大型设备吊装设计实例

施工技术与应用　毽目囫　大型设备吊装设计实例　前言　在冶金设备安装过程中，大型设备吊装是设备安装的重要环节，本文着　牌坊中心（主梁承载中心点）距ｌ１　ｏｔ行车为４１９０ｍｍ，距８０ｔ行车为　５１８０ｍｍ，两行车的受载情况见上图（吊具自重按重量２０ｔ计），即ｌ１Ｏ珩车承载　重介绍某热轧厂轧机安装过程中轧机牌坊的吊装设计，该吊装设计在大型设　１０２．９６ｔ，８ｏｔ行车承载７７．０４ｔ。　备的吊装中具有较典型的意义。　一、简介　１５００ｍｍ热轧厂内，设计安装两台粗轧机，粗轧机每片牌坊重量１６０ｔ，厂房　轧机跨布景有一台１１０ｔ／２５ｔ与一台８０ｔ／２０ｔ行车。单台行车不能满足牌坊吊装要　求，为了节约设备安装成本，我们决定牌坊吊装利用现有两台行车进行双机　抬吊，并根据吊装需要设计双机抬吊吊具。　粗轧机牌坊主要参数：牌坊自重：１６０ｔ，牌坊总高：１０．８３５ｍ，中部厚度　７４０ｒａｍ，最大宽度４７００ｒａｍ。　ｌ１０ｔ行车与８０ｔ行车相关参数：车间行车轨道面标高：＋１２．５ｍ，行车起升极　限标高：１０．５ｍ，行车主梁底面标高：＋１１．５ｍ，两行车靠近时两吊钩的间距：　１０ｍ。　二、牌坊吊装方案确定　牌坊的重量远远超过轧机　跨单台行车的起吊能力，因而　牌坊的吊装采用１ｌｏｔ与８０ｔ双机　抬吊。由于行车高度限制，吊具　设计为两根主梁夹牌坊中部的　吊装结构（图１）。起吊开始时牌　坊处于水平状态，牌坊起吊到　垂直状态时，牌坊的顶部离行　车主梁下沿３５０ｍｍ。牌坊的底　部离地高度３１５ｒａｍ。　图１　三、吊具结构　牌坊吊装采用两主梁的结构，吊具具体的组成：由两支主梁，两支端粱　（端梁上设置吊耳）组成，两主梁在夹紧位置设置联接横梁，如图２。　端梁　图２　四、吊具载荷分布计算　根据两行车靠近时两吊钩的间距为１０ｍ，确认吊具端梁中心距（两吊点　中心距）为１０ｍ。一台行车为１　１０ｔ，一台为８ｏｔ，保证两行车的载荷均匀，两车的　载荷分布如图３。　Ｇ２＝７７．０４ｔ　Ｌ１－－－４１９０ｍｍ　．Ｌ２＝５８１０ｒａｍ．　ｔ行车　ｌ　Ｎ：：眦　吊具自重　８０ｌ　垂　牌坊重Ｇ＝１６０Ｔ　图３　五、吊具初步设计　、　米用舣梁’母根早梁米用　ｉ８籀柯，　恩袈　如图４。　ｌ、　乇　｝　　ｆ卜　出　　Ｉｕ－　一一　一　—　Ｊ一　图４　２、单梁箱型结构　图５　＾一Ａ　ｆ　ｌ　＝　＿　一＿　墨ｌ　翼缘板６＝３　０ｍｍ，其余铡板　６：２０ｍｍ　图６　六、主梁强度计算　１、主梁的截面及材质确定　主梁的制作材料选用　Ｑ３４５一Ｂ　主梁的截面暂定如图所示，　在强度计算时考虑两方面的受　力情况：　Ａ．牌坊垂直情况下吊具　的受力情况，即在Ｙ向上的受　力。　图７　Ｂ、牌坊水平情况下吊具的受力情况，即在ｘ向上的受力。　２、牌坊垂直状态单支主梁强度校核（Ｙ向）　Ａ、主梁承受牌坊载荷：Ｐ＝１６０×９．８×１０３Ｎ／２＝７．８４×１０　（牌坊自重一半）　主梁长度：Ｌ＝１０ｍ，Ｌｌ＝４．１９ｍ，【　５．８１ｍ（见图３）　主梁计算负荷为：Ｐ｛十＝Ｋ．Ｐ（Ｋ为载荷系数，Ｋ＝Ｉ．２）　Ｐ计＝Ｋ．Ｐ＝Ｉ．２×７．８４×１０５＝９．４１×１０　・３６５・　施工技术与应用　主粱外载弯矩：Ｍ１－Ｐ　×Ｌ１×Ｉ。几＝２．２９０２７４×１０６Ｎ．Ｍ　Ｂ、主梁承受自重载荷为均布载荷：Ｒ＝Ｎ／Ｌ＝２０／１０／２×９．８　ｘ　１０　Ｎ＝９．８×　１０　Ｎ／ｍ　主梁均布载荷计算负荷为：Ｒ　＝Ｋ×Ｒ（Ｋ为载荷系数，Ｋ＝Ｉ．２）　Ｒｌｔ＝Ｋ×Ｒ＝Ｉ．２×９．８×１０　＝１．１７６×１０４Ｎ／ｍ　主粱自重弯矩：Ｍ２＝Ｒ　Ｌ２／８＝１．４７×１０　Ｎ．ｉｎ　Ｃ、主梁惯性矩（ｘ轴）：　梁高Ｈ＝８６０ｍｍ、梁宽Ｂ＝５００ｒａｍ、翼缘板厚Ｈ１＝３０ｔｕｒｎ、腹板厚Ｂｌ＝２０ｒａｍ　主粱惯性矩Ｉｙ＝２×Ｂ１×（Ｈ一２Ｈ１）Ｖ１２＋２×Ｂ×Ｈｌ×（Ｈ／２一ＨＩ／２）　＝６．８７４×１０—３ｍ４　Ｄ、强度计算　主粱承载总弯矩：ｋｌ＝Ｍｌ＋Ｍ２＝２．４４×１０６Ｎ．Ｍ　主梁惯性矩Ｉｙ＝６．８７４×１０　ｍ４　则抗弯系数Ｗ＝Ｉ／（ＨＩ２）＝１．５９７×１０－Ｚｍ　弯距作用应力　＝Ｍ／Ｗ＝１５３Ｍｐａ　Ｑ３４５钢板许用应力『ｏ－１＝１７０Ｍｐａ　＝１５３Ｍｐａ＜［ＩＴ】＝１７０Ｍｐａ，　结论：Ｙ向主梁结构设定满足承载强度要求。　３、牌坊水平状态（ｘ向）单支主梁强度校核　当牌坊刚起吊时，主梁的受力状况与牌坊垂直时主梁受力状况是不一样　的，由截面ｘ向承载的，此时主梁所承受的牌坊载荷仅为牌坊自重的１／２，即８０吨。　Ｉ　枕水　图８　Ａ、主梁承受牌坊载荷：Ｐ＝８０×９．８×１０　Ｎ／２＝３．９２×１０５Ｎ　主梁长度：Ｌ＝１０ｍ，Ｌ　＝４．１９ｍ，Ｌ　５．８１ｍ　主梁计算负荷为：　＝Ｋ．Ｐ（Ｋ为载荷系数，Ｋ＝Ｉ．２）　Ｐ什：Ｋ．Ｐ＝Ｉ．２×３　９２×１０　＝４．７２×１０　Ｎ　主梁外载弯矩：ＭＩ＝Ｐｉ十×Ｌ１×Ｌ扎＝１．１５×１０　Ｎ．Ｍ　Ｂ、主梁承受自重载荷为均布载荷：Ｒ＝Ｎ／Ｌ＝２０／ＩＯ／２×９．８×１０３Ｎ＝９．８×　１０　Ｎ，ｍ　主梁均布载荷计算负荷为：Ｒ　＝Ｋ．Ｒ（Ｋ为载荷系数，Ｋ＝１．２）　Ｒ￣ｔ＝Ｋ．Ｒ＝Ｉ．２　ｘ　９．８×１０３＝１．１７６×１０４Ｎ／ｍ　主梁自重弯矩：Ｍ２＝Ｒ　＋ＬＶ８＝Ｉ．４７×ｌＯＳＮ．Ｍ　Ｃ、主梁惯性矩（Ｙ轴）：　梁高Ｈ＝４４０ｍｍ、梁宽Ｂ＝８６０ｍｍ、翼缘板厚Ｈ　＝２０ｍｍ、腹板厚Ｂ。＝３０ｍｍ　主梁惯性矩Ｉｖ＝２×Ｂ．×（Ｈ一２Ｈ１）　１２＋２×Ｂ×Ｈｌ×（ＨＩ２一Ｈ１／２）　＝２．０４×１０　ｍ４　Ｄ、强度计算　主梁承载总弯矩：Ｍ＝ＭＩ＋Ｍ２＝１．２９７×１０６Ｎ．Ｍ　主梁惯性矩１：２．０４×１０　ｍ　则抗弯系数ｗ＝Ｉ，（Ｈ／２）＝０．９３×１０—　’　弯距作用应力　＝Ｍ／Ｗ＝１４４．１１Ｍｐａ　Ｑ３４５钢板许用应力［　］＝１７０Ｍｐａ　＝１４４．１　１Ｍｐａ＜【　］＝１７０Ｍｐａ　结论：ｘ向主梁承载强度满足要求。　七、吊耳、销轴校核　牌坊吊装时两台行车的主钩分别通过销轴、吊耳、端梁和主梁连接，销轴　直径ｄ＝１８０ｍｍ，Ｌ＝３２０ｍｍ销轴。　以下对１００吨行车端吊耳、销轴进行计算：　１、吊耳计算　‘３６６・　ｏ　∞　一　凸　Ｌ　２＿ｏ．．．＿——　图９吊耳　图１Ｏ销轴　１．１拉应力计算　如图所示，拉应力的最不利位置在Ａ—Ａ断面，其强度计算公式为：　仃＝Ｎ／Ｓｌ　盯≤［盯］　式中：　——拉应力　Ｎ——荷载，Ｎ＝１０２．９６／２ｔ：５１．４８ｔ＝９．８＂５１．４８＂１　ｏ３Ｎ＝５０．４５．１０４Ｎ　ｓ１——Ａ—Ａ断面处的截面积Ｓ１＝１７０＂２０＋１７０＂２０＝６８００ｍｍ２＝６．８．１０　Ｉｎ　［　］——Ｑ３４５钢材许用拉应力［　］＝１７０ｍｐａ　【『＝５０．４５＊１０４Ｎ／６．８　１０　ｍＺ＿＝７．３６＊１０７ｐａ＝７３．６ｍｐａ＜［　］＝１７０ｍｐａ　１．２剪应力计算　剪应力的最不利位置在Ｂ—Ｂ断面，其强度计算公式为：　ｆ＝Ｎ／Ｓ２　Ｔ≤［Ｔ］　式中：　——剪应力　Ｎ——荷载Ｎ＝１０２．９６／２＝５１．４８ｔ＝９．８＂５１．４８＂１０３Ｎ＝５０．４５＊ｌｌＹＮ　ｓｆ—Ｂ—Ｂ断面处的截面积Ｓ２＝１７０＂２０＋９０＂２０＝５２００ｍｍ２＝５．２＂１０　ｍ　［Ｔ］——Ｑ３４５钢材许用剪应力［Ｔ］＝ｌＯＯｍｐａ　Ｔ：Ｎ／￥２＝５０．４５　１０４／５．２　１０－３￣９．７　ｌＯ７ｐａ＝９７ｍｐａ＜［ｆ］＝１００ｍｐａ　１．３局部挤压应力计算　局部挤压应力的最不利位置在吊耳与销轴的结合处，其强度计算公式　为：　Ｆ＝Ｎ／（ｔ×ｄ）　Ｆ≤【　ｊ　式中：Ｆ——局部挤压应力　Ｎ——荷载Ｎ＝５０．４５＂１０４Ｎ　ｔ——吊耳及加强板厚度ｔ＝４０ｍｍ　ｄ——销轴直径ｄ＝１８０ｒｎｍ　——局部挤压系数，取１．２　［ＩＴ］——Ｏ３４５许用压应力［　］＝１５０ｍｐａ　Ｆ＝５０．４５＂１０４Ｎ／（４０ｍｍ＊１８０ｍｍ）　１．２＝０．０１６８　１Ｏ４Ｎ／ｌｎｍ２＝８４．１８ｍｐａ＜『Ⅱ］　＝１５０ｍｐａ　２、销轴计算　销轴材料为４５号钢调质。　２１抗弯强度计算　Ｍ＝ＰＬ／４　ＴＩ＝ｋ（Ｍ／Ｗ）　销轴受力Ｐ＝１０２．９６＊９．８．１０３＝１００．９＂１０４Ｎ　Ｉｒ一销轴长度Ｌ＝Ｏ．３２５ｍ　ｋ——动载系数，取ｋ＝１．１５　Ｍ＝１００．９　１０４Ｎ＊０．３２ｍ／４＝８．２｝１０４Ｎｍ　Ｗ＝兀ｄ３／３２＝３．１４＂０．１８３／３２＝５．７２６＂１０￣ｍ　＝ｋ（Ｍ／Ｗ）＝Ｉ．１５＂（８．２＊ｌｌＹＮｍ／５．７２６＂ｉ０￣ｍ　）＝１６５ｍｐａ　４５号钢许用弯曲应力［ＩＴ］＝１８０ｍｐａ　＝１６５ｍｐａ＜［　］＝１８０ｍｐａ经校核销轴抗弯强度满足要求。　２．２抗剪强度计算　ｆ＝ｋ２　（４／３）　（Ｑ／Ａ）　剪力Ｑ＝Ｐ／２＝１００．９　ｌ＆Ｎ／２＝５０．４５＊Ｉ＆Ｎ　Ａ——销轴截面积Ａ＝兀ｄ　＝３．１４＂０．１８２／４＝０．０２５４ｍ　ｋ——动载系数，取ｋ＝１．１５　Ｔ：１．１５　（４／３）　（５０．４５　１０５０．０２５４）＝３０４５．５４　１０４ｐａ＝３０．４５ｍｐａ　４５号钢剪切许用应力［Ｔ］＝１００ｍｐａ　Ｔ＝３０．４５ｍｐａ＜［Ｔ］＝１００ｍｐａ￣．校核销轴抗剪强度满足要求。