在当前全球经济高速发展的大形势下，各国的贸易往来越来频繁。海运主要以其运量大的优势被广泛应用，随之港口、码头等地与货物相关的运输、装卸的设备的工作强度越来越高，对其工作效率的要求也越来越高。因此，港口货物运输和装卸等设备的可靠性、安全性和稳定性的性能要求越来越高[1]。大车行走机构、托架小车机构以及起升机构等，为岸边集装箱起重机的关键部件。在实际应用中，大车行走机构除了受到恶劣环境的影响、自身所承受的载荷外，还会受到托架小车和起升质量为主的垂直载荷的作用。因此，集装箱起重机在多项载荷的作用下，加剧了大车行走机构及相关零部件的疲劳强度降低。本文将以大车行走机构及壁板为研究对象，着重对其疲劳强度进行分析，为后续优化行走机构及壁板奠定基础。
1　大车行走机构失效原因分析
在实际应用中，集装箱起重机由于结构复杂，加之其所装卸货物的重量非常大，导致其在正常运行过程中除了承受起重机相关零部件重量、货物重量的载荷外，还会承受在制动过程中集装箱起重机相关零部件的
惯性力、载荷。在综合多变载荷的共同作用下，集装起重机的大车行走机构处于多轴力的应力状态。
集装箱起重机在恶劣环境和多项载荷共同作用的基础上，会将其大车行走机构的使用寿命缩减至一半，在更恶劣的环境下使用寿命会缩减90%[2-3]。大车行走机构使用寿命的缩减，在实际应用中的具体表现形式为其对应壁板出现开裂现象。因此，本文将具体以集装箱起重机大车行走机构的壁板为研究对象，基于相关三维建模软件和应力仿真软件，对其疲劳寿命进行仿真分析，对比分析大车行走机构在失效前后的力学特性，为后续改进大车行走机构相关零部件的结构形式提供理论指导，以达到提升其疲劳强度和使用寿命的目的。
2　大车行走机构实际受力分析
就大车行走机构壁板选材和制造工艺方面，要求尽可能减少结构件的应力集中现象，主要从大车行走机构相关部件的布局细节着手。
为了确保对起重机大车行走机构建模仿真分析时能够更准确、真实反映其受力情况，需对大车行走机构在实际运行过程中所承受的所有载荷进行测定，主要包括水平载荷和垂直载荷。其中，机构所承受的垂直载荷容易测量，而水平载荷是由大车行走机构运行时的惯性力产生的[4]，因此针对行走机构水平载荷可通过对平衡梁水平侧向载荷的测定而获取具体数值。为此，本文将对起重机大车行走机构的平衡梁的受力进行分析，并分析起重机的整机受力情况。
为准确获取大车行走机构和起重机整机的受力情况，将应力片黏贴于平衡梁下方和翼缘板下方，通过获取应变片的变形量，并对其变形量换算后得到对应位置的应力值。基于上述应力测定思路最终测得，岸边集装箱起重机大车行走机构在实际运行中平衡梁所承受的垂直载荷的具体数值为18t，承受的水平载荷的具体数值为0.4t。
3　大车行走机构及其壁板疲劳试验模型的设计
为保证最终疲劳试验的有效性，与实际应用的受力状态最接近，需建立有效的、可行的试验模型。实践表明，大车行走机构壁板开裂的位置位于其与重磅板焊接的位置，壁板的开裂导致平衡梁的失效。当前，大车行走机构壁板的结构形式为带圆环盖板的结构。因此，基于SolidWorks 三维建模软件建立带圆环盖板结构的壁板仿真模型，并将所搭建的模型导入ANSYS疲劳寿命仿真软件中，对导入有限元分析软件中的模型进行网格划分、仿真参数设置后，开始对其疲劳试验仿真分析。
重磅板焊接位置处的应力和变形情况[5]。
（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）
摘　要：针对起重机大车机构在实际应用中受到恶劣环境及多重载荷共同作用导致大车行走机构的壁板与重磅板焊接处出现开裂的事故，在分析大车结构失效原因的基础上，通过建立三维仿真模型和试验分
析的手段，分析影响大车行走机构壁板开裂的因素，并得出通过改进平衡梁的厚度和壁板与重磅板的焊接高度达到提升大车机构可靠性的目的结论。
关键词：岸边集装箱起重机  大车机构  壁板  重磅板  失效
徐工汽车起重机
宽度为300mm，厚度为4.9mm，焊高为6mm；2#长度为300mm，宽度为300mm，厚度为4.8mm，焊高为6m；3#长度为300mm，宽度为300mm，厚度为4.8mm，焊高为8mm。对3个试验的裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命进行试验。其中，裂纹萌生寿命指的是试件出现应变明显现象时所承受的载荷次数；裂纹扩展寿命指的是试验出现被穿透现象时承受的载荷次数。
3件试件的具体疲劳参数如下：1#试件的裂纹萌生寿命为396000次，2#试件的裂纹萌生寿命为90000次，3#试件的裂纹萌生寿命为468000次；1#试件的裂纹扩展寿命为704199次，2试件的裂纹扩展寿命为288000次，3#试件的裂纹扩展寿命为936000次。
分析如上疲劳试验结果，可得出如下结论。
（1）大车行走机构壁板开裂的位置与实际应用中壁板开裂的位置相符，均位于壁板与重磅板的焊接位置处。通过仿真试验可知，焊接位置处不仅承受水平载荷，而且承受垂直载荷，在双重载荷的作用下易出现疲劳失效现象。
（2）试件出现裂纹萌生的失效现象到裂纹扩展，发展速度很快。也就是说，在实际应用中，应注意大车行走机构平衡梁是否有裂纹萌生的现象出现。
（3）当试件出现裂纹后，在双重载荷的作用下裂纹的扩展方向和速度与试件的厚度、焊缝高度等相关。具体表现为：①1#试件比2#试件厚0.1m，但是1#试件所承受的裂纹萌生载荷和裂纹扩展载荷数明显大于2#试件，说明壁板厚度对双重载荷的敏感度非常高，因此可通过适当增加平衡梁的厚度达到提升平衡梁强度的目的，最终达到提升大车行走机构使用寿命的目的；②2#试件的焊高低于3#试件，2#对应的裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命明显低于3#试件，说明壁板与重磅板的焊接高度对双重载荷的敏感度也非常高，因此可通过适当增加平衡梁壁板与重磅板的焊缝高度增加避免壁板的开裂，从而达到提升大车行走机构使用寿命的目的。
5　结语
集装箱起重机作为码头前沿与船舶集装箱装卸使用的作时需承担水平和垂直的双重载荷。在对大车行走机构及其壁板疲劳计算和疲劳试验分析的基础上，可通过适当增加平衡梁的厚度和增加壁板与重磅板的焊接高度提升大车行走机构的疲劳寿命，进而提升集装箱起重机的使用寿命。
参考文献
[1]郑惠强，乔榛.岸桥大车平衡梁腹板结构的多轴疲劳试验研
究[J].中国工程机械学报，2016，（1）：73-76.
[2]袁玫.集装箱龙门起重机大车走行机构的设计计算[J].铁道标
准设计，2005，（5）：117-119.
[3]张氢，陈淼，孙峰.新型三轮大车机构轮轨动力学响应分析[J].
中国工程机械学报，2017，（4）：51-59.
[4]杨剑良.LX型电动单梁悬挂式起重机的安全运行[J].工业安全
与环保，1995，（7）：11-12.
[5]项载毓，肖正明，伍星，等.冲击载荷下铸造起重机主梁疲劳
裂纹扩展寿命研究[J].机械强度，2015，（4）：718-724.
Fatigue Calculation of Crane Cart Mechanism and Fatigue Test Analysis of Wall Panel
GE Shengjie, LIU Weiliang
(Shanghai Zhenhua Heavy Industry (Group) Co., Ltd., Shanghai 200125)
Abstract: Aiming at the accident of cracking at the welding place between the wall plate and the heavy plate of the gantry mechanism caused by the harsh environment and multiple load applied on gantry mechanism, the article analyzes the failure cause of the gantry mechanism structure. Based on the factors affecting the cracking of the wall of the gantry mechanism are analyzed by establishing a three-dimensional simulation model and experimental analysis, and it is concluded that enhancing the thickness of the balance beam and the welding height may achieve
Key words
heavy plate, failure