大型設備吊裝的平衡梁強度校核

翁躍云

摘 要：本文闡述了鋼管式平衡梁力學模型，分析了鋼管式平衡梁在吊裝過程中承受的載荷，對鋼管式平衡梁及其部件進行強度計算，校核其是否滿足強度條件。

關鍵詞：吊裝；平衡梁；強度校核

隨著我國社會經濟的進步與科技水平的提高，設備制造在向大型化發展。在滿足這一需求的過程中，除應考慮由于設備大型化帶來的設計及制造工藝等問題外，運輸和安裝方面的問題也成為設計者需重點關注的環節。

對于大型設備，一般采用吊耳實現吊裝。需要校核的吊裝強度包括吊耳強度和平衡梁強度。由于對吊耳板的應力計算相對較簡單，目前的方法已很成熟，可以參考的文獻很多。本文主要針對吊裝時的鋼管式平衡梁進行應力計算和強度校核。

吊具計算的工況按設備吊裝中對吊具最不利的情況確定，主要有以下兩種：工況一是設備始吊狀態，即設備吊離鞍座，其軸線與地面平行時，此時設備的主要受主吊點起升力、抬尾吊點起升力和設備重力的作用；工況二是設備吊裝末態，即設備吊至其軸線與地面垂直且摘除抬尾吊鉤后，此時設備主要受主吊點起升力和設備重力的作用。

1 鋼管式平衡梁結構及基本參數

鋼管式平衡梁結構，如圖1所示。

選定鋼管材料，查得其屈服強度，確定許用拉應力，許用剪應力，S——強度因數，s=1.2～2.5[1]，鋼管外徑D，得到平衡梁截面凈截面面積，慣性矩，抗

彎截面模量，慣性半徑。

2 鋼管式平衡梁受力分析

工況二時，平衡梁受力最大，校核各部分的強度。平衡梁受力如圖2所示。

式中為工況二時吊索2的拉力。

由圖2，可將平衡梁視為兩端鉸支的小偏心壓彎構件，做平衡梁的力學模型及內力圖如圖3。圖中梁的端彎矩由梁端偏心壓力引起，偏心壓力和由其引起的彎矩分別為：

3 鋼管式平衡梁及其部件強度計算

3.1 平衡梁強度計算

鋼管強度計算式為：

式中An為鋼管凈截面面積，Wz為鋼管截面對z軸（參見圖1）的抗彎截面模量；為與截面模量相應的截面塑性發展系數，取[2]；滿足要求則強度合格。

3.2 平衡梁吊耳強度計算

平衡梁吊耳結構見圖1，選定平衡梁吊耳材料，查得其屈服強度，確定許用拉應力，許用剪應力，許用擠壓應力，吊耳上下端圓弧半徑R，吊耳孔直徑d，吊耳板厚度δ。

（1）耳A-A截面拉應力。

校核平衡梁上方吊耳即可，不考慮補強板對強度的影響；考慮到對稱兩吊索受力可能不均衡，取不均衡載荷系數K2=1.1。

由圖1，工況二時A-A截面軸孔內側拉應力最大，按曲梁公式計算：

式中，

——應力換算系數滿足要求，則強度合格。

（2）耳B-B截面抗拉強度。

B-B截面軸孔內側拉應力最大，參照厚壁圓筒公式計算[3]：

滿足要求，則強度合格。

（3）孔壁擠壓強度。

滿足要求，則強度合格。

（4）吊耳C-C截面強度。

吊耳C-C截面的拉應力、剪應力和相當應力分別為：

式中b——上吊耳板根部寬度，滿足要求則強度合格。

3.3 吊耳與鋼管焊縫強度計算

焊縫類型為直角焊縫，焊縫級別為一級（100%無損檢測），焊縫強度設計值為。焊縫拉應力和剪應力分別為：

相當應力為：

式中lw為焊縫計算長度，he為焊縫計算厚度，hf為焊縫焊腳尺寸，βf為正面角焊縫的強度設計值增大系數。滿足要求，則強度合格。

4 鋼管式平衡梁長細比計算

平衡梁長細比為：

式中L1、iy、iz分別為平衡梁的計算長度和梁截面的慣性半徑。滿足要求，則強度合格。

5 鋼管式平衡梁整體穩定性計算

整體穩定性按下式計算：

式中：A=An，、分別為彎矩作用平面內和彎矩作用平面外的軸心受壓構件穩定系數，

滿足要求則強度合格。

6 鋼管式平衡梁局部穩定性計算

鋼管外徑D與管厚a之比應滿足：

滿足要求則強度合格。

7 結論

校核大型設備吊裝的平衡梁強度，通常將平衡梁視為兩端鉸支的壓彎構件，方便力學模型的建立以及內力分析。

參考文獻

[1]劉鴻文.材料力學（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]鋼結構設計規范.GB50017-2003[M].北京：中國標準出版社，2003.

[3]起重機設計手冊編寫組.起重機設計手冊[M].北京：機械工業出版社，1980.

（作者單位：武漢大學動力與機械學院）