3E—PLUS岸桥辅助工装整机运输技术研究

    李刚+刘峻

    摘 要：根据3E-PLUS岸桥运输及安装特点，对岸桥整体运输辅助工装件强度校核，证明超大轨距岸桥应用辅助工装件整机运输在技术上是可行的，并且经过了实际工程项目的验证，为今后类似项目的实施提供了参考和借鉴。

    关键词：3E-PLUS岸桥；辅助工装；整机运输；海运工况；有限元；强度

    中图分类号：U693 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）08-0048-03

    1 概述

    随着世界贸易的日趋繁荣，航运业也蓬勃发展起来。作为航运业中的重要组成部分——集装箱航运的发展尤为迅速。上世纪90年代，出现的超巴拿马级集装箱船，极大地提高了集装箱航运的运载量和效率，并引发了一系列相关配套码头、港口机械的改革和创新的热潮。

    随着制造技术的不断进步，进入21世纪以来，集装箱运输船只的建造规格变得越来越大，使得码头岸桥也需要不断提高性能，以满足此类运输船的装卸需要。由于常规的岸桥轨距小、前升距短，已经无法胜任此类超大型集装箱运输船的装卸工作，岸桥的大型化发展已是大势所趋。

    此次公司为阿联酋迪拜DPW用户建造的3E-PLUS超大型岸桥是迄今为止世界上轨距最宽、大梁最长、高度最高、吊重量最大的岸桥设备，该机型起升高度可达54米，前伸距为80米，后伸距为29米，轨距50米，双吊具下最大起重量为120吨。该岸桥整机重量2600多吨，重心高度为47.3米。 从各项性能参数上来看，3E-PLUS超大型岸桥无疑是当今世界上岸桥中的巨无霸。

    公司特种运输船队中型宽最大的运输船的型宽仅为44米，无法满足50米轨距岸桥直接装载的条件，为此我们研究了岸桥辅助工装整机运输技术。

    2 岸桥辅助工装设计

    2.1 设计难点和要点

    3E-PLUS超大型岸桥作为近年来罕见的超长轨距岸桥，50米轨距的长度较公司型宽最大的运输船的44米型宽还长6米。为了能使海陆侧均能购落在运输船甲板上，需要将岸桥的轨距缩短至少10米以上。

    3E-PLUS超大型岸桥的另一个特点就是重，整机重量达到2600多吨，使辅助支腿要需要坚固以满足巨大的腿压载荷下的滚装要求，并能够承受海运工况下的加速度作用力的影响，同时辅助支腿的布局还要兼顾滚装滚卸时的便利性。

    经计算，当岸桥轨距缩小为36米后，辅助支腿侧受力达1600多吨，如用公司自有的400吨台车承载，常规的4部台车布局显然无法满足发运要求。为了在满足发运要求的前提下，同时尽可能减少工装的用量，经过反复研究计算，设计出了“海四陆六”的台车布置方式，即海侧仍旧沿用4部400吨台车的常规布局，而辅助支腿侧调整为6部400吨液压台车，并且有针对性地设计辅助平衡梁的台车安装位置，使辅助支腿侧的4部台车的卸船轨道与海侧台车共轨。这不仅大大降低了每部台车的承载轮压，而且还大幅度减少了卸船工装用量和装卸船期间铺排轨道的工作量，如图1。

    综上，根据该类岸桥的上述特点，结合公司现有运输船舶参数，以及岸桥自身重心位置等数据。首先，在岸桥联系横梁下设计辅助支腿及其附属支撑结构；其次，拆除岸桥陆侧大车行走，使岸桥轨距“缩减”为36米（参考运输船型宽44m，预留海绑空间），从而实现整机运输的目的。辅助工装主要包括辅助支腿、辅助平衡梁、水平支撑、辅助支腿与立柱连接斜撑等。

    3 海况分析

    3.1 海运加速度计算（波浪作用）

    从波浪数据库中取出运输航线在实际运输时间段的最大浪高值，然后，结合岸桥整机运输装载情况，利用装载仪、海运工况计算等相关软件，得出运输船航行过程中岸桥的海运加速度方程。

    取值条件：1/1000加速度最大平均值，6米有义波高；风速26m/S，波浪谱峰周期8.8～13.4秒；H：轨道踏面以上距离，单位：米。

    3.2 风力作用计算

    采用估算方法计算风力荷载，并转化为加速度值。参数：设计风速26m/s，风压计算经验公式V2/1600，迎风系数取1.1，根据设计资料得到迎风面积：平行大车方向-1707m2、垂直大车方向-2364m2，风力作用高度52m。

    根据计算平行大车方向风力79.4t，垂直大车方向109.9t，加载时，风力方向与波浪同向。

    4 有限元校核分析

    4.1 坐标系

    X-船舶纵向；Y-船舶横向；Z-垂向。

    4.2 海运工况设计

    将风力转化为加速度形式。同时对波浪加速度计算结果进行转化，由线性方程形式转化为线加速度+角加速度形式。然后，根据载荷作用方向对整机运输海况进行工况设计，如表2：4.3 有限元模型

    本文采用ANSYS软件对海运岸桥进行结构计算。其中，建模中用到了BEAM188，MPC184，LINK180，MASS21等单元，模型中进行了必要的简化等效。对于岸桥上部结构，采用了质量点等效方式，结构模型如下：

    4.4 校核标准

    材质：Q345b，许用应力如表3。

    4.5 整体应力计算结果

    对六种工况分别进行了有限元分析，计算结果汇总如下：

    由表4可知：最大应力出现在横浪状态，最大应力127.7Mpa小于许用应力295.5Mpa，满足要求。

    4.6 局部构件分析

    4.6.1 辅助工装

    辅助工装最大应力出现在横浪状态，如图6。整体应力在许用应力范围内，且有一定的安全系数，符合运输海况要求。

    4.6.2 海运绑扎撑杆

    海绑撑杆最大应力出现在横浪状态，如图7。整体应力在许用应力范围内，符合运输海况要求，且有进一步优化的空间。

    4.6.3 辅助工装与联系横梁连接处

    基于以往安装辅助支腿的现場经验，此次方案设计时着重将连接处均为法兰面连接，在卸船卸船将辅助支腿拆除后，可运回基地安装在后续航次的同类岸桥上，如此重复循环使用，在最大程度上节约了项目的工装成本。

    如图8所示，辅助工装与联系横梁采用法兰和抗剪块结合的连接方式，从计算数据中取出该处节点最大横梁力（抗剪块方向）为95.04t，由同方向两块抗剪块分担，每块抗剪块抵抗约47.52吨的力，经校核，抗剪块、焊缝均满足设计要求。

    5 结论

    根据各类辅助工装设计方案的比较、工装件结构强度分析，该套辅助工装满足岸桥整机运输要求。利用有限元方法对岸桥整体海运工况进行分析，给出设计参数，并对结构进行设计优化，能起到降本增效的作用。该项目已经实施，从此验证了该技术的可行性，也为类似项目提供了很好的参考。