可调吊点距离的多功能抬吊梁

王守岗
常州常矿起重机械有限公司 常州 213164

摘 要：介绍一种抬吊点距离可调、带有一个170 t 主钩、2 个可调吊点距离副钩的多功能联合抬吊梁的结构设计，用SolidWorks 软件建立三维模型，用有限元分析软件进行计算，保证多功能抬吊梁在各种工作状况下具有足够的强度和刚度，满足工程实际使用要求。

关键词：抬吊梁；结构设计；有限元分析

中图分类号:TH211 文献标识码:A 文章编号:1001-0785(2018)06-0123-03

抬吊梁是一种用于大型物体吊装的吊具，被广泛应用在大型物体运输过程和建筑工程安装等行业。使用抬吊梁可以使被吊装物体在吊装过程中受力合理，避免因物体产生过大的弯曲变形，造成设备损坏以及人身伤亡事故的发生。由于需要吊装物体尺寸大小的不同、结构形状的多样性，提出了2 台起重机抬吊点距离、所吊物体吊点距离均可以进行调整的使用需求。

1 多功能抬吊梁的结构设计
多功能联合抬吊梁由2 台起重机联合同步起吊，整体结构见图1。主要由连接铰轴、梁体、偏斜指示盘、170 t 主钩以及2 个80 t 副钩组成。在梁体每个端部分别设置有2 个连接铰轴，起重机的吊钩钩口与连接铰轴连接。 170 t 主钩为锻造双钩，通过吊钩螺母、吊钩横梁以及止推轴承安装在梁体的中部。2 个80 t 副钩由钢板切割而成，通过连接件悬挂在梁体下盖板上，分别布置在主钩的左右两侧。偏斜指示盘固定在梁体中间，用以显示抬吊梁左右两端的偏斜角度，以方便2 台起重机吊点高低差的调整。

1. 连接铰轴 2. 梁体 3. 偏斜指示盘 4. 主钩 5. 副钩
图1 联合抬吊梁整体结构示意图

通过调整左右两端连接铰轴的安装位置，达到调整2 台起重机抬吊点到抬吊梁中心距离，从而达到合理分配2 台起重机所承担的起升载荷大小的目的。对于质量大、中心位置居中的重型物体使用170 t 主钩起吊。对于外形尺寸大、重心偏中心位置的大型物体，通过2 个80 t 副钩联合起吊。根据大型物体的重心偏离程度以及具体尺寸大小，来确定左右2 个80 t 副钩相对于主钩的距离。这种抬吊点距离可调、起吊点距离可调的多功能联合抬吊梁，可以满足各种不同形状、不同尺寸大小、不同重心位置物体安全、可靠地吊装。

2 抬吊梁的受力计算
根据多功能联合抬吊梁抬吊点距离和80 t 吊钩起吊点距离的不同，有多种起吊工况。为了保证在每种工况下都能够安全可靠的工作，需要保证在每种工况下都具有足够的强度和刚度。为了保证计算的正确性，避免传统手工算法由于梁体形状不规则、结构应力集中等因素造成的差异，首先对抬吊梁主体结构的强度和刚度在传统手工计算的基础上，再利用有限元Ansys 分析软件进行校核，提高了计算精度。两种计算方法相互验证，可以保证计算结果的正确性，从而保证抬吊梁使用的安全性和可靠性。梁体材质为Q345B， 许用应力[σ ]=345/1.34=275MPa， 许用刚度[f ]=L /750=13.2 mm， 弹性模量E =206 000 MPa，泊松比 μ =0.3，材料密度为7 850 kg/m3。

2.1 传统手工计算
2.1.1 主钩起吊170 t 载荷工况
图2 为主钩起吊载荷时梁体受力简图。左侧起重机抬吊点距离中心位置A 分别为4 400 mm、4 950 mm；右侧起重机抬吊点距离中心位置B 可以分别为4 950 mm、5 500 mm。为了保证在联合抬吊时2 台起重机分担相同的载荷，左侧的连接铰轴安装在外侧两个轴孔内，右侧的联接铰轴安装在内侧2 个轴孔内，这时A=B= 4 950mm。针对这种工况进行计算。

图2 主钩起吊载荷受力简图
1）强度计算通过计算跨中最大弯矩为4.83×10N·mm ≤ [σ ]强度通过。
2）刚度计算通过计算f =9.19 mm ≤ [f ]刚度通过。

2.1.2 副钩起吊80 t 载荷工况
图3 为副钩起吊载荷时梁体受力简图。副钩在梁体上移动，能够使梁体产生最大应力和最大变形的工况是当2 个副钩都在靠近最中间位置时，即a =3 400 mm,b =2 000 mm,c =4 500 mm 时，针对这种工况进行计算。

图3 副钩起吊载荷受力简图

1）强度计算
通过计算跨中最大弯矩为3.26×109 N·mm ≤ [σ ]强度通过
2）刚度计算
通过计算f =7.78 mm ≤ [f ]刚度通过。

2.2 抬吊梁有限元分析
首先在 SolidWorks 软件中建立抬吊梁的三维模型。在建立抬吊梁的有限元模型时，先对梁体作必要简化，对主要受力件，保留其原结构形状，对非主要受力件进行简化。然后将模型导入到 Ansys 中进行网格划分，模型共划分为 11 528 个节点，5 036 个单元，有限元模型如图 4 所示。

图4 抬吊梁有限元模型

主钩加载时，抬吊梁受集中载荷作用，抬吊梁形变云图如图5 所示，应力云图如图 6 所示。

在主钩加载170 t 时最大等效应力出现在跨中上盖板附近，其值为 182.57 MPa ≤［σ ］；在主钩加载170 t 时最大变形出现在吊梁中心，变形量为 6.425mm ≤［f ］。

图5 主钩加载时抬吊梁形变云图

图6 主钩加载时抬吊梁应力云图

2.3 副钩加载分析
对副钩在最靠近中心处进行有限元分析计算。副钩加载时，吊梁形变云图如图7 所示，应力云图如图 8所示。

图7 副钩加载时抬吊梁形变云图

在副钩加载时抬吊梁最大等效应力值为 149.31MPa ≤［σ ］；由图7 可知，在副钩加载时抬吊梁发生弯曲变形，最大变形出现在吊梁中心，变形量为 5.4022mm ≤［f ］。

图8 副钩加载时抬吊梁应力云图

3 结论
针对抬吊梁主体结构两种最不利的受力工况，采用传统手工计算方法以及运用有限元 Ansys 软件进行强度和刚度的分析。从两种计算方法的结果可以看出抬吊梁的强度和刚度都能够满足使用要求，两种计算方法最大等效应力位置和大小非常接近，有限元分析得出的跨中变形值与传统手工计算结果相比减小了40% 左右。采用有限元分析计算，能够更加准确地反映出抬吊梁每个截面位置的等效应力和变形。通过调换不同抬吊点距离、不同起吊点距离，可以得出多功能联合抬吊梁各种工况下的最大等效应力以及最大变形。

参考文献
[1] 王永廉. 材料力学 [M]. 北京: 机械工业出版社,2008.
[2] 方勇. 基于 ANSYS 的可调吊梁设计[J]. 机械制造,2014.

来源：起重运输机械