y大型造船龙门起重机主梁结构形式的研究

图6梯形截面单

主梁形式

大型造船龙门起重机主梁结构形式的研究

徐宏伟，张全福

（大连重工·起重集团有限公司，辽宁大连116013）

1问题的提出

造船龙门起重机主要用于造船厂制造船体的场合，用

于船体分段的升降、吊运、空中翻转及分段合拢等动作，以适应造船工艺的需要。由于船体分段需要空中翻转，所以要求造船龙门起重机采用上、

下小车的布置形式，通过下小车在上小车下方穿越，来实现翻转动作的完成。2

造船龙门起重机主梁的几种结构形式

为满足小车的上下布置要求，造船龙门起重机的主梁结构形式主要分为以下3种：

（1）梯型截面双主梁形式

双主梁型的造船门式起重机主梁设计为梯型截面，

其上、下小车均安放在两主梁顶面上，上小车为门架式小车，运行于两主梁外侧轨道，下小车运行于两主梁内

侧轨道，上、下两小车可相互

穿越，如图1。

（2）П形截面单主梁形式单主梁设计为П形截面，其上小车运行在单主梁顶面两外侧轨道上，下小车运行在主梁底面两内侧轨道上，上、下两小车可相互穿

越，如图2。

（3）梯形截面单主梁形式单主梁设计为单梯形截面，其上小车运行在单主梁顶面两外侧轨道上，下小车运行在主梁底面两外侧轨道上，上、下两小车可相互穿越，如图3。3

主梁的几种结构形式的比较分析

上述3种主梁形式的起重机，无论是单主梁型还是

双梁型，其主要技术参数、作业功能和使用性能均满足大分段造船的作业要求,在实际生产中都有所应用，下面就其截面形式的优缺点进行分析比较。3.1

承受动载分析

如图4～图6所示，

梯型截面双主梁的动载荷（载荷和小车自重），上小车轮压产生的应力由轨道直接传至主梁外侧腹板，下小车轮压由轨道传至主梁内侧腹板。由于没有附加轨道承梁，主梁的翼缘板不会承受从轨道承梁（由于弯曲）传来的附加应力，受力非常合理。

П形截面单主梁的的动载荷（载荷和小车自重），上小车轮压也是直接传至主梁腹板，受力合理。下小车的轮压作用在主梁下部矩形截面的承轨梁上，但不能直接传至主梁腹板，而是通过主梁下度方向的承轨梁和横隔板作用，故大梁腹板还将承受附加应力。

梯形截面单主梁的动载荷（载荷和小车自重），上小车轮压也是通过车轮传至轨道，由轨道直接传至主梁腹板，受力合理。下小车的轮压被分配到主梁下部的承轨梁腹板上，再由三角形截面承轨梁传至主梁腹板,基本无附加应力，受力也很合理。但上、下两小车一侧轮压均由一块腹板承载，其受力比双梯型截面双主梁略差。3.2

主梁的刚度

主梁的水平刚度和抗偏斜能力相比较，在惯性力的作用下梯型截面双主梁的水平刚度略差于单主梁的水平刚度，而П形截面单主梁又略差于单梯形截面单主梁。在刚性支腿与柔性支腿发生偏斜时，双梁的抗偏斜能力强于单主梁的抗偏斜能力。可由于单梁的抗扭刚度要远大于双梁，所以单梁的偏斜量小。

摘要：

主要针对造船龙门起重机主梁的主要几种结构形式进行了介绍，并对每种形式在承受动载、主梁的刚度、风载荷、起升高度及基距、偏载、日照温度影响、维修性、制造工艺、起重机轮压比较、经济性等十个方面进行了分析、比较。

关键词：

造船龙门起重机；梯型截面双主梁；П形截面单主梁；梯形截面单主梁中图分类号：T H213.5文献标识码：A 文章编号：1002－2333（2010）03－0131－02

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机械工程师2010年第3期

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图1

1.上小车

2.下小车

3.主梁

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图2

1.上小车

2.主梁

3.下小车

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图3

1.上小车

2.主梁

3.下小车

图4

双梯型截面双主梁

图5П形截面

单主梁

解决方案

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3.3风载荷、起升高度及基距

在梁高相同的情况下，在风载荷的计算中，由于双梯

型主梁的两梁中心距与梁的高度比约为5，所以挡风折减系数η=0.1，即迎风面积为一根主梁面积的1.1倍计算风载荷。也就是说，

在梁高相同情况下，双主梁所承受的风载荷略大于单梁。而П形截面单主梁与单梯形截面主梁形式相比较，当风侧吹时，П形截面单梁的结构类同双梁形式，即П形截面单梁的迎风面积略大于单梯形截面单梁。

又因为起重机在风载作用下，会由于强风原因而导致倾倒危险，即风载越大，倾倒危险的几率越大，也就应该需要更大的基距来保证起重机的整体稳定性。但起重机的高度也与基距有关系。

就起升高度而言，П形截面单梁、单梯形截面单梁的结构形式，下小车的吊钩相对位置在主梁的下方，较之梯型截面双主梁，单梁需采用更高的支腿。而梯型截面双主梁是唯一允许起升吊钩升至大梁底板以上的截面形式，因此，在给定的主梁净空情况下，梯型截面双主梁有起升高度高的优势。

而且由于起重机在非工作状态的稳定性与总高有关。增加了整机的高度，就要相应增加大车基距，从而减少了起重机相应的工作范围。但有时，并不是需要的起升高度决定梁高，而是要使其有足够的高度能通过造船厂内其他一些小型起重机，即高度值决定于通过高度。在这种特定情况下，采用单梁型也并不影响高度的损失。3.4

偏载分析

由于作业中都存在上小车两主钩允许偏载的要求（一般为上小车单主钩起重能力的50%），故双主梁在偏载情况下，两根主梁的下挠值是不一致的。其结果将引起小车产生一定的偏斜横推力，严重时可能引起小车跑偏现象。且由于小车是倾斜的，而轨道几乎还保持水平，这使车轮和轨道之间仅接触很窄的一点，轮与轨道的接触面减小，增加了轮与轨道间的磨损。而单主梁在偏载情况下，单主梁的扭转变形比较小，且因只作用在一根主梁上，小车轨道能够偏斜同一个角度，即小车产生的偏斜横推力也较小，同时保证车轮和轨道之间的良好接触。从偏载分析，说明单主梁优于双主梁。3.5

日照温度影响

温度影响在设计中一般不被考虑，因为起重机根据温度的波动自由伸缩，没有任何。而在大跨度龙门起重机的情况下，大梁单边被照射时变形则需考虑。在日光斜照下，双主梁的两根主梁由于受日照射的面积不等，受照射面积大的一根主梁将比受照射面积小的一根主梁变形大。其结果将引起小车两根轨道的轨距发生一定的变化。严重时，发生小车偏载掉轨现象。而单主梁结构，由于小车两根轨道同处于一根主梁上，在日照作用下，基本不会引起轨距的变化，不会引起由于日照而造成的小车轨距的变化，故在日照引起的主梁变形影响方面单主梁优于双主梁。3.6

维修性

梯形截面双主梁的上、下小车在主梁顶上运行，

所以无论上、下小车在大梁的什么位置，均能很方便地从大梁上面的通道到达小车各个机构。而且小车供电装置也能布置在大梁上面，易于检查和维修。小车上各部件也均能用维修起重机方便吊运。但因为上小车要通过下小车，所以维修吊和上小车均需要设计很高。

梯形截面单主梁型起重机的下小车设置在主梁下方，虽然在主梁开有维修吊孔，可以对下小车进行维修，但维修条件相对双主梁型的维修条件要差一些。

П形截面单主梁型的下小车也设置在主梁下方，但下面的矩形承轨梁设在主梁内侧，故可从端部沿承轨梁进入下小车进行维修，较之单梯形截面单主梁方便一些。3.7

制造工艺

梯形截面单主梁的制作装配精度要求相对宽松，要比П形截面单主梁型、双主梁更容易保证平直。换句话说，制造一个直的宽箱体要比制造一个直的窄箱体容易得多。

双主梁制造时需要保证两根梁同一拱度，工艺较复杂，而单主梁就不存在这个问题。

在焊接工艺方面，因П形截面单主梁的П形截面相对复杂，还要很好地保证下小车轨距问题，所以焊接要求更为严格。3.8

截面外形影响

梯形截面双梁和梯形截面单梁都是梯型的截面外形，适应于起升钢丝绳在允许范围内一定斜度起吊，并能防止钢丝绳与大梁边发生摩擦，而П形截面单梁的П形外形相对没有这个优势。3.9

起重机轮压比较

在起重机大车车轮总数相同的情况下，单梁型轮压比双梁型小；在轮压相同的情况下，单梁型轮数比双梁型少。3.10

经济性

3种形式的主梁在实际生产中都运用过，我们可以清楚地认识到，由于大跨度、大起重量造船门式起重机主梁的重量占整机重量的50％以上，单梁型主梁重量较轻，比双主梁轻20％～30％，所以，当跨度大于100m 时单梁较双梁实用和经济。但对于小起重机（小跨度、小起重量），整体用两个简单的主梁和简易的小车显得更为经济。因为对于小型起重机，增加的那一点重量显得并不重要。

通过以上的研究，我们可以看出3种截面形式的主梁，在不同方面各有优缺点。这就要求我们在选择时要根据实际的工艺流程和使用情况做出比较适合的选择，这样能更好发挥各自的优点。

（编辑立

明）

作者简介：徐宏伟（1975-），男，工程师，研究方向为起重运输与工程机械。

收稿日期：2010－01－27

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