多用途集中加載吊具設計

牛帥帥，劉民東，張長斌，趙 飛，馬 爽，高 楊

(1.山西航天清華裝備有限責任公司，山西 長治 046000；2.火箭軍裝備部駐長治地區軍事代表室，山西 長治 046000)

0 引言

吊具在我公司產品吊裝、轉運和加載過程中起著非常重要的作用。由于不同產品筒段直徑、長度及吊點位置等均不同，如果針對不同的筒段均單獨設計制造一套專用吊具，不僅浪費大量的人力物力，操作起來也極不方便。因此，本文針對三種不同產品筒段的加載，設計了一套多用途的集中加載吊具，同時兼顧吊裝和轉運作用，以此來滿足實際生產的需求。

1 方案制定

本次設計的吊具主要由吊梁、上吊鏈、下吊帶及多功能鎖鏈器等零部件組成，如圖1所示。本次吊具設計選用不同卸扣和卡扣結合的快速安裝方式，可節省安裝時間。吊梁的設計采用普通箱型結構，借用起重機主梁的設計規范進行設計。主梁主要由上吊耳、下吊耳、上蓋板、下蓋板、腹板以及隔板組成，如圖2所示。其中上吊耳和下吊耳均采用臺階結構，利用材料本身強度加焊接的連接方式來提高吊具可靠性，如圖3所示。

圖1 吊具結構 圖2 主梁結構 圖3 吊耳結構

2 有限元分析

為了精確地對主梁結構進行計算，利用ANSYS軟件對結構強度進行有限元分析。其中，由于整體結構采用焊接而成，因此在分析過程中將吊梁作為一個整體進行分析。

本次有限元分析共分為兩種工況：第1種工況為上吊耳游動，下吊耳受力；第2種工況為下吊耳游動，上吊耳受力。分析過程中，均以左端吊耳為例進行約束和受力設置，右端吊耳的設置同左端吊耳。

2.1 工況1下有限元分析

本工況設置為上端游動，下端受力。左端上鉸點約束如圖4所示，為軸承式約束，X方向為自由狀態，Y、Z方向固定。

圖4 左端上鉸點約束 圖5 左端下鉸點受力 圖6 工況1下主梁應力云圖

左端下鉸點受力狀態如圖5所示，同樣為軸承式受力，受力方向均為負Z方向。

分析得到的工況1下主梁應力與變形云圖如圖6、圖7所示。從圖6中可以看出，除去接觸應力點，最大應力值為60 MPa，按Q345材料強度計算，安全系數約為5；從圖7中可以看出，吊梁最大變形為7 mm，在起重機設計規范中規定的撓度范圍之內，滿足設計要求。

圖7 工況1下主梁變形云圖 圖8 左端下鉸點約束 圖9 左端上鉸點受力

2.2 工況2下有限元分析

該工況為下端游動，上端受力。左端下鉸點約束如圖8所示，為軸承式約束，X方向為自由狀態，Y、Z方向固定。

左端上鉸點受力狀態如圖9所示，同樣為軸承式受力，受力方向均向上，且方向均指向吊梁起吊點，方向與吊梁夾角呈45°。

分析得到的工況2下主梁應力與變形云圖如圖10、圖11所示。從圖10中可以看出，除去接觸應力點，最大應力值為144 MPa，安全系數約為2；從圖11中可以看出，最大變形為6.7 mm，在起重機設計規范中規定的撓度范圍之內，因此滿足設計要求。

圖10 工況2下主梁應力云圖

圖11 工況2下主梁變形云圖

2.3 分析結果

綜合工況1和工況2下的分析結果可以得出，工況2為相對危險工況，最大計算應力為144 MPa，最大計算撓度為7 mm，計算結果滿足產品需求。

2.4 二維模型轉換

通過ANSYS有限元分析驗證了吊梁設計的合理性，利用UG軟件對三維模型進行二維轉換，三種產品的吊裝狀態分別如圖12～圖14所示。

圖12 產品1吊裝示意圖 圖13 產品2吊裝示意圖 圖14 產品3吊裝示意圖

3 結論

設計了多種類筒段的吊裝加載試驗方案，該方案中利用一套吊鏈和一套多功能鎖鏈器解決了吊裝過程中不同筒段吊點不同的問題，可對吊點位置進行微調，保證吊裝加載過程中的平衡；在吊具設計中選用不同卸扣和卡扣結合的快速安裝方式，節省了安裝時間，提高了安裝效率；在吊耳上設置臺階，利用材料本身強度加焊接的方式，增加了吊具可靠性，減少了吊裝加載過程中由于焊接缺陷導致的質量問題的發生。