七千吨浮吊总体设计及人字架设计

盐城工学院本科生毕业设计说明书 20117000T浮吊总体设计及人字架设计摘要：大型浮式起重机(简称浮吊)作为工程船的一种,在海洋石油开发、大型海上工程、沿海风电设备安装和海难救助等作业中得到广泛运用。7000T 浮吊以其出色的承载能力，能完成海上的起重任务，深受许多大型海上作业的单位喜爱。但因其设计制造难度高,投资及技术要求高,进入门槛较高,全球有能力研发和生产的厂商不多.此外由于海上工作环境的恶劣,工作条件的不确定性等因素,对于浮式起重机结构的安全可靠性的要求更是不可忽视。课题设计的是7000T 浮吊的总体设计及人字架的设计。它具有起升、变幅、360 度回转等功能。浮吊结构包括臂架、人字架、桁框架、臂架搁架，回转底盘等。运用Peo/E5.0 软件建立了浮吊里人字架部分的三维模型，通过里面的质量属性模块，对人字架的重量进行了估算。研究了人字架的结构形式、人字架的内力分析、变幅钢丝绳的拉力分析、转盘弯矩分析等内容。结合整机的性能的要求，选择锐角三角形的人字架。关键词：浮吊；人字架；起重机；变幅系统。盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011The Overall Design and Renzi Jia Design of the 7000T Floating CraneAbstract: Large floating crane (referred 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 floating 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 and high technical requirements, there is a few of campanies have the ability to produce it in the world. In addition, because of the poor working conditions at sea, working conditions and other uncertainty factors, the safety and reliability requirements of the floating crane structure can not be ignored. The project design mission is the overall design and Renzi Jia design of the 7000T floating crane. It can lift goods, amplitude goods, 360 degree rotation and has other functions. 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-dimensional 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 machine performance requirements, we select a acute triangle Renzi Jia.Key word: The floating crane; Renzi Jia; Crane; Modeling.盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011目 录1 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 课题意义 .11.3 课题设计参数 .21.4 课题方案 .32 浮吊 .42.1 浮吊总述 .42.2 浮吊研究现状 .42.2.1 国外研究现状 .42.2.2 国内研究现状 .42.3 浮吊的特点 .43 浮吊的总体设计 .73.1 浮吊的组成 .73.1.1 臂架简介 .73.1.2 人字架简介 .83.1.3 臂架搁架简介 .83.2 人字架的三维建模 .93.2.1 草图的绘制 .93.2.2 模型的建立 .93.2.3 人字架材料的选择 .133.2.4 人字架重量的计算 .144 人字架设计 .164.1 人字架结构形式简介 .164.2 人字架内力分析 .164.3 变幅钢丝绳的拉力分析 .184.4 转盘弯矩分析 .204.5 人字架拼装及吊装 .234.6 小结 .235 结论 .24参考文献 .25致 谢 .26盐城工学院本科生毕业设计说明书 201111 绪论1.1 课题背景为满足经济迅猛发展带来的对市场和能源的巨大需求 ,越来越多国家开始将眼光投向占地球面积近 3/ 4 的海洋世界。因此深海资源开发、海上工程兴建正逐渐成为热潮 ,加速了对包括大型浮吊在内的海上重型机械设备的需求量。随着我国经济发展，海上工程设备的施工建设，需要大型浮吊作业。浮吊船体是整个浮吊的支撑体和工作基础平台，是重型回转起重机的承载结构，对浮吊的安全性、可靠性、工作性能均有重要影响 1。1.2 课题意义随着全球经济的发展，能源的需求与日俱增，能源供应的日趋紧张，促使各国向海洋、尤其是深海进行资源开发。海洋资源是具有战略意义的新兴领域，有着巨大的开发潜力。开发海洋对工程设备有着高度的依赖性，没有海洋工程设备的创新或高技术的突破，就不能充分开发海洋资源，也就不能实现海洋资源的可持续利用。浮吊就是起重船，是海洋工程中常用的工程船舶，在海洋资源的开发过程中起到非常重要的作用。尤其是大型浮吊，是深海资源开发方面非常重要的工程配套设备。我国的经济正处于持续高速发展阶段，在近几年大型海上工程如跨海大桥的建设方兴未艾，海洋油气开发、海上风电项目也持续不断。我国最近几年大型桥梁工程很多，有已建成的洋山深水港跨海东海大桥、上海长江大桥、杭州湾大桥、舟山群岛连岛大桥，以及在建的粤港澳大桥。这些工程的桥面板重量大，如东海大桥的桥面板，共 700 多块，起吊重量都在 2000T 左右。吊装这些大桥面板主要靠大型浮吊。东海大桥及杭州湾大桥都因为借助了大起重量的浮吊而可以加大主梁的节段长度，加快施工进度。此外，浮吊在水下救捞方面起到了重要的作用。例如，宋代沉船“南海一号” ，就是用大型浮吊“华天龙”号打捞的。除了海上设备安装之外，平台拆除也提上议事日程。我国有近百座海上构筑物已进入拆除计划。这些工程都需要浮吊。因此，随着海洋石油开发、大型海上工程、沿海风电设备安装和海难救助事业的发展，大型浮吊作为不可缺少的工程船舶，其需求将迅猛增加 2。随着海洋工程向深海发展，浮吊向大型发展，浮吊的起重能力越来越大，相应的，对浮吊上的起重机的设计制造技术要求越高。同时，由于作业范围的扩大，浮吊将要经受恶劣作业环境的考验，故对浮吊的各项性能的要求越来越高。大型浮式起重机(简称浮吊)作为工程船的一种,在海洋石油开发、大型海上工程、 沿海风电设备安装和海难救助等作业中得到广泛运用,但因其设计制造难度高,投资及技术要求高,进入门槛较高,全球有能力研发和生产的厂商不多。此外由于海上工作环境的恶劣,工作条件的不确定性等因素,对于浮式起重机结构的安全可靠性的要求更是不可忽视。因此，研究探讨对 7000T 大型浮吊整体结构进行分析的方法十分必要。1.3 课题设计参数（一）船体部分1.船体尺寸：船长：239 米；型宽：50 米；型深：20.4 米；吃水：13.4 米 （起重作业） ；拖航 8.9 米。2.自航航速：航速：11KN。(二) 起重机部分1. 主钩（双钩）固定工况：额定起重量：7000 吨；至回转中心的最大幅度：45 米（与 7000 吨对应） ；舷外幅度： 16.2 米。回转工况：额定起重量：4000 吨；至回转中心的幅度：40 米（与 4000 吨对应） ；舷外幅度：15 米；起升高度（水面上）：110 米。速度：满载: 1.25 米/分钟；空钩：10 米/分钟（含机械和电气调速） 。2. 副钩（单钩）额定起重量：1600T。起升高度（水面上）：125 米；（水面下）：150 米。速度：满载：3.5 米/分钟， ；空钩：14 米/分钟（含机械和电气调速） 。3重量参数：空船总重量：44000 吨；起重机：12000 吨；船体：32000 吨。 图 1-1 海上施工之起重船1.4 课题方案浮吊机上主要配有 2 个起重量为 3500T 的主钩和 1 个起重量为 1600T 的副钩。此外机上还设有 3 个起重量为 50T 的小钩、4 个货物钩、3 个索具钩、2 套系固装置和 2 套顶升机构。要求整机具有起升、变幅、360 回转等功能,其最大起重量在固定时为 7000T45M, 全回转为 3500T40M。人字架主要由臂架、人字架、臂架搁架等组成。浮吊里面的核心部件就是里面的臂架。它关系到整机的起重量，能否完成相应的工作量，起到应有的作用。从结构上来说，它可以分为臂架头部，臂架中部以及臂架尾部。浮吊的人字架由垂直撑架和斜撑架构成。人字架结构的设汁，不仅直接影响到它本身的承载能力和功能，而且还影响到回转结构的优劣、变幅系统的性能乃至整机的可靠性。浮吊臂架与固定在桁框架上的人字架支座通过铰轴连接，从而实现在变幅平面内的俯仰功能。浮吊航行时，臂架放平搁在搁架臂架上。2 浮吊2.1 浮吊总述浮吊,又称起重船吊。它是载有起重机的浮动平台，可以在港口内移至任何需要的地方，或是靠泊，或是移到锚地使货物转船。浮吊通常可以起吊超重货物。起重量一般从数百吨至数千吨。船上有起重设备，吊臂有固定式和旋转式的。也可用作港口工程船。用于港口装卸、水工作业、造船及海洋工程、桥梁建筑、水下救捞等。小型的一般为非自航，也有自航的。起重船上装有吊机、定位系统、动力设备及上层建筑等。大型的起重船通常为自航式，起重机为全回转式。2.2 浮吊研究现状2.2.1 国外研究现状国外从二十世纪四十年代开始研究设计浮吊。随着技术的发展，浮吊的起重能力不断提高，作业范围不断扩大，用途也多样化。在二十世纪六十年代开始设计建造大型浮吊。各大海洋工程公司拥有自己的船队。为了适应海洋工程发展的要求，各公司船队具备应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 公司的 RAMBIZ 浮吊；日本吉田公司的“第 28 吉田”号浮吊；韩国现代集团的 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。这些浮吊都具有几千吨的起重能力，而且具有多种不同的用途 3。2.2.2 国内研究现状我国浮吊的设计、制造起步比较晚，但现在已经有了很大的发展，技术水平越来越高。从开始的只有几百吨起重能力的浮吊，到可起重几千吨的大型浮吊，浮吊的数量也越来越多，有从小中型浮吊到大型浮吊的发展趋势。我国浮吊主要建于 20 世纪 90 年代以后。其中，由上海振华港机设计制造的“蓝鲸号”大型浮吊具备 7500T 的单吊最大起重能力。这些浮吊在我国的港建水工作业、造船工程、桥梁建筑、水下救捞以及各种海洋工程中均有广泛应用。2.3 浮吊的特点浮吊船又称起重船，主要用于大件货物的装卸。船上有起重设备，起重量一般从数百吨至数千吨，一般认为起重能力超过 1000 吨为大型浮吊。 图 2-1 浮吊实物图按浮吊用途，大致可分为：（1）用于海上吊装或安装、拆卸（平台、大件、结构物等）的大型浮吊（大部分装回转式起重机） ；（2）用于铺设海底油气管的起重船、铺管船，其上装有大型回转式起重机；（3）用于大型水上工程吊装的浮吊，其上多数装设固定臂架式起重机，也有设计成适应预定工程的专用浮吊。在欧洲，起重船分为：（1）SLB人字臂架起重驳船（装固定臂架起重机） ；（2）MHCV单体起重驳船（装回转式起重机） ；（3）SSCV半潜起重船（半潜平台的船体，装回转式起重机一般装 2 台） ；（4）VLSSCV特大型半潜起重船（半潜平台的船体，装回转式起重机，一般装 2 台） ；（5）PIPE-LAYING BARGE起重铺管船（装回转式起重机） 。浮吊船的主要装备就是起重机，起重机主要有两类：固定式和回转式 4。起重机臂架在船上的安装位置是固定的，只能变幅，吊重物可以在一定范围内前后移动但不能横向移动，若要大范围移动重物，需要移动整个起重船，作业能力有限制。回转起重机不仅在前后方向可移动，还可通过转台的回转，在起重船不移位的情况下完成吊重物横向移动，其机动性大大优于固定式起重机，特别在起重船两舷侧转移吊重物时更为显著。大型起重机一般采用高强度钢的桁架式臂架，有着重量轻、受风面积小、力传递合理等优点，已逐步取代曾经采用的板梁、箱型梁臂架。全回转起重机由于其重量及倾覆力矩（起重量吊幅）巨大，绝大部分浮吊回转支撑机构已全部采用滚轮式（多排） ，其支柱为焊在船舶主甲板上的大直径圆筒（直径已达3040M） ，并从主甲板延伸到船底，形成强固的船体框架和圆筒框架，便于巨大力与力矩的传递。臂架起重机与船体结构的接口是臂架铰点支座、后门架（人字架）铰点支座，通过铰点支座将巨大的负荷传到船体结构。船舶倾斜、摇摆产生的横向力对铰点支座及船体还产生弯矩。为了传递量级巨大的集中负荷，该处结构必须大大加强，与船体结构连接成强力框架。大型起重机的各机构（主副起升、变幅、回转）的驱动系统，不仅需要速度，而且要求调速平稳和适应大范围作业。近年来，随着变频调速技术的成熟和应用，逐渐取代了先前的变流机组和液压驱动机组，使起重机各机构采用变频调速交流电动机成为首选和发展趋势 5。操作、安全、保护系统日趋完善，数字化、可视化、集控化，使起重大件的海上吊装安全可靠。主要的安全保护措施有：力矩（吊重吊幅）显示，超限报警、停车，起升高度显示、限位，起重量超限报警、停止，吊钩极限位置限速，臂架角度显示和限位，变幅行程终点减速， （多机）变幅同步及绞车运行显示等。采用 PLC 实施起重机的控制、联锁。3 浮吊的总体设计3.1 浮吊的组成7000T 全回转自航浮吊结构（图 3-1）主要由臂架、人字架、桁框架 、臂架搁架等组成。浮吊臂架与固定在桁框架上的人字架支座通过铰轴连接，从而实现在变幅平面内的俯仰功能。浮吊航行时，臂架放平搁在搁架臂架上。1.臂架；2.人字架；3.防倾覆支架；4.桁框架；5,配重箱；6.底盘；7.变幅底架；8.臂架搁架；9.甲板.图 3-1 7000T 浮吊金属结构总图浮吊结构包括臂架、变幅钢丝绳、系固钢丝绳、桁框架、人字架、配重箱、回转底盘总成及回转支承等部件，如图 3-1 所示。这些结构为可旋转部分，通过滚轮支承在固定于船甲板上的圆柱筒结构上。回转支承包括水平支承和垂直支承两部分。水平支承为安装在旋转中心的中心滚子轴承；垂直支承为滚轮。臂架与桁框架通过铰轴连接。回转底盘前端安装了两个顶升支架。顶升支架下方有液压支承，在起吊 7000T 时可以承担部分载荷，用来分担滚轮所受压载 6。3.1.1 臂架简介7000T 浮吊里面的核心部件就是里面的臂架。它关系到整机的起重量，能否完成相应的工作量，起到应有的作用。从结构上来说，它可以分为臂架头部，臂架中部以及臂架尾部。其三维模型图如下： 图 3-2 臂架的三维模型图3.1.2 人字架简介7000T 浮吊的人字架由垂直撑架和斜撑架构成，其图形结构在第 4 节会出现。人字架在整体当中的重要性不可忽略。它是连接浮吊的回转机构和臂架的后部的枢纽。它的设计不仅影响到自身的承载能力，还影响到转台结构的好坏，变幅机构的性能，以及整机的工作环境。这里就不做详细介绍，第 4 节将会有具体的详细的分析。3.1.3 臂架搁架简介7000T 浮吊中的臂架搁架，从图 3-1 中可以看出，它的作用是承载臂架的。从整机的性能来考虑，臂架的工作重要性不容忽略，可是它在停止工作即静止的时候，臂架头部是落在臂架搁架上的。臂架搁架除了要能保证完全的承受臂架的重量，还要保证臂架不在水平方向上来回摆动。因此，它的定位也很重要。臂架搁架的三维模型图如下： 图 3-3 臂架搁架的三维模型图3.2 人字架的三维建模下面通过三维绘图软件 Pro/E5.0 对 7000T 浮吊的人字架进行三维建模。3.2.1 草图的绘制绘制草图基本步骤：(1) 新建好零件图后，点击草图绘制(2) 选取草图所在的基准面(3) 绘制圆形、长方形、椭圆等基本几何图形(4) 添加约束约束可分为几何约束和代数约束。几何约束表示约束两图形之间的几何关系，比如如同心、共线、平行等。而代数约束则表示两图形间的尺寸关系，比如距离，角度等。(5) 约束状态草图绘制完毕后应注意状态栏中的草图约束状态，分为欠定义、完全定义和过定义。(6) 修改草图草图绘制完毕后可以使用剪裁、延伸等操作对其进行修改 7。3.2.2 模型的建立首先，选择一个基准面进行操作，然后画出一个基本单元，对其进行拉伸处理，如图 3-4。图 3-4 拉伸处理其次，通过倒角功能对人字架的应力集中处添加倒角，防止应力集中，起到对人字架的保护。如图 3-5。图 3-5 倒角然后，通过对人字架的顶部进行穿孔，便于人字架的固定。如图 3-6。图 3-6 穿孔为了便于模型的建立，通常要进行一些其他的操作，比如基准平面的偏移。如图 3-7。 图 3-7 平面的偏移操作面板如图 3-8。图 3-8 基准平面的偏移最后进行人字架垂直撑架的模型的建立，如图 3-9。 图 3-9 人字架的垂直撑架接下来，对人字架斜撑架进行建模，如图 3-10。图 3-10 人字架的斜撑架最后进行装配，将人字架垂直撑架和斜撑架通过约束，进行配合，如图 3-11。图 3-11 人字架的装配简图3.2.3 人字架材料的选择（1）性能使用性原则根据零件的工作环境条件、力学负荷条件，按照材料的性能指标来选择相应的金属材料。 一般来说，不同的钢种都是为满足一定的性能而设计的，其化学成分、性能指标都有一定的标准，因此可根据材料力学所计算的性能指标来选择相应的金属材料。这也是最通常采用的方法。 需要指出的是，一般情况下不可能正好找到最适合的材料，那么可以选择较高一级的材料 8。（2）失效性选择原则任何机件在服役过程中，经过一定时间后，产生了一定的破坏现象，使其不能继续正常地工作，或达不到预期要求，或变得不安全可靠，丧失了或部分丧失了原有的功能，这种现象就是失效。分析该材料的零件如何失效，失效的主要原因，采取的对应措施,重新选择材料。该方法不适合新型材料零件的选择，但是可以通过分析相关零件的失效特点比照进行，之后， 通过实验，选择合适的材料，这是目前较先进的材料选择方法。（3）加工工艺选择原则任何金属材料制造的零件或部件，都是通过不同的加工工艺、采用不同的加工设备以及通过不同的加工而生产制造出来的。那么在考虑材料价格的同时，必须考虑工艺加工成本。例如有些塑料模具的材料成本只占总成本的 5%，可是加工成本却高达 50%以上。特别是当零件的体积比较小时更是如此。因此，在这种情况下，应该充分考虑材料的工艺加工性，以降低加工成本。（4）加工批量原则加工批量也影响着材料的选择。单件、小批量和大批量生产是截然不同的，大批量生产的零件，由于适用于自动化，此时，加工工艺专业化，可采用成本低廉、加工性能良好的材料，单件、小批量生产的零件，由于没有专业化加工设备，因而加工工艺问题就比较突出，这时的选材就应该特别注重考虑加工批量与工艺之间选择的问题。（5）经济原则在选材时应该进行成本核算。应该考虑材料本身成本、加工工艺成本、市场宣传成本、管理成本、包装成本、运输成本。通过成本核算，选定合算的材料。（6）资源原则不同的国家富有不同的金属材料资源, 因此，也就有不同的、相应的国家政策，在我们国家，应该尽量采用我国富产的合金元素材料。综上所述，选用 Q345B 钢。Q345B，它是一种低合金钢。综合力学性能良好，低温性能亦可，塑性和焊接性良好。用作中低压容器、油罐、车辆、起重机、矿山机械、电站、桥梁等承受动载荷的结构、机械零件、建筑结构、一般金属结构件，热轧或正火状态使用，可用于-40 度以下寒冷地区的各种结构 9。3.2.4 人字架重量的计算通过对 7000T 浮吊人字架进行三维建模，是为了对人字架的重量进行一个估算。计算建模中采用的单位分别是长度 mm，时间为 s，质量为 t，力为 N。通过Pro/E5.0 本身的模型的质量属性功能，对模型进行估重。如图 3-12。图 3-12 人字架的重量估算通过图 3-12 上显示的数据可以得出人字架的体积为 ，曲面的面3102.m积为 ，平均密度为 ，质量为 ，即为2910.7m361083.7mkgkg652500T。4 人字架设计 7000T 浮吊起重机是上海振华港机集团自主研发设计的全回转式起重机。其中的人字架结构既是臂架系统、平衡系统和变幅系统的支撑体，又与回转机构有很大的关联。因此，人字架结构的设汁，不仅直接影响到它本身的承载能力和功能，而且还影响到回转结构的优劣、变幅系统的性能乃至整机的可靠性。人字架所渉及的因素很多，比如自身的结构形式、自重、臂架系统和回转机构的连接关系、变幅结构和起升钢丝绳及补偿钢丝绳的布置问题、整机处于最小工作幅度时臂架系统和平衡系统是否与其干涉等等。所以，人字架结构的设计对于浮吊能否正常工作有着很大的关联 10。4.1 人字架结构形式简介人字架的布置位置与布置方法差别很大，其结构类型大体可以分为三类，桁架式、刚架式和桁构式。如果从外形来看的话，便有锐角的、直角的和钝角这三种。人字架的形式可直接影响到变幅力和构件的受力，因此，在确定人字架的形式时，应从减少变幅力，满足整机高度，改变构件受力及特殊要求等方面综合考虑。4.2 人字架内力分析根据浮吊的人字架部装图，对人字架的内力进行受力分析。当浮吊起吊重物时，由于变幅滑轮组拉力 的作用，其内部分析入图 4-1 所示。这里由于斜撑T管属于超静定结构，这里不对其进行分析。图 4-1 人字架受力简图首先对人字架的垂直撑架作为一个整体考虑，对其进行分析，根据力平衡和力矩平衡得到 。因为 ,所以 。又因为合01Mo131BOFxo03x力等于 0 ，所以 ， 。3Fy031x然后把人字架的斜撑架作为一个整体考虑，对其进行分析，根据力平衡和力矩平衡得到 ， 。2合所以，得到公式(1)013213211 BOFxyOTA032Fxy因为 ，KNT551 107.2cos12.4cos。2 3in03in由人字架部装图得到， ， ， 。mO921A51mBO41A7把上面的数据代入上面的公式（1） ， （2） ， （3） 。所以 ， ， ，031FxKN5207.KNFy531109.。KNy527.4接下来对人字架的垂直撑架进行强度校核，hbyA3（2）由人字架部装图得到 ， 。代入（4）得，m240h20MPaa351652409.78所以满足要求。接下来对人字架的斜撑架进行强度校核，KNT5520sin 104.3.012.4si ，Fyy33 87.697coco。520sin8.6合所以， MPaaA34541. 合所以满足要求。4.3 变幅钢丝绳的拉力分析浮吊起重机的平面框架式转盘属于高次超静定结构。图 4-2 为转盘上部结构及受力示意图，当起吊重物 时，作用在转盘上的载荷有：臂架传来的压P力 ；变幅钢丝绳的拉力 ；起升钢丝绳的拉力 ；人字架传来的拉力 和压QT起FF力 ；转盘上部结构重量 和配重 。N1G2图 4-2 浮吊起重机转盘结构受力简图由图 4-2 可知，人字架所受的拉力 和压力 主要是由于变幅钢丝绳FN的拉力 的作用而产生的。变幅钢丝绳的拉力 ，计箅如下，受力分析图见TT图 4-3，则有图 4-3 转盘结构受力分析图 HhFaWLGaPLHMTd 起sinco21cos21（3）式中： 额定起重量， ；N臂架重量， ；G作业系数，对浮吊取 1.05；1动载系数，取 1.1；2臂架长度， ；Lm作用在整个装备并换算到臂架头部的风载荷， ；WN铰点 O 到变幅钢丝绳的力臂， ；Hm铰点 O 到起升钢丝绳的力臂， 。 12h, , , ,这里不考虑KgP8.9*1076L517.2KgG8.9*10.6风载荷的情况，所以 。 ， , 。WNF0*968起 h3mH57得出 。NT523.4由式（1）可知，变幅钢丝绳拉力 与力臂 成反比，在图中，连接 可OA得：(4) sin*OAH22KS（5）即sin*2SH（6）式中： 人字架顶点 至铰点 的垂直距离， ；AOm人字架顶点 至铰点 的水平距离， 。K从式（6）可知，当 点位置固定时，无论 和 杆的位置如何变化，由ABC于 和 的大小不变，力臂 也保持不变，此时拉力 也不变化；当 点跑离SHTA点越来越远时（即 和 增大）力臂 将增大，此时拉力 便随之减小。OS从图中的 可以看出：1ODsin*si1LH（7）式中， 为变幅拉力角度。式（7）中 为定值，故力臂 的大小仅取决与 ，只要 角固定即人字架H的顶点 总在直线 上，此时不论 具体在哪一点，也不论 杆和 杆如A1OAABC何布置，力臂 总保持不变，因而拉力 也总保持不变。如顶点 在直线HT上方， 角增大， 增大，拉力 将随之减小；反之，如顶点 在直线1O的下方， 角变小， 减小，拉力 将随之增大。从上述分析可得出：钢丝绳拉力 与人字架顶点 的位置有关，当与 点相对应的变幅拉力角 增大时，拉力 减小；当变幅拉力角 减小时，拉力T增大。而 杆和 杆的相互位置及 、 点的位置变化，均对拉力 无影TABCBCT响。4.4 转盘弯矩分析 作用与转台上的各载荷确定后，便可绘制出转盘纵粱弯矩图，通常最大弯矩发生在前支撑点或后支撑点处。为了减少前支撑点处的弯矩，往往使吊臂根部铰支座尽量靠近前支撑点。甚至放在前支撑点的上方，此时最大穹矩发生在后支撑点上。也就是说，最大弯矩发生在滚轮或滚珠转盘与纵梁的连接处。当起重机起吊重物 以后，由于变幅滑轮组拉力 通过人字架传递给转盘，PT在 处产生向上的弯矩 ；当起重机空载时，由于转盘上各机构的重量、转KdM盘自重及配重的作用，在转盘危险截面 处作用着一个先下的静弯矩 。在KjM起吊重物时，装盘危险截面 处实际承受的弯矩 为：Mjd（8）为了便于分析弯矩 与人字架布置位置的关系，假设人字架端点 与dMB均处于旋转后支撑 点之外（包括 点与 点重合） 13。CKBC 图 4-4 人字架的受力分析图当起吊重物 时，装盘危险断面 处的弯矩 为PKdM)()(21alNlFMyyd（9）从 处力三角形的分解可得A221sin;sinFBcyy （10）将式（10）代入式（9）得)()( 22121 alalFMd (11)1l在 中：ABCBdadatn;t*21（12）在力三角形可得tan;tan*212 xyxy FNF（13）将上述式（12） ，(13)代入式（11）得dNFl tabBdMxxxd)(*n*tan1（14）从力三角形又可得cos;sin1TTx（15）将式（15）代入式（14）得)cossin(cosindlTdlTMd （16）式中： 顶点 与危险截面 之间的水平距离， 。lAKm图 4-5 转盘系统几何关系图从图 4-5 中可知：hdl 21cossin（17）将式（17）代入式（16）得 ThdlTMd)cossin(（18）式中： 装盘危险截面 点至变幅钢丝绳的力臂， 。hKm将式（3）代入式（18）可得HTd*0（19）从图 4-5 中还可以看出sineODEh（20）式中： 臂架铰点 至 点的水平距离， 。eKm将式（20）代入式（19）得)sin()sin10LMd（21）根据式（21）可知,对于指定的计算位置，当臂架力矩 、臂架长度 、0ML仰角 及距离 为定值时，则由变幅钢丝绳拉力 引起的弯矩 将取决于变幅e Td拉力角 。当 增大时， 增大， 减小，则 相应的增大。对于sin)si(人字架结构而言，只要 不变，即人字架的顶点 选在 直线上，不论A1O杆和 杆如何布置，也不论点 和点 如何布罝，人字架所传递的弯矩ABCBC总保持不变；当点 落在 直线以下时，由于 角变小，相应的 也变dMA1Od小；当点 落在 直线以上时，由于 角变大，相应的 也变大。1dM由以上分析可得出如下结论：当端点 和 均处于 点之外 (包括 点KB与 点重合）时，转盘危险断面的弯矩 随着人字架顶点 对应的变幅拉力KdA角 的变化而变化，当 增大时， 增大；当 减小时， 减小。 恒等Mdd于拉力 与力臂 的乘积，与 、 杆的相互布置形式和 、 点的具休THABCC位置无关。4.5 人字架拼装及吊装人字架由垂直撑架和斜撑架组成。吊装前进行垂直撑架、斜撑架和防倾覆支架三组件的拼装。人字架总质量约为 2500T，左右对称，采用双钩起吊。起吊时副钩挂住垂直撑架下端的吊耳，以防垂直撑架在起吊过程中摆动。吊装到位后先装配斜撑架与桁框架之间的销轴，然后回落副钩，将副钩下的钢丝绳松了，再将主钩回落，同时浮式起重机后移使垂直撑架与斜撑架自动分开，再装配斜撑架与桁框架之间销轴 14。4.6 小结 （1）对于相同的变幅拉力角，钢丝绳的拉力的值是不变的，采用锐角三角形的人字架杆件内力和最小，直角三角形的较大，钝角三角形的最大。因此，从杆件受力角度出发，宜采用锐角和直角三角形的人字架。锐角三角形人字架的高度长，杆件长，但是杆件受力小；直角三角形的高度低，杆件短，但是杆件的受力大，在这里结合整机的性能要求选择锐角三角形人字架。 （2）人字架的高度直接影响到起重机的高度，因此要把人字架的高度限制在适当的范围内。对于相同的变幅拉力角，锐角三角形的高度最大，直角三角形的高度次之，钝角三角形的高度最小。但从整机稳定性的要求出发的话，一般在设计时不让点落在转盘旋转半径之外，所以钝角三角形布置只有在特殊条件下才被采用。在这里选择锐角三角形人字架。 （3）变幅钢丝绳的拉力 和危险断面弯矩 的大小只与人字架顶点 的位TdMA置有关，当与点 相对应的变幅拉力角 增大时， 和 都随之增大；当变ATd幅拉力角 减小时， 和 都随之减小。至于 杆和 杆的相对位置以及dABC、 点的位置，都对拉力 和弯矩 无影响。BCd5 结论一转眼，三个多月过去了，从先开始对浮吊的不了解，通过郝昕玉老师的帮助和其他同学的指导。渐渐的，对浮吊这个海上起重机械有了客观的认识。通过查阅相应的参考文献，对它的结构，工作原理有了一定的认识。结合以前学习的知识