一种双行车用新型吊具的设计及受力分析

摘

要：在工厂生产作业过程中，存在单台行车起重量不足的情况。如果要求货物在吊装过程中能够旋转并调整角度，则需要两台行车配合作业，还需要增加特殊的吊具。据此设计了一种新型吊具可以满足上述要求，介绍了该吊具设计方案，对吊梁和吊钩进行了有限元分析，证明了其可以满足使用要求。关键词：吊具；吊梁；旋转式吊钩；有限元；压应力

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引言在工厂生产作业过程中，随着产品升级，普通行车已不能满足吨位要求。若重新投资更大吨位的行车，则需要投入较大资金。而采用大型汽车吊来吊装往往又受空间的限制，且同样需要较多的资金投入，还浪费现有的行车资源。如果将现有的两台行车一起配合吊装即可满足要求。由于两台行车的吊钩之间存在一定距离，往往超过货物尺寸，因此需要设计一种新的吊具用于两台行车同时作业吊装。

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吊具设计方案通过现场测量发现，两台行车在最小安全距离下的吊钓间距为7m，按50t的承载力进行设计。由于要求货物吊装时能够旋转并调整角度，因此只能在吊梁的中间位置设单个吊点并增加旋转装置。在单个吊点的情况下中间部位承受的弯矩最大，为了避免吊梁变形，采用变截面设计方案，吊梁中间部位的截面积应大于两端的截面积。此外，为避免吊梁承受拉应力，将吊梁吊装时的承载部位定位在顶部。按上述要求进行结构设计并建模后得到的吊具模型如图1所示。该吊具包含1吊梁、2吊钩、3下轴承座、4上轴承座、5推力轴承、6防松螺母、7底部导向铜套、8顶部导向铜套及9、10两个吊耳。在吊梁两端顶部的吊耳分别挂在两台行车的吊钩上；位于吊梁中间部位的吊钩配合重型卸扣用于吊挂货物；吊钩的顶部通过螺纹固定在上轴承座上；上轴承座、下轴承座及5推力轴承相互配合一起安装到吊梁上，用于承受货物的重量，通过推力轴承可以实现吊钩的旋转。顶部及底部的导向铜套则用于吊钩的导向，防止吊钩倾斜。在吊钩顶部安装有止动垫圈及防松螺母，可以防止上轴承座的螺纹出现松动。在两台行车同时作业的情况下，配合该组吊具可以提高起重吨位，并实现货物吊装过程中的角度调整。该吊具的吊梁大量采用了三角形元素的桁架结构，不仅结构更为稳定，且吊具自重非常轻。实际上结构优化可以看作为有限元分析时将受力极小的区域材料去除的过程，结构优化后，吊梁重量从4.5t减轻至2.77t，既提高了起吊重量吨位，又提高了吊具的安全性。

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吊梁受力分析由于吊梁是整个吊具最重要的部件，因此有必要对其受力情况进行分析。吊梁是异形件，采用有限元分析法更容易获得结果。在不影响计算结果的前提下，对吊梁进行结构简化，去除螺栓孔等特征，采用六面体单元对其划分网格，并对两端吊耳处进行网格细划，共划分168653个节点和92774个单元，单元平均尺寸为40mm，最小尺寸为5mm。对吊耳两端进行固定约束，在吊梁中间部位顶部受力面施加50t的负载，如图2所示，然后进行有限元计算。计算结果显示，在吊梁端部立板孔处的应力最大，其第一主应力为253.1MPa，如图3所示，此处第三主应力大小为66.3MPa，表明此处受三向拉应力，应按第一主应力进行校核。吊梁材料为Q345B，其抗拉强度为490～675MPa，屈服强度为345MPa，完全可以满足使用要求。由于吊梁进行了结构优化，其应力分布较为均匀，表明该结构较为合理，从而在保证安全的前提下，能够大幅度降低吊梁重量。同时，在吊梁端面变形最大，经过模拟分析，竖直方向变形为0.17mm，完全可以满足使用要求。3

吊钩受力分析采用如吊梁同样的方法对吊钩进行受力分析，吊钩在竖直方向上的位移最大为0.22mm，表明吊钩的刚度可以满足要求。在吊钩顶部的退刀槽处应力最大，由图4吊钩受力云图可知，第一主应力大小为272.5MPa，第三主应力为69.5MPa，表明此处受三向拉应力，应以第一主应力进行校核。吊钩在采用42CrMo4材料的情况下，其抗拉强度为1100MPa，屈服强度为900MPa，完全可以满足使用要求。4

结语本文设计的新型吊具用于两台行车配合的情况下增加起吊重量。该新型吊具采用可旋转式吊钩设计，可以实现货物在吊装过程中的旋转及角度调整；吊具采用结构优化的吊梁，应力分布均匀，大幅减轻了自重并提升了两台行车起重吊物的能力。经过采用有限元分析方法对新型吊具进行受力分析，吊具的受力点在吊梁上方，其应力形式为压应力，相