起吊吊具設(shè)計(jì)的強(qiáng)度校核方法

吳乾進(jìn)

摘 要 在工業(yè)生產(chǎn)工廠中起吊吊具在設(shè)備的吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)中經(jīng)常會使用到。所以在轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備或貨物的情況下需要沖力學(xué)的基礎(chǔ)上去對起吊吊具進(jìn)行受力分析，對吊具具體的受力情況，在受到拉力和剪切力的作用下對吊具的強(qiáng)度進(jìn)行校核。從而在生產(chǎn)中安全使用，保證起吊的安全性。在設(shè)計(jì)吊具的過程中若設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不滿足強(qiáng)度條件時(shí)，需要對結(jié)構(gòu)給出改進(jìn)建議，并重新校核。根據(jù)受力情況對各受力強(qiáng)度進(jìn)行核算校核，從理論計(jì)算值判斷其是否超出材料的許用應(yīng)力。

關(guān)鍵詞 起吊吊具 ；強(qiáng)度校核 ；設(shè)計(jì)

中圖分類號 F407.42

Abstract The Lifting hoisting equipment was often used in lifting and transshipment of equipment in the industrial production.The force analysis of lifting hoist and the check of it was carried out under the tension and shear force.It was used in the production and ensured the safety of lifting. In the process of designing hangers， if the design structure didnt meet the strength conditions， it was necessary to give suggestions for structural improvement and re-check.According to the force situation， the strength of each force was checked and calculated in order to whether it exceeded the allowable stress.

Key words lifting hoist ； strength checking ； design

在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，大的箱體設(shè)備需要從下起吊的情況下就會涉及到吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)吊具。比較常規(guī)的吊具基本為槽鋼型材使用背對背或是面對面組合焊接為吊具吊梁。在實(shí)際的生產(chǎn)中需要考慮對吊具強(qiáng)度，需規(guī)定一個(gè)基本的設(shè)計(jì)強(qiáng)度校核方法。以下筆者考慮設(shè)備不偏心的情況下對吊具強(qiáng)度進(jìn)行核算；若是偏心的情況，可根據(jù)實(shí)際重心位置對起吊孔進(jìn)行位置調(diào)節(jié)來進(jìn)行受力平衡考慮核算。

1 受力情況分析

條件：吊具為對稱結(jié)構(gòu)（圖1），對稱鋼絲繩均等長，起吊角不可以>60°，單邊在垂直方向不可以>30°。在條件允許的情況下，角度盡可小一些（下面計(jì)算中假設(shè)夾角均為60°，實(shí)際計(jì)算要求出角度后，按實(shí)際角度計(jì)算）。

根據(jù)力的平衡理論可以知道，如果設(shè)備無偏心，即在XOY平面內(nèi)的重心位置與此面內(nèi)的幾何中心重合，則可以知道FM=FN，進(jìn)而FA=FB=FC=FD。由于MP與NP作為吊索是二力平衡的[1]，所以必然有：

2.3 強(qiáng)度校核

[σ]的值根據(jù)鋼板厚度、材質(zhì)有不同，根據(jù)國家規(guī)范GB 50017-2003，常用的材料為Q235：δ曑16mm，抗拉、抗壓、抗彎[σ]=215 N/mm2，抗剪 [τ]=125N/mm2 ；δ斁16 ～ 40 mm，抗拉、抗壓、抗彎[σ]=205N/mm2，抗剪 [τ]=120 N/mm2；δ斁40～60 mm，抗拉、抗壓、抗彎[σ]=200 N/mm2，抗剪 [τ]=115 N/mm2。

常用的型材為槽鋼，按GB 707-88計(jì)算，得到槽鋼的截面特性參數(shù)[2]（表1），槽鋼截面尺寸參數(shù)（圖5）。

通過受力分析情況可以判斷，該吊具屬于彎曲與拉壓共存的組合受力，要求強(qiáng)度計(jì)算中正應(yīng)力為合成總應(yīng)力。

2.3.1 吊具主體彎曲強(qiáng)度校核

由彎矩圖分析，受彎矩最大的點(diǎn)在M、N兩點(diǎn)，但實(shí)際中此處的截面大，抗彎截面模量亦變大，所以不一定是最薄弱環(huán)節(jié)，這與小吊板的選擇有關(guān)；而吊具中心幾何形狀最小，所受彎矩相對較大，也是薄弱環(huán)節(jié)，要校核。其中WZ可查表1求得。注意設(shè)計(jì)采用的結(jié)構(gòu)形式為槽鋼面對面或背對背（圖6中a、b），在實(shí)際計(jì)算中應(yīng)將WZ乘二，此亦說明a、b 2種結(jié)構(gòu)的彎曲截面模量是相同的，即抗彎能力相同，但扭轉(zhuǎn)截面模量不同，其抗扭能力不同，這在偏心結(jié)構(gòu)中要涉及到。計(jì)算中可以取MMAX和吊具中心WZ，這樣可保證強(qiáng)度計(jì)算的可靠性。

按照計(jì)算結(jié)果，彎曲正應(yīng)力小于許用應(yīng)力時(shí)，吊具主體彎曲強(qiáng)度才滿足要求。如果彎曲正應(yīng)力大于許用應(yīng)力，則需要提高WZ的值，既提高槽鋼型號，直到滿足條件為止。

2.3.2 吊具主體剪切強(qiáng)度校核

在彎曲強(qiáng)度計(jì)算中，正應(yīng)力為主要校核因素，但如果梁的跨度較?。ㄈ鐖D2中L1較?。蛑c(diǎn)附近有較大載荷時(shí)，此處彎矩較小，但剪力可能很大，要進(jìn)行校核。

QMAX為在前訴力的分析中可以得到最大剪力；tw為槽鋼腹板寬，可查；t為槽鋼翼板寬，可查；h為槽鋼高，可查。

按照計(jì)算結(jié)果，彎曲剪應(yīng)力小于許用剪應(yīng)力時(shí)，吊具主體剪切強(qiáng)度才滿足要求。如果彎曲剪應(yīng)力大于許用剪應(yīng)力，則需要適當(dāng)增加總長L，減小Y-Y向分力來降低剪切力的值，直到滿足條件為止。如無法調(diào)整，則增加槽鋼截面積，即提高槽鋼型號，直到滿足條件為止。注意其他力因此發(fā)生的變化并要進(jìn)行復(fù)核，且角度應(yīng)滿足前訴要求。

2.3.3 吊具主體扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度

由于是非偏心結(jié)構(gòu)，在圖1中Z方向上不應(yīng)產(chǎn)生非平衡力，所以不會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩。

2.3.4 起吊孔強(qiáng)度

2.3.4.1 上吊耳（見圖6）

3 小結(jié)

在美國變壓器安裝標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定吊具的安全系數(shù)應(yīng)曒5。此安全系數(shù)為整體起吊時(shí)材料許用應(yīng)力與綜合總的應(yīng)力的比值。從理論上考慮，按照加工工藝的不確定及使用環(huán)境、承受應(yīng)力的不確定性，安全系數(shù)應(yīng)為3～4。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，考慮到經(jīng)濟(jì)適用的因素，吊具上起吊孔的計(jì)算安全系數(shù)要求曒5，尤其是焊接處的強(qiáng)度計(jì)算，必須保證安全系數(shù)曒5的要求[3]。

參考文獻(xiàn)

[1] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研組編. 理論力學(xué)[M]. 北京：高等教育出版社，1997.

[2] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會編著. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3] 夏志斌，姚 諫. 鋼結(jié)構(gòu)-原理與設(shè)計(jì)[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.