一種雙行車用新型吊具的設(shè)計(jì)及受力分析

引言

在工廠生產(chǎn)作業(yè)過程中,隨著產(chǎn)品升級,普通行車已不能滿足噸位要求。若重新投資更大噸位的行車,則需要投入較大資金。而采用大型汽車吊來吊裝往往又受空間的限制,且同樣需要較多的資金投入,還浪費(fèi)現(xiàn)有的行車資源。如果將現(xiàn)有的兩臺行車一起配合吊裝即可滿足要求。由于兩臺行車的吊鉤之間存在一定距離,往往超過貨物尺寸,因此需要設(shè)計(jì)一種新的吊具用于兩臺行車同時作業(yè)吊裝。

1吊圖設(shè)計(jì)方案

通過現(xiàn)場測量發(fā)現(xiàn),兩臺行車在最小安全距離下的吊釣間距為7m,按50t的承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于要求貨物吊裝時能夠旋轉(zhuǎn)并調(diào)整角度,因此只能在吊梁的中間位置設(shè)單個吊點(diǎn)并增加旋轉(zhuǎn)裝置。在單個吊點(diǎn)的情況下中間部位承受的彎矩最大,為了避免吊梁變形,采用變截面設(shè)計(jì)方案,吊梁中間部位的截面積應(yīng)大于兩端的截面積。此外,為避免吊梁承受拉應(yīng)力,將吊梁吊裝時的承載部位定位在頂部。

按上述要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并建模后得到的吊具模型如圖1所示。該吊具包含1吊梁、2吊鉤、3下軸承座、4上軸承座、5推力軸承、6防松螺母、7底部導(dǎo)向銅套、8頂部導(dǎo)向銅套及9、10兩個吊耳。在吊梁兩端頂部的吊耳分別掛在兩臺行車的吊鉤上:位于吊梁中間部位的吊鉤配合重型卸扣用于吊掛貨物:吊鉤的頂部通過螺紋固定在上軸承座上:上軸承座、下軸承座及5推力軸承相互配合一起安裝到吊梁上,用于承受貨物的重量,通過推力軸承可以實(shí)現(xiàn)吊鉤的旋轉(zhuǎn)。頂部及底部的導(dǎo)向銅套則用于吊鉤的導(dǎo)向,防止吊鉤傾斜。在吊鉤頂部安裝有止動墊圈及防松螺母,可以防止上軸承座的螺紋出現(xiàn)松動。在兩臺行車同時作業(yè)的情況下,配合該組吊具可以提高起重噸位,并實(shí)現(xiàn)貨物吊裝過程中的角度調(diào)整。該吊具的吊梁大量采用了三角形元素的析架結(jié)構(gòu),不僅結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定,且吊具自重非常輕。實(shí)際上結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以看作為有限元分析時將受力極小的區(qū)域材料去除的過程,結(jié)構(gòu)優(yōu)化后,吊梁重量從4.5t減輕至2.77t,既提高了起吊重量噸位,又提高了吊具的安全性。

2吊梁受力分析

由于吊梁是整個吊具最重要的部件,因此有必要對其受力情況進(jìn)行分析。吊梁是異形件,采用有限元分析法更容易獲得結(jié)果。在不影響計(jì)算結(jié)果的前提下,對吊梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡化,去除螺栓孔等特征,采用六面體單元對其劃分網(wǎng)格,并對兩端吊耳處進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)劃,共劃分168653個節(jié)點(diǎn)和92774個單元,單元平均尺寸為40mm,最小尺寸為5mm。對吊耳兩端進(jìn)行固定約束,在吊梁中間部位頂部受力面施加50t的負(fù)載,如圖2所示,然后進(jìn)行有限元計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示,在吊梁端部立板孔處的應(yīng)力最大,其第一主應(yīng)力為253.1MPa,如圖3所示,此處第三主應(yīng)力大小為66.3MPa,表明此處受三向拉應(yīng)力,應(yīng)按第一主應(yīng)力進(jìn)行校核。吊梁材料為O345B,其抗拉強(qiáng)度為490～675MPa,屈服強(qiáng)度為345MPa,完全可以滿足使用要求。

由于吊梁進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,其應(yīng)力分布較為均勻,表明該結(jié)構(gòu)較為合理,從而在保證安全的前提下,能夠大幅度降低吊梁重量。同時,在吊梁端面變形最大,經(jīng)過模擬分析,豎直方向變形為0.17mm,完全可以滿足使用要求。

3吊鉤受力分析

采用如吊梁同樣的方法對吊鉤進(jìn)行受力分析,吊鉤在豎直方向上的位移最大為0.22mm,表明吊鉤的剛度可以滿足要求。在吊鉤頂部的退刀槽處應(yīng)力最大,由圖4吊鉤受力云圖可知,第一主應(yīng)力大小為272.51Pa,第三主應(yīng)力為69.51Pa,表明此處受三向拉應(yīng)力,應(yīng)以第一主應(yīng)力進(jìn)行校核。吊鉤在采用42Cr1o4材料的情況下,其抗拉強(qiáng)度為11001Pa,屈服強(qiáng)度為9001Pa,完全可以滿足使用要求。

圖4吊釣受力云圖

4結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的新型吊具用于兩臺行車配合的情況下增加起吊重量。該新型吊具采用可旋轉(zhuǎn)式吊鉤設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)貨物在吊裝過程中的旋轉(zhuǎn)及角度調(diào)整:吊具采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的吊梁,應(yīng)力分布均勻,大幅減輕了自重并提升了兩臺行車起重吊物的能力。經(jīng)過采用有限元分析方法對新型吊具進(jìn)行受力分析,吊具的受力點(diǎn)在吊梁上方,其應(yīng)力形式為壓應(yīng)力,相比受力點(diǎn)在下方時承受的拉應(yīng)力更為安全,計(jì)算結(jié)果表明,吊梁的應(yīng)力和剛度均能滿足要求。本文所介紹的新型吊具具有投資少、安全性高的特點(diǎn),可以廣泛應(yīng)用于行車資源較多但單臺行車吊裝能力不足的工廠。