得</p><p><b>　　（16）</b></p><p>　　式中：——頂點與危險截面之間的水平距離，。

80、</p><p>　　圖 4-5 轉盤系統(tǒng)幾何關系圖</p><p><b>　　從圖4-5中可知：</b></p><p><b>　?。?7）</b></p><p>　　將式（17）代入式（16）得</p><p><b>　　（18）</b>&l

81、t;/p><p>　　式中：——裝盤危險截面點至變幅鋼絲繩的力臂，。</p><p>　　將式（3）代入式（18）可得</p><p><b>　?。?9）</b></p><p>　　從圖4-5中還可以看出</p><p><b>　　（20）</b></p>&

82、lt;p>　　式中：——臂架鉸點至點的水平距離，。</p><p>　　將式（20）代入式（19）得</p><p><b>　?。?1）</b></p><p>　　根據(jù)式（21）可知,對于指定的計算位置，當臂架力矩、臂架長度、仰角及距離為定值時，則由變幅鋼絲繩拉力引起的彎矩將取決于變幅拉力角。當增大時，增大，減小，則相應的增大。對于人

83、字架結構而言，只要不變，即人字架的頂點選在直線上，不論桿和桿如何布置，也不論點和點如何布罝，人字架所傳遞的彎矩總保持不變；當點落在直線以下時，由于角變小，相應的也變??；當點落在直線以上時，由于角變大，相應的也變大。</p><p>　　由以上分析可得出如下結論：當端點和均處于點之外 (包括點與點重合）時，轉盤危險斷面的彎矩隨著人字架頂點對應的變幅拉力角的變化而變化，當增大時，增大；當減小時，減小。恒等于拉力與力臂

84、的乘積，與、桿的相互布置形式和、點的具休位置無關。</p><p>　　4.5 人字架拼裝及吊裝</p><p>　　人字架由垂直撐架和斜撐架組成。吊裝前進行垂直撐架、斜撐架和防傾覆支架三組件的拼裝。人字架總質量約為2500T，左右對稱，采用雙鉤起吊。起吊時副鉤掛住垂直撐架下端的吊耳，以防垂直撐架在起吊過程中擺動。吊裝到位后先裝配斜撐架與桁框架之間的銷軸，然后回落副鉤，將副鉤下的鋼絲繩松了

85、，再將主鉤回落，同時浮式起重機后移使垂直撐架與斜撐架自動分開，再裝配斜撐架與桁框架之間銷軸[14]。</p><p><b>　　4.6 小結</b></p><p>　　（1）對于相同的變幅拉力角，鋼絲繩的拉力的值是不變的，采用銳角三角形的人字架桿件內力和最小，直角三角形的較大，鈍角三角形的最大。因此，從桿件受力角度出發(fā)，宜采用銳角和直角三角形的人字架。銳角三角形人

86、字架的高度長，桿件長，但是桿件受力??；直角三角形的高度低，桿件短，但是桿件的受力大，在這里結合整機的性能要求選擇銳角三角形人字架。 </p><p>　?。?）人字架的高度直接影響到起重機的高度，因此要把人字架的高度限制在適當?shù)姆秶鷥?。對于相同的變幅拉力角，銳角三角形的高度最大，直角三角形的高度次之，鈍角三角形的高度最小。但從整機穩(wěn)定性的要求出發(fā)的話，一般在設計時不讓點落在轉盤旋轉半徑之外，所以鈍角三角形布置只有

87、在特殊條件下才被采用。在這里選擇銳角三角形人字架。 </p><p>　?。?）變幅鋼絲繩的拉力和危險斷面彎矩的大小只與人字架頂點的位置有關，當與點相對應的變幅拉力角增大時，和都隨之增大；當變幅拉力角減小時，和都隨之減小。至于桿和桿的相對位置以及、點的位置，都對拉力和彎矩無影響。</p><p><b>　　5 結論</b></p><p>　

88、　一轉眼，三個多月過去了，從先開始對浮吊的不了解，通過郝昕玉老師的幫助和其他同學的指導。漸漸的，對浮吊這個海上起重機械有了客觀的認識。通過查閱相應的參考文獻，對它的結構，工作原理有了一定的認識。結合以前學習的知識，包括CAD方面的，在同學的幫助下運用Pro/E軟件對浮吊的部分結構進行建模，更加直觀，形象的表達出了浮吊這一模型。經常與老師和同學進行溝通，使我明白了許多原來不懂的地方，對問題也有了更加清楚地認識。這次的畢業(yè)設計是理論和實際相

89、結合的一個很好的學習的機會，對以后走上工作崗位的我們有相當大的幫助。對我們的動手能力，主觀思考的能力有很大的提升，特別是遇到問題的時候，能夠互相幫助，進而把問題有效而合理的解決掉，還有就是通過之間的合作能力提高了。經過這次的畢業(yè)設計，同樣我也發(fā)現(xiàn)不少問題，就是平時自己的思考較欠缺，還是要通過同學和老師的幫忙，才能完成任務。還是就是動手方面有欠缺，自己想出來的是一回事，而事實是另外一回事。相信只有通過多動手，多實踐，多思考，才能有提高。&

90、lt;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]夏利娟等.大型浮吊船體的結構設計和強度評估[J].艦船科學技術，2009，(11)：114-119.</p><p>　　[2]鄭惠強等.7000T浮式起重機臂架鋼結構分析[J].中國工程機械學報，2008，(6)：184-187.</p><p>

91、　　[3]丁振東.大型浮吊海浪作用下結構靜動態(tài)性能研究[D].上海交通大學，2010. </p><p>　　[4]趙黨.大型浮吊船體結構強度和動力學特性研究[D].上海交通大學，2010. </p><p>　　[5]陳龍安等.7500T浮吊起升機構自動換擋裝置設計[J].中國機械工程，2009，(5)：140-1143.</p><p>　　[6]盧凱良等.75

92、00T浮吊臂架考慮鉸支座間隙的風致橫向振動研究[J].振動與沖擊，2009，(10)：94-99.</p><p>　　[7]葛友華等.機械CAD/CAM實驗指導[M].西安電子科技大學出版社，2009.</p><p>　　[8]王立文等.金屬材料的選擇原則[J].內蒙古石油化工，2005，(2)：26-27.</p><p>　　[9]王章忠等.機械工程材料[M

93、].機械工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[10]梁政等.利用ANSYS進行人字架的實用分析研究[J].石油計算機運用，2005，(11)：22-24.</p><p>　　[11]周建方等.材料力學[M].機械工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　[12]侯培海等.7500T浮吊起重機人字架結構的布置分析[J].機械設計，2008，(5)：221-