任志剛

（中海集裝箱運(yùn)輸有限公司，上海 200135）

錨絞機(jī)箱型機(jī)架優(yōu)化設(shè)計(jì)

任志剛

（中海集裝箱運(yùn)輸有限公司，上海 200135）

隨著錨絞機(jī)載荷的增加，對錨絞機(jī)機(jī)架的強(qiáng)度和剛度的要求也越來越高，現(xiàn)在逐步取消單片板機(jī)架而采用箱型機(jī)架，但箱型機(jī)架在設(shè)計(jì)上存在不足之處，給生產(chǎn)帶來了極大的不便，如制作過程復(fù)雜、生產(chǎn)周期長、材料利用率低等一系列問題，各規(guī)格不同類型的錨機(jī)制作數(shù)量非常多。所以，如何在保證錨機(jī)機(jī)架強(qiáng)度和剛度的前提下優(yōu)化錨機(jī)箱型設(shè)計(jì)來解決這些問題顯得非常重要。

箱型墻架；優(yōu)化；利用率；節(jié)約；效益

0 引言

錨絞機(jī)廣泛地應(yīng)用在各種類型的船舶上，根據(jù)船舶的不同用途和特點(diǎn)配備不同數(shù)量的錨絞機(jī)，一艘船少則裝備幾臺，多則裝備一二十臺。伴隨著大型多功能船舶和工程船的升級，對錨絞機(jī)的載荷要求也隨之提高，載荷的加大對錨機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。傳統(tǒng)錨絞機(jī)機(jī)架都是采用單片板作為墻架支撐，如圖1所示。而現(xiàn)在逐步流行箱型墻架的機(jī)架，如圖2所示。但箱型機(jī)架的設(shè)計(jì)存在不足之處。本文將分析現(xiàn)有箱型機(jī)架的缺點(diǎn)，討論如何改進(jìn)及改進(jìn)后有哪些優(yōu)點(diǎn)。

圖1 單片板機(jī)架的錨絞機(jī)

圖2 箱型機(jī)架的錨絞機(jī)

1 優(yōu)化前錨絞機(jī)箱型結(jié)構(gòu)介紹

錨絞機(jī)機(jī)架的單個(gè)箱型墻體，一般外形尺寸都不小于5 m×2.4 m×0.2 m（長×高×寬），而兩個(gè)腹板之間的距離只有200 mm～300 mm，為了保持墻架的穩(wěn)定性，需要在這么小的空間里增加縱筋板，導(dǎo)致設(shè)計(jì)箱型結(jié)構(gòu)（見圖3）時(shí)兩片腹板的其中一片只能采用整板，另一片被分割成若干小板。制作時(shí)先將縱筋板（件1）與大腹板（件2）焊接，再焊上下翼緣板，最后將分割的小腹板（件3）兩兩分焊在縱筋板的兩邊（筋板寬度超出小腹板20 mm左右[1]），這樣不僅增加了把大腹板數(shù)控切割成小板的工序，還增加了機(jī)架制作排裝的精度和難度，大大增加了焊接工作量，耗費(fèi)了大量的人工成本和焊接耗材，制造出來的產(chǎn)品（見圖 4）外形不美觀，也不簡潔。

圖3 拼接的箱型墻架

圖4 拼接的箱型墻架實(shí)物圖

2 優(yōu)化后的箱型墻架介紹

針對箱型墻架的結(jié)構(gòu)的特殊性，需要尋求一種在保持原有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度情況下，能在設(shè)計(jì)和制造上帶來簡便，且能帶來更大效益的新方法和新思路。改進(jìn)后的機(jī)架采用兩整片腹板制作（見圖5）。只是將縱筋板（件1）寬度減小，焊接在一塊腹板上（件2），不與另一塊腹板焊接，而在另一塊腹板（件3）上與縱筋錯(cuò)開的一段距離的位置用角鋼（件4）焊接在內(nèi)側(cè)作為縱筋，制作時(shí)只需要將焊有筋板的腹板（件2）先與上下翼緣板焊接好后，直接將焊有角鋼作為筋板的腹板（件3）覆蓋上去，直接焊接此板與上下翼緣板的焊縫即可[2,3]。這種設(shè)計(jì)方法簡單實(shí)用，能解決原有設(shè)計(jì)產(chǎn)生的一系列問題（見圖6）。

圖5 優(yōu)化后的箱型墻架

圖6 優(yōu)化后的箱型墻架實(shí)物圖

3 優(yōu)化前后優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.1 縮短機(jī)架制作時(shí)間，降低人工成本

優(yōu)化后的箱型機(jī)架制作省去了局部板件的中間制作過程，如鋼板數(shù)控切割、排裝精度、鋼板拼焊等，使機(jī)架的制作變得簡便多了，大大縮短了制作時(shí)間，同時(shí)也節(jié)省了在工藝和制造上所需的人力成本。

3.2 提高了單位長度鋼材的利用率，節(jié)約了原材料成本

鋼板焊接的機(jī)架中總的板件較多，不規(guī)則板也較多，而且都需要數(shù)控切割，這樣就會造成一定程度上的原材料浪費(fèi)，原材料利用率不高。而優(yōu)化后的機(jī)架都是采用整板切割，原材料利用率大大提高。制作同樣規(guī)格的部件，所耗原材料減少了，提高了單位長度原材料的利用率是一種有效節(jié)約原材料和控制原材料成本的途徑。

3.3 焊接工作量大幅減少，節(jié)約了焊接耗材

優(yōu)化前的箱型梁筋板與各個(gè)小腹板之間都是兩邊施焊，焊接工作量非常大，且分割的小腹板數(shù)量又多，所以焊接工作量相當(dāng)大，消耗焊接較多，且機(jī)架的自身焊縫需打磨，主體對接焊縫需探傷檢測。優(yōu)化后的機(jī)架制作因?yàn)槎疾捎昧苏?，筋板只需要間斷焊接，總的焊接工作量減少了50%以上，節(jié)約了焊接耗材。

3.4 機(jī)架自身的局部殘余應(yīng)力消除，制造精度增加

因?yàn)槠唇雍缚p太多容易產(chǎn)生較大的殘余變形和焊接內(nèi)應(yīng)力，從而影響結(jié)構(gòu)的承載力、加工精度和尺寸穩(wěn)定性。同時(shí)，部分筋板和腹板的交界處還會引起應(yīng)力集中，對結(jié)構(gòu)的脆性斷裂有較大影響。而優(yōu)化后的整板制作不存在以上問題。有效控制了焊接變形，大大增加了制造精度，提高了機(jī)架的產(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié)論

從以上綜合分析中可以看出錨絞機(jī)箱型機(jī)架優(yōu)化后在制作過程中（原材料利用、生產(chǎn)制造過程簡化、縮短制作時(shí)間等）帶來的直接效益。由于錨絞機(jī)通常都是批量生產(chǎn)，制造數(shù)量較多，所以優(yōu)化后的錨絞機(jī)機(jī)架箱型設(shè)計(jì)帶來的優(yōu)點(diǎn)更為明顯。同樣，這種設(shè)計(jì)思路也可以用在其他產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，如其他很多場合承載較大的機(jī)構(gòu)的底座和支撐架設(shè)計(jì)等。伴隨著原材料價(jià)格不斷上漲，人力成本不斷增高，這種優(yōu)化的箱型機(jī)架設(shè)計(jì)方法也會越來越受重視，應(yīng)用也會越來越來廣泛。

[1]馬崇山, 姚河省.材料力學(xué)教程[M].太原: 山西教育出版社, 1998.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(第一卷)[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2003.

[3]張質(zhì)文, 虞和謙.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊[M].北京: 中國鐵道出版社, 1998.

Optimizing Design for Box-frame of Winch

Ren Zhi-Gang
(China Shipping Container Line Co., Ltd., Shanghai 200135, China)

With the increasing of winch load, the strength and stiffness requirements for the winch frame are also getting higher and higher.Now the box-frame is used instead of the single board-frame gradually.But there are some deficiencies in the design of the box-frame, which brings great inconvenience to the production.For example, the production process is complex with long production period, material utilization and other problems.The quantity of different types of winches is large.So it is important how to solve the problems by optimizing the box-frame design based on ensuring the strength and stiffness of the winch frame.

box-frame; optimization; utilization rate; save; benefit

U664.4+4

A

10.14141/j.31-1981.2016.02.015

任志剛（1974—），男，輪機(jī)長，研究方向：船舶監(jiān)造。