船用起重機的主臂強度校核

1、 材料力學III期末研究報告船用起重機的主臂強度校核姓 名：XX 指導教師：XX學 號：XXXXXXXX學 院：動力學院專業(yè)班級：能動X班 2016年6月【背景】主臂是船用起重機的主要受力部件之一，多種載荷都作用在主臂上。本文將以國家海洋技術中心發(fā)布的船用起重機的主臂強度校核方法研究為基礎，著重計算極限情況下的主臂受力并進行強度校核，為選擇主臂的材料提供一定的參考意見?！娟P鍵字】船用起重機 強度校核 極限情況 受力分析 模型建立與推導船用起重機由塔身連接主臂，主臂后端還有一節(jié)折臂。折臂是可以自由上下轉(zhuǎn)動的，但只有折臂與主臂在一條直線上時，也就是達到最大回轉(zhuǎn)半徑時，力臂達到最長，因此該狀態(tài)應該是

2、強度校核的最合理狀態(tài)。1. 基座；2. 底座；3. 塔身；4. 操作臺；5. 主臂；6. 折臂；7. 變幅油缸；8. 折臂油缸；9. 起身絞車如上圖所示為船用起重機的簡圖，根據(jù)分析，我們得到主臂受力主要包括：1.自重載荷；2.起升載荷；3.風阻力；4.船舶運動引起的慣性力。主臂的受力分析 折臂完全展開與主臂成一條直線，可以將主臂和折臂視為剛體，將其簡化為一個絞支懸臂梁，如下圖所示。1圖中C點為支點，E點為重物懸掛點，主臂承受的載荷包括：重物載荷Fy（原文使用的因素載荷，這里對其進行簡化）、折臂自重F1、折臂油缸重量F2、除去AC段外主臂的自重F3，(本文中所有的F1,F2,F3,Fy與q1,q

3、2,q3,Qy等同，圖例使用的q1,q2,q3,Qy,下面的計算中也是一樣)通過這些參數(shù)我們可以列出各載荷對C點的彎矩方程（順時針為正）：解得：再計算風阻力對C點的彎矩。這里不采用參考論文評估風的力的大小。風阻力分為兩個部分，一部分作用在主臂上，一部分作用在重物載荷上。作用在起重機主臂上的等效風應力Fw按下式計算：（N）； V代表風速(m/s)，A1表示主臂與折臂的上側(cè)面積。作用在重物載荷上的等效風應力Fn按下式計算： （N）； A2表示重物的上側(cè)面積。因此，風阻力的受力圖可以用如下的示意圖表示：據(jù)此可以列出風阻力對C點的彎矩方程（這里僅僅討論了垂直方向的彎矩，之后會補充討論參考論文所沒有的水

4、平方向的彎矩）：解得：最后計算船舶運動引起的慣性力力矩，這部分的計算由于涉及專業(yè)實驗數(shù)據(jù)測量所以直接使用參考論文的計算方法。 作用在支點C上的慣性力主要包括船舶運動引起的 CE段主臂的重力 Qq垂直于甲板的慣性力 Q1' 和船舶運動引起的重物載荷 QY 垂直于甲板的慣性力 Q2'。這兩種慣性力都由下式計算：Q1(Q2)=0.8(動橫搖+動縱搖)+靜合成力式中：動橫搖為船體橫搖引起的垂直于甲板的慣性分力；動縱搖為船體縱搖引起的垂直于甲板的慣性分力；靜合成力為靜載荷垂直于甲板的慣性分力。動橫搖Qh：式中： 為橫搖角，由船舶設計建造時確定；y 為船體縱向中心線至起重機中心線平行于甲板

5、的橫向距離；Tr為橫搖周期；Qq為CE段主臂的重力，即F1+F2+F3。式中：B為型寬；GM為裝載船舶的初穩(wěn)性高度。 動縱搖：式中：為縱搖角，由船舶設計建造時確定；x 為縱搖運動中心至起重機中心線平行于甲板的縱向距離；TP為縱搖周期。其中： 靜合成力： 根據(jù)載荷Q1和Q2的受力點可以繪制出兩個載荷的受力圖如下圖所示：W為CE段主臂的重心，即為慣性力Q1的受力點。得到慣性力矩： 主臂強度校核： 主臂承受彎曲應力： W為抗彎截面系數(shù)，假設主臂界面為高h寬b的矩形，則W=bh2/6。下面給出實際數(shù)據(jù)進行計算：假設 ，吊起的重物為一個40尺開頂柜集裝箱：內(nèi)容積為12.01x2.33x2.15米，配貨毛

6、重30.4噸，體積65立方米。主臂自重3噸，折臂自重1.5噸，折臂油缸0.2噸，g取9.8m/s2。據(jù)此可以計算出假設主臂的h=1.5m b=1.5m，折臂的h=0.8m,b=0.8m,當前為10級風狀態(tài)，即風速v=29m/s?？諝饷芏葹?.29kg/m3。據(jù)此可以計算出Fw=24519N Fn=15179N 假設船的橫搖角為10°，y=10m，Tr=5s，Qq=46060N，Qy=297920N，縱搖角，x=30m，Tp=1s 據(jù)此可以計算出動橫搖Qh=12897N 動縱搖Qz=19345N 主臂的靜合成力Q01=339803N 重物的靜合成力Q02=588604N Q1=365597N Q2=614398N 則主臂承受彎曲應力：=789MPa下面分析主臂C點的側(cè)向受力：C點側(cè)向的彎矩主要由風的阻力Fcf和船瞬時加速時的慣性力FcQ引起。風阻力的等效受力點在W處，慣性力的等效受力點也近似位于W處。假設當前仍為10級風狀態(tài)，即風速v=29m/s，則Fcf=24519N假設目前加速度為a=2m/s2，則主臂與重物總的慣性力為FcQ=69800N 則 則主臂承受的側(cè)向彎曲應力：結(jié)論 主臂材料的選擇既要滿足強度要求，又要考慮材料對環(huán)境的適應性，實際應用中選用了Q345D鋼，主臂內(nèi)部加入肋