鉆井船新型吊車應力測試研究

鉆井船是一搜綜合性工作船，主要負責海上石油鉆井和各種海上作業(yè)。因某項還上工程作業(yè)的需求，需要拆除船上原有吊車，重新安裝一臺新型吊車。為了確保船舶和設備的安全，對吊車底座及支撐結構進行了應力測試。

改造前后吊車的技術性能與測試目的

改造前吊車數(shù)據(jù)：

吊桿長度：21m

起吊能力：最大幅度 21m（水平） 15t

          最小幅度 3.5m（水平） 15t

改造后吊車數(shù)據(jù)：

安全工作負荷：主鉤       副鉤

              9t/23.5m    3t/25m

              15t/15m

本次應力測試的目的是確定吊車在最危險的起吊負荷工況下，吊車基礎和支撐結構的應力和強度，并評價結構是否滿足海上安全作業(yè)的要求。

測試方案

1. 測試狀態(tài)

吊車安裝在船體左舷，吊車底座及支撐機構包括板、鋼管、工字鋼等構件，結構簡圖如圖1所示（圖1中1-4為被測桿件的編號，①-⑦為測點的編號）

在吊車最大負荷狀態(tài)下進行測試，根據(jù)新安裝的吊車的技術性能，吊車最大起吊負荷為起吊力矩2206KN.m，此時吊物重量為15t，吊臂仰角50°，吊物距吊車回轉中心線的水平距離為15m。

根據(jù)計算和受理分析可知，吊臂在以下3個方向上吊車基礎和支撐構件受力較大。

方向一：吊臂指向左舷，與x軸成180°；

方向二：吊臂指向船艏且與x軸成150°；

方向三：吊臂指向船艉且與x軸成210°。

2. 測點布置

參照有限元計算報告，在吊車有負荷時，圖中1、2、3、4號桿件上會發(fā)生危險情況，由受力分析確定處①②③④⑤⑥⑦號共7個測點，其中吊車基礎上布置5個測點，基礎下部斜支撐上布置2個測點。測點①②⑤用于測試彎曲應力，測點③④⑥⑦用于測試軸向應力。

3.測試儀器的組成

儀器采用聚航科技生產的JHYC靜態(tài)應變儀，儀器設置全軟件操作，數(shù)據(jù)可實時保存。應變片阻值為120Ω。根據(jù)測點布置和測試方案，接橋方式為測點①②⑤連接成雙臂半橋，兩個工作片互為溫度補償，其余各測點連接成單臂半橋，其中1個作為工作片，另一作溫度補償片。

4.應力測試結果分析及結論

在進行各種狀態(tài)應力測試之前，吊車按最危險負荷起吊并模擬運行，然后卸載就位于支架，測試系統(tǒng)調零。全部測試結束后，吊車仍就位于支架，并對測試系統(tǒng)進行零點校核。

按不同狀態(tài)依次進行試驗，應力測試數(shù)據(jù)分為彎曲應力和軸向應力，經疊加后各桿件的合成應力值列于表中，需要說明的是，在吊車無負荷的情況下，吊車結構自重引起的應力經過計算得出，且包含在表列應力值之內。

結果分析

從表中可以看出，在三種測試狀態(tài)下，吊臂指向左舷，與x軸成180°狀態(tài)時吊車基礎的應力值最大，最大應力值出現(xiàn)在桿件3中，其余各狀態(tài)應力值較小，但較大的應力值也出現(xiàn)在桿件3中?；A結構的最大應力值為σ_max=84.8MPa。

通過與計算值對比發(fā)現(xiàn)，本測試結果比計算結果普遍偏小，原因在于：

①　計算模型中，忽略了20mm厚吊車基礎圍板的影響，降低了系統(tǒng)的剛度；

②　計算過程中，計入了風力、慣性力的影響，測試時風級比計算假定要?。?/span>

③　計算過程中引入了1.3倍的安全系數(shù)，即將自重和吊物力矩放大了1.3倍，而測試時對實際力矩的應力反映，不存在放大的問題。

結論

本船吊車基礎采用D30高強度鋼，其屈服極限σ_s=315MPa，許用應力[σ]=315MPa，測試結果得到最大應力值為σ_max=84.8MPa，許用應力值大于最大應力值，故吊車基礎和支撐結構完全滿足強度的要求。