50吨多功能设备吊装平衡梁的设计
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摘 要：本文选用H型钢设计了一种能够吊装多种直径设备的50吨平衡梁，并且经过了TUV公司检测。本文详述了该平衡梁的设计方法和检测方法。
笔者于2011年9月至2012年9月完成了阿布扎比国家石油公司博禄三期设备安装项目。在工程施工过程中根据现场实际需要，选用H型钢设计了一种能够吊装多种直径设备的平衡梁，并且经过了TUV公司检测。平衡梁详细信息如表1，该平衡梁可用于吊装直径Φ840 ~Φ4200mm左右的多种设备，材料为Q235-B，许用应力为[σs]=225MPa表1 平衡梁详细信息
形状如图1所示： 图1 平衡梁主视图
一、 H钢的选择
拟定吊装设备重量最大50吨，用双分支吊装，平衡梁受力如图2所示。图2 平衡梁所受拉力图
分支拉力FL 和平衡梁的夹角拟定为: α=550
吊重50吨。
计算吊重 Q计 =Q×K动
K动=K1×K2=1.2×1.2=1.44
其中 K1为冲击系数，K2为不均匀系数。
故 Q计 = 50×1.44=72吨
FV = Q计/2 = 72/2 = 36T
FL =（Q计/2）×（1/Sinα）=36×（1/Sin550）=43.95T
Fh=Fv/ tanα=36/ tan550= 25.21T
σ=[σs]/1.5=225/1.5=150MPa
H钢轴向压应力：
受力如图3所示。
σ1 = Fh/A = 25.21×1000×9.8/(150×106）= 16.48cm2
所以选择HW150×150 H钢截面面积39.65×2= 79.3cm2>16.48cm2。满足要求。
2.吊耳板验算
在断面A1B1处，b =LA1B1=35cm，δ=3cm，δ-吊耳厚度
σ1=（Q计/2）×（1/bδ）= 36×1000×9.8/（0.35×0.03）Pa=33.6MPa
在断面A2B2处，b =LA2B2=20cm（偏保守），δ=5cm，d=6cm
σ2=（Q计/2）×（1/(b-d）×δ）=36×1000×9.8/[(20-6) ×5×10-4]Pa=50.4MPa
在断面A3B3处， d=6cm，δ=5cm，d-吊耳孔直径; δ-吊耳补强板厚度
拉曼公式 σ=（FV×1/(d×δ）)×[(4R2 +d2 )/( 4R2 -d2 )]
计算如下：
σ”=（Q计/2）×1/(d×δ）= 36×1000×9.8/(6×5×10-4 ) Pa=117.6MPa
σ3=σ”×[(4R2 +d2 )/( 4R2 -d2 )] = 117.6×[(4×102 +6 2 )/( 4×102 -62 )]= 140.86MPa
σ1＜ [σ]w
σ2＜ [σ]w
σ3＜ [σ]w
满足要求。
二、焊缝校核
P=(Fh×425-Fh1×105)/320=96.63T
P1=(Fh1×425-Fh×105)/320=-34.87T (方向相反)
因为 P1
M= Fh×8.5=70.58×1000×9.806×10.5×10-2=72672.23N·m
τM=6M/1.4hfl2=6×72672.23/1.4×2×(55-2×2)2×10-6=59.872 N·m
τcut=P/0.7hfl=96.63×1000×9.806/0.7×2×2×(55-2×2)2×10-4=66.358 N·m
hf-焊缝厚度
l-焊缝长度
满足要求。
三、平衡梁的检测
本平衡梁所使用的现场在阿联酋阿布扎比，必须要有TUV的第三方检测才可以使用，检测方法如下。
1.检测焊缝厚度，通过复核计算结果，得知平衡梁满足现场要求。
2.实际吊装配重测试
测试方法为吊装平衡梁许用重量×1.2的重量，也就是60吨的重量掉10分钟，然后对外观进行检查。
3.对所有焊缝进行磁粉探伤检查。
检测合格后获得TUV检测合格证书，并完成现场70台设备的吊装工作。参考文献[1] 刘鸿文编，材料力学（第4版）(I、II)，高等教育出版社，2004作者简介：顾海锋，1981年12月出生于吉林省乾安县，2008年7月毕业于吉林大学机械专业获工学硕士学位。目前是克拉玛依职业技术学院机械工程系教师。