大型设备吊装的平衡梁强度校核

翁跃云

摘 要：本文阐述了钢管式平衡梁力学模型，分析了钢管式平衡梁在吊装过程中承受的载荷，对钢管式平衡梁及其部件进行强度计算，校核其是否满足强度条件。

关键词：吊装；平衡梁；强度校核

随着我国社会经济的进步与科技水平的提高，设备制造在向大型化发展。在满足这一需求的过程中，除应考虑由于设备大型化带来的设计及制造工艺等问题外，运输和安装方面的问题也成为设计者需重点关注的环节。

对于大型设备，一般采用吊耳实现吊装。需要校核的吊装强度包括吊耳强度和平衡梁强度。由于对吊耳板的应力计算相对较简单，目前的方法已很成熟，可以参考的文献很多。本文主要针对吊装时的钢管式平衡梁进行应力计算和强度校核。

吊具计算的工况按设备吊装中对吊具最不利的情况确定，主要有以下两种：工况一是设备始吊状态，即设备吊离鞍座，其轴线与地面平行时，此时设备的主要受主吊点起升力、抬尾吊点起升力和设备重力的作用；工况二是设备吊装末态，即设备吊至其轴线与地面垂直且摘除抬尾吊钩后，此时设备主要受主吊点起升力和设备重力的作用。

1 钢管式平衡梁结构及基本参数

钢管式平衡梁结构，如图1所示。

选定钢管材料，查得其屈服强度，确定许用拉应力，许用剪应力，S——强度因数，s=1.2～2.5[1]，钢管外径D，得到平衡梁截面净截面面积，惯性矩，抗

弯截面模量，惯性半径。

2 钢管式平衡梁受力分析

工况二时，平衡梁受力最大，校核各部分的强度。平衡梁受力如图2所示。

式中为工况二时吊索2的拉力。

由图2，可将平衡梁视为两端铰支的小偏心压弯构件，做平衡梁的力学模型及内力图如图3。图中梁的端弯矩由梁端偏心压力引起，偏心压力和由其引起的弯矩分别为：

3 钢管式平衡梁及其部件强度计算

3.1 平衡梁强度计算

钢管强度计算式为：

式中An为钢管净截面面积，Wz为钢管截面对z轴（参见图1）的抗弯截面模量；为与截面模量相应的截面塑性发展系数，取[2]；满足要求则强度合格。

3.2 平衡梁吊耳强度计算

平衡梁吊耳结构见图1，选定平衡梁吊耳材料，查得其屈服强度，确定许用拉应力，许用剪应力，许用挤压应力，吊耳上下端圆弧半径R，吊耳孔直径d，吊耳板厚度δ。

（1）耳A-A截面拉应力。

校核平衡梁上方吊耳即可，不考虑补强板对强度的影响；考虑到对称两吊索受力可能不均衡，取不均衡载荷系数K2=1.1。

由图1，工况二时A-A截面轴孔内侧拉应力最大，按曲梁公式计算：

式中，

——应力换算系数满足要求，则强度合格。

（2）耳B-B截面抗拉强度。

B-B截面轴孔内侧拉应力最大，参照厚壁圆筒公式计算[3]：

满足要求，则强度合格。

（3）孔壁挤压强度。

满足要求，则强度合格。

（4）吊耳C-C截面强度。

吊耳C-C截面的拉应力、剪应力和相当应力分别为：

式中b——上吊耳板根部宽度，满足要求则强度合格。

3.3 吊耳与钢管焊缝强度计算

焊缝类型为直角焊缝，焊缝级别为一级（100%无损检测），焊缝强度设计值为。焊缝拉应力和剪应力分别为：

相当应力为：

式中lw为焊缝计算长度，he为焊缝计算厚度，hf为焊缝焊脚尺寸，βf为正面角焊缝的强度设计值增大系数。满足要求，则强度合格。

4 钢管式平衡梁长细比计算

平衡梁长细比为：

式中L1、iy、iz分别为平衡梁的计算长度和梁截面的惯性半径。满足要求，则强度合格。

5 钢管式平衡梁整体稳定性计算

整体稳定性按下式计算：

式中：A=An，、分别为弯矩作用平面内和弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数，

满足要求则强度合格。

6 钢管式平衡梁局部稳定性计算

钢管外径D与管厚a之比应满足：

满足要求则强度合格。

7 结论

校核大型设备吊装的平衡梁强度，通常将平衡梁视为两端铰支的压弯构件，方便力学模型的建立以及内力分析。

参考文献

[1]刘鸿文.材料力学（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2]钢结构设计规范.GB50017-2003[M].北京：中国标准出版社，2003.

[3]起重机设计手册编写组.起重机设计手册[M].北京：机械工业出版社，1980.

（作者单位：武汉大学动力与机械学院）