钻井船新型吊车应力测试研究

钻井船是一搜综合性工作船，主要负责海上石油钻井和各种海上作业。因某项还上工程作业的需求，需要拆除船上原有吊车，重新安装一台新型吊车。为了确保船舶和设备的安全，对吊车底座及支撑结构进行了应力测试。

改造前后吊车的技术性能与测试目的

改造前吊车数据：

吊杆长度：21m

起吊能力：最大幅度 21m（水平） 15t

          最小幅度 3.5m（水平） 15t

改造后吊车数据：

安全工作负荷：主钩       副钩

              9t/23.5m    3t/25m

              15t/15m

本次应力测试的目的是确定吊车在最危险的起吊负荷工况下，吊车基础和支撑结构的应力和强度，并评价结构是否满足海上安全作业的要求。

测试方案

1. 测试状态

吊车安装在船体左舷，吊车底座及支撑机构包括板、钢管、工字钢等构件，结构简图如图1所示（图1中1-4为被测杆件的编号，①-⑦为测点的编号）

在吊车最大负荷状态下进行测试，根据新安装的吊车的技术性能，吊车最大起吊负荷为起吊力矩2206KN.m，此时吊物重量为15t，吊臂仰角50°，吊物距吊车回转中心线的水平距离为15m。

根据计算和受理分析可知，吊臂在以下3个方向上吊车基础和支撑构件受力较大。

方向一：吊臂指向左舷，与x轴成180°；

方向二：吊臂指向船艏且与x轴成150°；

方向三：吊臂指向船艉且与x轴成210°。

2. 测点布置

参照有限元计算报告，在吊车有负荷时，图中1、2、3、4号杆件上会发生危险情况，由受力分析确定处①②③④⑤⑥⑦号共7个测点，其中吊车基础上布置5个测点，基础下部斜支撑上布置2个测点。测点①②⑤用于测试弯曲应力，测点③④⑥⑦用于测试轴向应力。

3.测试仪器的组成

仪器采用聚航科技生产的JHYC静态应变仪，仪器设置全软件操作，数据可实时保存。应变片阻值为120Ω。根据测点布置和测试方案，接桥方式为测点①②⑤连接成双臂半桥，两个工作片互为温度补偿，其余各测点连接成单臂半桥，其中1个作为工作片，另一作温度补偿片。

4.应力测试结果分析及结论

在进行各种状态应力测试之前，吊车按最危险负荷起吊并模拟运行，然后卸载就位于支架，测试系统调零。全部测试结束后，吊车仍就位于支架，并对测试系统进行零点校核。

按不同状态依次进行试验，应力测试数据分为弯曲应力和轴向应力，经叠加后各杆件的合成应力值列于表中，需要说明的是，在吊车无负荷的情况下，吊车结构自重引起的应力经过计算得出，且包含在表列应力值之内。

结果分析

从表中可以看出，在三种测试状态下，吊臂指向左舷，与x轴成180°状态时吊车基础的应力值最大，最大应力值出现在杆件3中，其余各状态应力值较小，但较大的应力值也出现在杆件3中。基础结构的最大应力值为σ_max=84.8MPa。

通过与计算值对比发现，本测试结果比计算结果普遍偏小，原因在于：

①　计算模型中，忽略了20mm厚吊车基础围板的影响，降低了系统的刚度；

②　计算过程中，计入了风力、惯性力的影响，测试时风级比计算假定要小；

③　计算过程中引入了1.3倍的安全系数，即将自重和吊物力矩放大了1.3倍，而测试时对实际力矩的应力反映，不存在放大的问题。

结论

本船吊车基础采用D30高强度钢，其屈服极限σ_s=315MPa，许用应力[σ]=315MPa，测试结果得到最大应力值为σ_max=84.8MPa，许用应力值大于最大应力值，故吊车基础和支撑结构完全满足强度的要求。