核电工程大吨位环轨起重机参数优化研究

随着核电技术发展，设备拈集成程度在不断提高，拈质量越来越大，对吊装设备的要求也越来越高。目前国际上大吨位起重机主要分双履带起重机和环轨起重机 2种形式，其中双履带起重机主要 有德 马格 CC8800、兰普 森 L甩 -2600B、中联 ZCC3200NP、三- SCC8600o、徐工XGC88000等代表性产品，但这类整机布置方式均存在接地比压大 (最大的达到200 MPa)和回转平稳性差等问题。而环轨垫板形式因其接地比压小，运行平稳等优势得到了广泛认可，国外有代表性的环轨起重机生产厂商主要有 Bigge、Mammoet、Sa-rens等公司 j，但目前环轨半径等参数的确定尚未公认的理论研究。

针对核电建设工期长、拈重、2个反应堆同时施工的特点，本文提出用 1台位于2堆中间、能进行安全平稳回转并且覆盖整个核电设备吊装区域的环轨起重机来满足这-需求的设想。本文的国家863计划课题，千吨级超大起重机 (2012AA041804)- 28- 优化研究就是在此前提条件下展开的，优化的结果将为整机设计提供有意义的理论支撑。

1 模型简化已知 2个核岛中心距210 In，核岛设备中最重的拈为CA01，重约 1 500 t，最高的为CH73模块，吊载时要求吊钩高度达到 100 In，因此按幅度105 m，起重量 l 500 t，起升高度 100 m的工况来建立优化模型。为保证臂架与CH73拈不发生干涉，该工况下臂头高度设定为120 11。

根据基本模型，主臂采用 A型臂架结构，下铰耳距地面高度为5 m，主臂下铰点分别位于前车架 2组承重轮作用中心上，整车依靠环轨能进行360。旋转，从而保证2个反应堆的同期吊装作业。

为提高产品的通用性，设置 3种主臂安装长度，分别为92 m、116 m、140 In，其中140 In臂用于吊装核岛设备，短臂用于其他工程或更重物品的吊装，设计最短臂 (92 In)在最小幅度 (臂架仰角 8O。)时的额定起重量为 3 600 t。

《起重运输机械》 2013(8) 根据上述工况参数 ，建立产品的三维模 型，如图 1所示。依据模型运动仿真的结果，对模型进行简化。因台车部分随半径变化不大，故在本优化中按定值考虑，简化后的模型及主要参数见图2。

图 1 产品三维模型图2 简化后的模型及主要参数2 优化建模如图 2所示，模型主要包括主臂、桅杆臂、《起重运输机械》 2013(8)拉板、后拉杆以及配重、轨道和垫板等部分都有相应的制造成本，而随着 自变量的改变，相应部分参数都会改变，导致总成本的变动。本优化研究的目标就是通过优化设计变量，使产品的总成本达到最低。

2.1 建模思路从结构强度人手，在构件能满足强度要求的基础上，施加稳定性约束，建模流程为：计算臂长-计算各夹角-计算受力 计算截面积-计算质量-根据各拈造价建立成本函数-施加约束进行成本优化。

根据前述，起重机不仅要满足核电工况，而且要满足短臂最小幅度 3 600 t的起吊工况，故起重机各部分以这2种工况中受力最大的进行分析。

这里先以幅度 30 m，跨距 15 m，后拉杆高度60 m的样本进行分析，各部分受力如图3所示。由图3可以看出，吊最大起重量时主臂受力大，吊 CA01拈时桅杆、后拉杆和拉板受力较大，因此，主臂截面积按照吊载最大起重量受力计算 ，其他 3部分按照吊载 CA01拈受力计算。

2核电CA01拈吊装工况 最短臂3 600 t3装工况图3 2种工况各部分受力2.2 优化模型1)目标函数对最终的成本进行优化，即目标函数为Qc1(G1G2)c2(GG4G5G6G )c3Pc4Js (1)式中：Q为总成本；G ～G 分别为主臂、桅杆、拉板、后拉杆、轨道、垫板的质量；G 为车架部分总重，取 450 t；P为配重质量；c 为桁架构件的制造成本，取2万 t；C：为钢板构件的制造成本，取 1.5万 t；C 为配重的制造成本，由于配重可采用集装箱内填充物形式，成本大幅降- 29 - 低，取 0.2万fr/t；c 为地基的制造成本，接地比压不超过60 t/m。取0.1万fr/m ，超过60 t/m 取0.2万fr/m ；S为需处理地基的面积。

2)约束方程① 稳定性约束 考虑前倾稳定性，倾覆线为主臂下铰点连线，为保证安全，应使倾覆力矩不大于稳定力矩的90%[2，3 3，即， G.、 IG 1.c赢 式中：G为吊重，C为吊重力臂，d为配重力臂 (即前后车距离)。

② 接地比压约束 接地比压应控制在许用范围内，其约束为CGG1G2G3 p - - - ≤[p] (3)式中： 为后拉杆所受拉力，即吊载时所需的平衡配重；口为主臂跨距对应的圆心角；r为环轨半径；b为垫板宽度，取4.5 Il；m [P]为经过-般处理地基的许用接地比压，取 60，t/m 。

2.3 变量及其范围选取1)环轨半径根据分析，设计者最关心也是最重要的变量即环轨半径，其变化不仅影响到臂架部分的变化，