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摘要：隨著經濟水平的不斷增長，我國的港口機械制造行業呈現出繁榮發展的態勢，為港口貿易提供了充足的保障。港口機械制造行業的競爭越來越激烈，只有不斷完善港口機械制造的相關技術，才能夠保障企業的發展活力，提升企業在市場競爭中的有利地位。其中，港口機械鋼結構細部處理工作至關重要，是保障港口機械質量的關鍵點。應該不斷加強資金和技術投入，提升港口機械鋼結構細部處理的水平，促進港口機械制造行業的發展。本文將從主要荷載、理論分析、模型處理和荷載計算等角度，對港口機械鋼結構細部處理問題進行深入研究。

關鍵詞：港口機械；鋼結構；細部處理

0引言

港口機械包含的種類豐富，比如門座起重機、輪胎吊、皮帶傳送機和卸船機等等，其中卸船機和門座起重機是兩種非常關鍵的港口機械設備，對于保障港口的生產效率具有至關重要的作用。卸船機承受的荷載有水平、垂直和側向的，主要包括起升荷載、自重、風荷載等。港口機械鋼結構本身具有一定的復雜性，加上在工作生產中的受力狀況具有不確定性，導致了港口機械鋼結構細部處理成為保障其生產效率的關鍵點。對于自重的減輕，首先應該保障港口機械鋼結構的剛度和強度能夠滿足生產要求，這是因為整機重量和輪壓分布會受到港口機械鋼結構外伸距的影響。機械設備的翻重和起升荷載，是座式起重機鋼結構承受的主要荷載，也應該與卸船機一樣加強鋼結構的細部處理，保障其良好的應用效果。

1港口門座起重機和卸船機的主要結構

卸船機主要由大車行走機構、抓斗、漏斗、小車、臂架俯仰機構、噴水壓塵系統、牽引系統等構成，能夠大大提升港口生產的效率，實現最大的組件標準化，在使用的過程中也無需頻繁維修，保障了運行的可靠性[1]。港口門座起重機結構主要包括了傳動設備、驅動設備、取物設備、制動設備等，具有起升、回轉、變幅和運行結構。作業特征、要求和環境，是安頓起重機整體結構的主要依據。

2港口機械鋼結構細部處理問題分析

2.1主要荷載及細部處理問題

港口機械設備額定功率的制定，應該由專業的技術人員根據實際情況和設備情況進行制定，這是提升工作效率和質量的關鍵點，能夠保障在生產的過程中港口機械設備運行良好，促進港口生產活動的高效運轉，提升經濟效益的同時，保障生產的安全性。在設計港口機械設備的過程中，其中最重要的一點就是避免設備出現較多的閑置時間，這是降低能耗、提升資源利用率的關鍵所在。對于港口機械設備自身容積的規定，是設計師在設計港口機械設備時應該注意的問題，這也是整個設備的荷載基礎[2]。對于卸船機來說，抓斗容量的設計是關鍵點。為了避免斷裂情況因為卸船機局部承載力不足而出現，設計師還應該不斷加強卸船機的細部結構處理，能夠減少或者避免在卸船機中出現局部變形等情況。如果出現變形或者斷裂的狀況，不僅僅會影響港口的生產效率，延緩生產進度，更會存在很大的安全隱患，對于工作生產人員造成嚴重的安全威脅。為了保障卸船機結構的整體強度，應該注重對于內部桿件的實際連接情況的處理，這對于提升卸船機的性能具有重要意義。在焊接的過程中，應該將一部分焊接工藝孔進行預留，提升焊接的水平。在桿件施工的過程中，應該嚴格遵循相關規范和流程，提升桿件施工的合理性與科學性[3]。在卸船機的常年工作中，故障最容易發生在桿件結構和焊接點的位置，維護人員應該對這兩個位置進行定期檢修，及時發現其中存在的安全隱患，采取具有針對性的解決措施，保障卸船機運行的安全性與穩定性，促進港口生產活動的順利進行。

2.2鋼結構細部處理的理論分析

在進行港口機械鋼結構焊接的過程中，為了避免應力集中的狀況出現，采取的焊接工藝應該能夠避免三條焊接縫之間的交叉。為了避免三條焊接縫之間出現交叉，可以采用上述預留工藝孔的方式，但是這種方式也存在一定的局限性，那就是應力集中的狀況會在工藝孔周圍區域出現，影響整個港口機械鋼結構的質量及應用效果[4]。通過分析均勻受拉平板，能夠發現板應力會受到圓孔的影響。尤其是當板比較大而圓孔較小時，產生的應力集中情況會更加明顯，應力集中因子能夠表示板上兩個點之間的應力比值，當圓孔受到單項拉伸時，其應力集中因子為3，當圓孔受到水平和垂直兩個方向的拉伸時，其應力集中因子為2。應力集中是在港口機械鋼結構細部處理中經常面臨的問題，當局部增高的情況發生在應力梯度時，就會出現應力集中的狀況，尤其是當港口機械鋼結構形狀出現嚴重變化時，應力集中的情況會更加明顯，比如在缺口處、剛性約束位置、空洞處和溝槽處等等。疲勞性裂紋會因為應力集中現象的存在，而出現在港口機械鋼結構中，也有可能導致斷裂狀況發生在脆性材料的零件中。物體的幾何形狀、加載方式等等，都會影響應力集中處的最大應力值，理論應力的集中因數值和局部應力的增高程度參數，可以通過應力集中真實的反映出來，屬于峰值應力與無應力集中狀況下的名義應力比值，荷載狀況與名義應力比值無關。

數值方法和實驗方法，是確定港口機械鋼結構應力集中因素的兩種常見方法，對于圓孔有限大的矩形薄板兩端的均勻受拉情況，可以通過ANSYS軟件進行分析，圓孔直徑和板寬比值，會對應力集中因素產生一定的影響。利用ANSYS軟件對于應力集中情況進行分析，具有較強的可靠性，網格劃分的密度，也與應力集中的因素收斂性之間存在密切關系。除了圓孔直徑和板寬比值會影響矩形薄板應力集中因數外，長寬比也會造成一定的影響。根據上述應力集中因子的規定可以看出，當圓孔直徑和板寬比值接近于0時，那么應力集中因素與3接近；當長寬比大于2時，長寬比變化對于應力集中因素的影響可以忽略不計，因此能夠利用近似值進行計算[5]。在焊接人員對工藝孔進行焊接的過程中，除了應該避免焊接縫交叉之外，還應該減少工藝孔周圍的應力集中狀況，保障港口機械鋼結構的質量穩定性。

2.3港口機械鋼結構模型處理及荷載計算

在構建模型的過程中，應該嚴格按照圖紙進行，保障模型能夠符合港口機械鋼結構實際情況，殼單元與梁單元混合的方式應該應用于有限元模型的構建當中，精準應力結果的獲取能夠在壁厚正方向實現，線性和靜態是計算過程的兩種主要狀態[6]。

2.3.1港口機械鋼結構模型構建原則

避免在同一個模型中進行鋼結構和大車行走機構的分析；梁單元的建模方式應該應用于整體鋼結構的設計中；殼單元的建模方式應用于細部鋼結構的處理中，剛性約束可以通過殼單元與梁單元的混合運用來實現；注重立柱低端的約束力，保障能夠向三個方向進行釋放；港口機械鋼結構自重、設備工作中的荷載和節點重量，是荷載計算時應該全面考慮的內容；剛度的傳遞應該保持適當距離，對于三個方向的彎矩和力進行充分考慮，形成平均應力，能夠對連接點的應力分布情況進行有效反應。

2.3.2幾何尺寸

對于港口機械鋼結構的重要連接點進行有效選擇，是建立計算模型的重要基礎和前提，還需要對網格規劃情況進行嚴格分析，2.5-10cm是單元大小的合理范圍，建模工作應在全局坐標下進行。在建模的過程中，X軸與大車的軌道方向垂直，Y軸沿豎直方向，Z軸與大車軌道方向平行[7]。

2.3.3聯接點幾何特征

聯接點模式主要包括：直徑700×12的圓管作為后拉桿；700×12的圓管作為后拉桿連接板和后拉桿直徑；3200mm×1800mm為聯接板尺寸；1500×1000梁作為后大梁的聯接拉桿；300×8的圓管作為側邊圓管；980mm×720mm的箱型梁作為聯結以后大梁及上橫梁桿件。

2.3.4計算過程

邊界條件為模型支撐，保持距離的合理性，傳遞剛度，對于三個方向的力和彎矩進行分析，組合應力形成平均應力，實現連接點應力分布情況的分析[8]。

2.4計算結果分析

在材料的選取中，應該嚴格按照要求進行，Q345材料，極限345MPa，材料線性彈性模型量E=2.1×105MPa。

2.4.1聯接點計算結果分析

230MPa為平均應力值，處于前拉桿聯接板與大梁連接處的后拉桿。連接后大梁后拉桿的圓管，較容易出現危險點。焊接工藝孔造成的截面變化，是引起應力集中的重要原因，并且會在相鄰區域產生擴散，降低最大應力的方式是覆蓋工藝孔。541MPa為后拉桿圓管集中應力值，230MPa為工藝孔被覆蓋后的最大應力值。230MPa為工藝孔被覆蓋后的后大梁最大應力值，能夠保障生產的安全性。

2.4.2降低應力的方法

為了對傳力的路徑進行改變，避免在應力孔周圍傳力，可以采用焊接長腰型蓋板的方式，能夠有效減少應力集中的區域。此外，實現節點板插入深度增加的方式，也能夠起到降低應力的作用，主要是通過增加截面過渡平緩度來實現。

3結語

有限元分析法，是在進行港口機械鋼結構細部處理問題分析時的常用方法，對于港口機械鋼結構的應力處理，是細部處理中的關鍵內容。工作人員應該對于應力集中的部位進行深入分析，利用數值方法和實驗方法，確定港口機械鋼結構應力集中因素。在構建模型的過程中，應該嚴格遵循相關規范和原則，對于幾何尺寸和聯接點結合特征進行深入研究，有助于應力值的有效計算。

參考文獻：

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[3]甘文兵，毛磊，戚戰鋒.基于有限元法的卸船機鋼結構開裂原因分析[J].機械研究與應用，2014，27（06）：52-53，57.

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[6]王勇.基于ANSYSWorkbench的卸船機鋼結構分析[D].吉林大學，2012.

[7]童民慧，王悅民.大型港口機械鋼結構細部處理問題的研究[J].起重運輸機械，2008（11）：70-73.

[8]謝天生，朱建華，呂廣宇.港口機械安全性與港口生產安全[J].港口裝卸，2005（05）：119-120.

作者:彭云卿 單位:上海電力環保設備總廠有限公司