
一、高强度与抗疲劳性能
(1)材料强度要求
需采用高强度低合金钢,其屈服强度通常在 355MPa 以上,抗拉强度达 510-660MPa,能承受船舶倾斜(通常设计纵倾 ±5°、横倾 ±15°)和波浪冲击产生的附加载荷。
关键受力部件(如臂架、回转支承座、基座)需通过调质处理或正火处理,提高材料的综合力学性能,避免在交变载荷下发生塑性变形。
(2)抗疲劳设计
金属结构需按 “无限寿命” 设计,通过有限元分析优化应力分布,重点部位(如臂架铰点、法兰连接)采用圆弧过渡减少应力集中。
焊缝质量需达到 ISO 13919-1 标准的 B 级以上,关键焊缝进行 100% 无损检测(UT+MT),并通过焊后消应力处理(如振动时效)降低残余应力,避免疲劳裂纹萌生。
二、耐腐蚀性要求
(1)材料耐候性
直接暴露在海洋环境中的结构件(如臂架、立柱)优先采用耐候钢(如考顿钢)或低合金耐腐蚀钢,其铬、镍、铜合金成分可形成致密氧化层,提高抗盐雾腐蚀能力。
对于无法使用耐候钢的部件(如高精度连接座),需采用 316 不锈钢(含钼元素,抗氯离子腐蚀)或双相不锈钢,适应高湿度、高盐分环境。
(2)表面防护处理
所有金属结构表面需经过喷砂除锈(达到 Sa2.5 级),再涂覆专用海洋防腐涂层:底漆采用富锌底漆(干膜锌含量≥80%),中间漆用环氧云铁,面漆用氟碳漆或聚硅氧烷漆,总干膜厚度≥250μm,确保 5 年以上的防腐周期。
缝隙部位(如螺栓连接、铰轴配合面)需填充聚硫密封胶,并定期注入润滑脂(含防锈添加剂),防止海水渗入引发缝隙腐蚀。
三、抗振动与冲击性能
(1)动态刚度设计
金属结构需具备足够的动态刚度,臂架在额定载荷下的最大挠度≤L/300(L 为臂架长度),避免起吊时因共振产生剧烈晃动(尤其在船舶摇摆时)。
回转平台与船体基座的连接采用弹性缓冲装置(如橡胶减震垫),降低船舶航行振动向起重机结构的传递。
(2)抗冲击载荷能力
结构需能承受突发冲击载荷,如吊具意外碰撞、货物起吊瞬间的动载(动载系数取 1.3-1.5,高于陆用起重机的 1.1-1.2)。
在臂架头部、变幅油缸支撑点等易受冲击部位,增设加强筋或护板,采用 “以柔克刚” 的设计思路(如局部结构采用低屈服点钢),通过塑性变形吸收冲击能量。
四、轻量化与紧凑性要求
(1)减重设计
船舶甲板的承载能力有限(通常≤50kN/m²),金属结构需在满足强度的前提下轻量化,采用箱型截面(比实体截面减重 30% 以上)或桁架结构(如臂架采用空腹桁架),并通过拓扑优化去除冗余材料。
关键部件(如伸缩臂滑块)采用高强度铝合金或纤维增强复合材料(FRP),进一步降低自重。
(2)空间适配性
结构布局需适应船舶甲板的有限空间,臂架折叠后高度≤船舶舱口围板高度,回转半径需避开船体上层建筑(如桅杆、雷达),部分小型船用起重机(如渔船用)可设计为可倒伏式,减少航行时的风阻。
五、低温与高温适应性(特殊场景)
(1)极地船舶用起重机:金属结构需采用低温韧性钢(如 NL40,-40℃冲击功≥34J),避免在极寒环境下发生脆性断裂,焊接材料需匹配母材的低温性能,焊后进行低温冲击试验。
(2)热带海域用起重机:结构表面需涂覆隔热涂层(反射率≥80%),避免阳光直射导致局部温度过高(超过 60℃),防止材料热胀冷缩引发的应力疲劳。
六、可维护性设计
(1)结构设计需预留足够的检修空间,如臂架内部设置检修通道,关键焊缝位置可接近性良好,便于定期无损检测。
(2)易腐蚀、易磨损部位(如铰轴、销轴)采用模块化设计,可快速拆卸更换,减少维护工时(船舶停靠港口的维修时间通常有限)。
2.船用起重机的金属结构是 “强度、耐腐、抗振、轻量化” 的综合体现,需同时满足船舶航行的动态环境、海洋腐蚀的恶劣条件及高效作业的功能需求,其设计和制造需严格遵循国际船级社协会(IACS)、CCS(中国船级社)等规范,是保证海上作业安全的核心基础。
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