吊装平衡梁的设计
基于SolidWorks的吊装平衡梁静力学特性分析及结构优化
基于 SolidWorks的吊装平衡梁静力学特性分析及结构优化摘要：平衡梁为吊装机具的重要组成部分，在起重工程中被广泛应用。
平衡梁又称铁扁担，可用于保持被吊设备的平衡，避免吊索损坏设备，减小起吊高度，减少设备起吊时所承受的水平压力，避免损坏设备。
针对某化工厂汽轮机转子吊装平衡梁进行静力学特性分析，计算平衡梁最大静变形和最大静应力，在满足吊装要求的基础上，利用有限元分析软件对平衡梁进行结构优化，实现轻量化设计，减轻平衡梁重量。
关键词：平衡梁；有限元分析；静力学特性；轻量化设计一、引言某化工厂空分装置有两套空压机组，机组由德国西门子公司设计制造的SST-600全凝式汽轮机、STC-SR 450-10V6-2型空压机、STC-GV(20-5-H)型增压机组成。
汽轮机通过“一拖二”形式，同时驱动空压机与增压机，检修过程中采用平衡梁对汽轮机转子进行吊装，如图1所示。
图1平衡梁吊装汽轮机转子汽轮机转子及平衡梁规格参数如表1所示。
表1汽轮机转子及平衡梁规格参数为分析平衡梁结构是否满足吊装要求，避免平衡梁结构笨重、材料浪费、强度和刚度存在较大富裕量等问题，利用有限元分析软件对平衡梁进行结构轻量化研究。
二、平衡梁的结构和载荷分布平衡梁是由两根横梁、吊具及若干筋板组成，横梁采用槽钢加工制作，如图2所示。
图2平衡梁三维实体模型已主要受力部件横梁为研究对象，如下图3（左）所示，其横梁结构和受力具有对称性，只取一根横梁的二分之一加以研究。
由于一些细小特征对横梁变形影响较小，所以在保证零件结构的基础上对模型进行适当的简化，如下图3（右）所示。
图3 横梁三维实体模型及简化模型槽钢规格选用40#C ，其截面尺寸大小为400×104×14.5mm，槽钢材质为Q235，其材料力学性能如下表2所示。
表2 Q235材料力学性能以一根横梁的二分之一为研究对象，将横梁简化为简支梁，L=7.5/2=3.75m ，横梁所受重力m=15/4=3.75t ，横梁受力简图如下图4所示。
论吊装平衡梁的设计在海洋船舶控制平台的重要性
论吊装平衡梁的设计在海洋船舶控制平台的重要性海洋的船舶控制平台在实际的航海过程中非常重要，作为一种拥有350m3的大型设备，它的全身都是使用钢材来建造的，海洋船舶的控制平台底座由钢焊接而成，除此之外，该平台提供有四个钢造的吊耳，可以为吊装提供使用。
同时，该控制平台的内外部均匀涂抹有特殊的材料，在其内部安装了造价昂贵的机器设备，所以在使用平台时要尽量做到平稳，减少缓冲的力度和摩擦，以保护好海洋船舶控制平台。
本篇论文从吊装的平衡梁入手，研究其设计之后，分析它在平台实际控制中的重要作用。
标签：平衡梁；控制平台；船舶；设计1 平衡梁概述1.1 平衡梁的作用在使用吊装机时，平衡梁在吊装机的地位是相当重要的，它被广泛的运用到大型的工程中，同时，平衡梁也可以称之为铁扁担，可以在机器吊起比较重的设备时尽量保持整体的稳定性，减少吊环绳索的摩擦损坏力度，缩短吊索距离水平路面的距离，还有动滑轮的起吊高度，以及可以减轻在起吊时产生的压力，尽量避免对机器的损坏程度，除此之外，在使用多台机器设备时，平衡梁可以通过合理分配好各个支点的平衡点，计算相应的负荷力度，使得在实际运用中可以减少问题的产生。
1.2 平衡梁原理吊装的平衡梁在船舶控制平台中，可以使用其内部的CAN总线网络来实现传感器以及超声波的完美结合，在检测的过程中可以对不同的位置进行检索，然后把收集到的数据信息集合起来，通过归纳整理和分析之后把数据传送到控制平台之内，控制平台通过筛选出有用的信息之后判断好此时机器设备的工作稳定状态，最后输出对平液系统的控制信号来达到自动找出平衡的目标。
2 设计原则在实际工作当中，为了减轻工作量，平衡梁应该尽量选用形状比较简单，并且材质为钢板的材料，同时还要有优良的工作性能和工艺性能，为了方便平衡梁跟其他的部件能够顺利连接，一般需要使得平衡梁的截面保持一个对称的形状，此外，在构件方面应该选择具有长细比很明显的材料，并且要尽量增加截面积，提高材料的抗弯性能，可以尽可能地使用外壁较薄、整体外形的尺寸比较大的横截面形状。
平衡梁计算及校核
平衡梁计算及校核3.5.2场地基础的处理1．在吊机定位，吊机作业周围的其他钢结构设备基础暂缓施工，待设备吊装结束后进行施工。
2．300吨吊机的每个支腿与处理过的路基上放上四块双面路基板，在此路基板上再设置300吨吊机的专用路基板。
3．300吨吊机与150吨吊行车范围及设备进场的场地道路应加固处理，采用换垫层法使其具有一定的地耐力，开挖一定的面积，开挖深度约1米，以除去松软的回填土，挖至老土为准，再在上面铺设大石块约800毫米厚，并用压路机压实压平，然后再在大石块上铺约200毫米厚，再用压路机来回数次的压实压平，表面一定要处理平整，具体要求详见(图8)。
4．150吨履带吊的定位与行走区域范围场地道路处理后，并在处理过的路基上要铺设双面路基板，以增强和扩大地基的承载能力和受力面。
5．根据吊机的有关资料及设备重量和吊索的重量300吨吊机每个支腿最大的承载148吨。
P1+P2+P3+P4+P5+P64（79+120+124.9+1+3.8+0.34）/ 4 = 329/4=82.3吨P1：主吊机的自重量79吨P2：主吊机的配重重量120吨P3：设备的重量124.9吨P4：吊索具的重量1吨P5：吊钩的重量 3.8吨P6：设备群座支撑用钢管的重量Ø219×10 0.34吨3.6吊机性能选用详见氧氯化反应器吊装立面图（6、7）3.6.1主吊机选用DEMAG-TC2000型300吨桁架式汽车吊。
1)吊装总重量的计算G1.设备重量G1 =124.9吨2.吊钩重量G2 =3.8吨3.主吊索具的重量Ø60.5-6×37-170 G3 =1.027吨4.群座支撑钢管的重量Ø219×10 G4 =0.35吨5.底部吊索具的重量Ø56-6×37-170 G5 =0.23吨6.卸扣的重量75吨级5只G6 =0.72吨7.吊梁重量G7=1.5吨8.G=G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7=132.5吨符合吊机性能要求。
平衡梁的设计
5T 平衡梁计算书 根据现场实际情况，选用槽钢型平衡梁。
该平衡梁可用于吊装直径φ1200mm~1400mm 左右的设备。
如图(一)图（一）材料为Q235-A ，其MPa MPa s 210235~185，取中值=σ（GB700-88），许用一. 槽钢的选择设备重量4.07T ，用双分支吊装，平衡梁受力简图如图（二）。
分支拉力L F 平衡梁的夹角为)60~45(︒︒α，计算取︒55，吊重Q=4.07T 计算吊重动计K Q Q ⋅=44.12.12.121=⨯=⨯=K K K 动其中 1K 为冲击系数，2K 为不均匀系数 故 Q 计=4.07×1.44=5.86TF V =Q/n=5.86/2=2.93TF L = (Q 计/n)×1/sin a=3.57TF h =F V /tan a=2.05T槽钢为只受轴力作用。
根据强度条件确定槽钢的横截面积为A ≥F h /[σ]=(2.05×1000×9.806)/(140×106)m 2=1.44cm 2选用16a 型槽钢，截面积为21.95×2=43.9cm 2，满足要求。
二. 吊耳板的验算 ：如图(三):在断面A1B1处，b=20cm ，δ=3cmσ1=(Q 计/2)/b δ=4.79 MPa在断面A2B2处，b=16cm （偏保守），δ=3cm ，d=8cmσ2=(Q 计/2)/(b-d)δ=11.97 MPa在断面A3B3处，D=2R=16cm ，d=8cm ，δ=3cm 按拉漫公式验算： σ=(Q 计/2)/d δ=11.97 MPaσ3=σ(D 2+d 2)/ (D 2-d 2)=19.95 MPa吊索方向最大拉应力：σL =F L /((D-d) δ)=14.59 MPa []σ<，满足要求。
三. 焊缝的验算：对平衡梁受力分析知：焊缝（左侧吊耳）主要承受如图示方向的作用力 其剪切力为=⨯-⨯=3201054251h h F F P 96.63T 32010542511⨯-⨯=h h F F P =-34.87T (即1P 方向应向右) 上边焊缝承受弯距较下边的大，故只校验上边焊缝即可m N F M h •=⨯⨯⨯⨯=⨯=-23.72672105.10806.9100058.705.82m N l h M f f M .872.5910)2255(24.123.7267264.16622=⨯⨯-⨯⨯⨯==-τ m N l h P f .358.66102)2255(27.0806.9100063.967.04=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯==-剪τ式中： f h ——焊缝厚度l ——焊缝总计算长度，等于焊缝实际长度减去2f h[]ττττ MPa M 376.89358.66872.592222=+=+=剪，安全。
平衡梁吊具计算书
【屈服应力】 =367.5MPa . K=367.5/61.6=5.965﹥(K)安全
三：钢丝绳计算：
吊具安装吊装作业时采用 双股钢丝绳双吊索选用双绳兜吊。吊具由四个支座即四个吊点承载160T.每个吊点承载40T(4000000N).
钢丝绳破断拉力=40*6=240T(安全载重系数取值为6)
平衡吊具计算书
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校对
审核
一 现场采用二组吊具同时平稳起吊。吊具计算公式按单组平衡吊具计算。
如图一
单组吊具图（二）
二：荷载：
横梁吊耳板尺寸
39m箱梁重160T分配至每端为80T(800000N);按最重者验算受力。考虑1.2倍安全系数储备，800000N*1.2=960000N.单组吊具则要求吊具具备负重96T的能力。
轴截面惯性矩：W=0.1* =172800mm(销轴直径 )
轴最大弯曲应力： =M/W=80850000/172800=467.88MPa
抗拉强度：【 】=1080MPa/467.88MPa=2.3﹥【K】安全
钢丝绳破断拉力总和=240/0.82=292.6（换算系数取值0.82）
钢丝绳破断拉力总和：S破=292.6吨，动载系数1.05偏载系数1.1钢丝绳计算拉力:Smax=40t*动载系数*偏载系数=46.2t钢丝绳安全系数：n≧6，钢丝绳使用系数：0.92 机械效率：0.98. 实际安全系数：n=292.6*0.92*0.98*2/46.2=11.4﹥【6】安全
根据现场使用受力尺寸：四根销轴承载力为160T每根销轴承载40T,根据机动起重销轴类设计规定安全系数值K=1.75按单根销轴需承载P=40*1.75=70T
P=70T=700000N
平衡吊梁设计标准
平衡吊梁设计标准
平衡吊梁是一种建筑施工现场常用的起重设备,其设计需要考虑多种因素,包括负载能力、安全性、稳定性、耐久性等。
以下是平衡吊梁设计标准的一些要点：
1. 材料选择：吊梁的主要材料应为高强度、耐磨、抗腐蚀的钢材或铝材,并且应符合国家或地区标准要求。
2. 负载能力：吊梁的负载能力应满足实际使用需要,并且应按照相关标准进行测试和验收,确保其安全可靠。
3. 结构安全：吊梁的结构设计应符合相关标准和法规要求,同时具有足够的稳定性和抗风能力。
4. 安全防护：吊梁应设置有效的安全防护设施,如防护罩、护栏、安全锁等,以避免人员和物品的意外坠落。
5. 操作方便：吊梁的设计应考虑到操作方便性和人员安全保护,并且应设置相应的控制系统以保证其稳定平衡。
6. 维护保养：吊梁的设计应方便维护和保养,包括易于更换损坏配件、定期检测和清洁等。
以上是平衡吊梁设计标准的一些要点,具体的设计标准可根据实际情况和相关法规进行结合确定。
大型设备吊装平衡梁设计、可靠性分析及其APP的开发
Fi+F$，G
(2)
其中,F$@ (22349+7371)=G x 7371
解得:Fi=60.2t,F$=19.8t 式中:G——设备重量,80t。 开始起吊时,溜尾吊车的最大受力(P)的计算式见 公式⑶。
P= (F$+g) ki=(19.8+2)x 1.1=23.32t
(3)
式中:g—160t汽车吊吊钩和机索具总重量,2t ；
对一种常用吨位的吊装平衡梁进行设计和可靠性分
析，为平衡梁制作的快速选材以及强度校核进行APP
开发。以期提高工程技术人员工作效率和施工作业效
率，并
吊装机具计算提供新思路,推动吊装事业
智能化、信息化的发展。
1主设备吊装计算
1.1工程背景简介 中国化学工程第六建设有限责任公司(以下简称
"a$e & Lifting Forum 吊
重量90t。吊车负载率(!)：
88 !1= v 100% = 97.8%<98%
因此,
工安 要求。
拟选用160t汽车吊溜尾，根据吊车性能表,臂杆长 度为30m，回转半径为14m，起吊能力为32t,吊钩加锁
具重2t。对吊装 安全校核，对T分离载塔起吊的受
力
分,
1 所示。
G
图1起吊状态下受力分析图 根据静力学平衡原理，列方程式⑵。
1.2大型设备吊装计算
T分离塔是六化建承建的内蒙古安德力化工精细
化学品项目中最高和最重的设备 ，因此本项目把T分
离塔单独进行吊装工艺计算，以为其他设备的吊装计
。
表1所示。
表i怪分离塔技术参数
名称
位号
/分离塔 T-10205
①3200 H二46279
50吨多功能设备吊装平衡梁的设计
＝
（ Ｑ计 ／ ２ ） Ｘ １ ／ （ ｄ×８） ＝３ ６ Ｘ １ ０ ０ ０×９ ． ８ ／ （ ６×５×１ ０ — ４）
Ｐａ ＝ｌ １ ７． ６ Ｍ Ｐａ
叮３ ＝ ” ×【 （ ４ Ｒ ２＋ ｄ ２） ／ （ ４ Ｒ２－ ｄ ２） ］： １ ｌ ７ ． ６×［ （ ４×１ Ｏ ２＋ ６ ２） ， （
测 方法。
要 ：本文选 用 Ｈ型钢设计 了一种能够 吊装 多种直径设备 的 ５ ０吨平衡 粱 ，并且经过 了 Ｔ ｕｖ公 司检 测。本文详述 了该平衡 梁的设 计方法和检
平衡 粱设计 检测
关键词 ： 吊装
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｐａ ｐｅ ｒ ， ｗｅ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎｅ ｄ ａ ５ ０ ｔ ｏｎｓ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ ｆ ｕｎ ｃ ｔ ｉ ｏｎ ｓ ｐｒ ｅ ａ ｄ ｅ ｒ ｂａ ｒ ｆ ｏｒ ｌ ｉ ｆ ｔ ｉ ｎｇ ｅ ｑｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎｔ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｐ ｒ ｅ ａ ｄｅ ｒ ｂ ａ ｒ ｉ ｎｓ ｐｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ＴＵ Ｖ
一
＝２ ２５ Ｍ Ｐａ
表 １平衡 梁详细信 息
编 号
ｌ
阜台 爵 ＼
， ； ・
尺 寸
ＨＷ １ ５ ０×ｌ ５ ０
吊耳 厚 度 补 强 板 厚 度
３ ０ｎ ｎ ｎ １ ０ｍ ｍ
长度
２ ８ ０ ０ ａ ｍ／ ｒ ４ ２ ０ ０ ａｉ ｒ ｎ
数量
ｌ
＼ 蛰 ／
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄ： ｌ ｉ ｆ ｔ ｉ ｎｇ ｓ ｐｒ ｅ ａ ｄｅ ｒ ｂａ ｒ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ．
笔 者于 ２ ０ １ １ 年 ９月至 ２ ０ １ ２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 Ｔ Ｕ Ｖ 公 司检 测 。平 衡梁 详细 信 息如 表 ｌ ，该平 衡 梁可 用 于 吊装 直 径 中８ ４ ０ 中４ ２ ０ ０ ａｍ 左 右 的 多 种 设 备 ，材 料 为 Ｑ ｒ ２ ３ ５ 一 Ｂ，许 用 应 力 为 ［ Ｔ Ｉ ｓ ］
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140T 平衡梁计算书
根据现场实际情况，选用槽钢型平衡梁。
该平衡梁可用于吊装直径φ6000φ3000~6000左右的设备。
如图(一)
图（一）
材料为Q235-A ，其MPa MPa s 210235~185，取中值=σ（GB700-88），许用应力[]MPa s
1405.1==σσ，许用截应力[][]MPa 987.0==στ
一. 槽钢的选择
设备重量140T ，用双分支吊装，平衡梁受力简图如图（二）。
分支拉力L F 平衡梁的夹角为)60~45(︒︒α，计算取︒55，吊重T Q 140= 计算吊重动计K Q Q ⋅=
44.12.12.121=⨯=⨯=K K K 动
其中 1K 为冲击系数，2K 为不均匀系数
故 T Q 6.20144.1140=⨯=计。
T n Q F v 8.10026.201=== T n Q F L 054.12355sin 126.201sin 1=︒
⋅=⋅=α计
T F F v h 581.70tan /==α
槽钢为只受轴力作用。
根据强度条件确定槽钢的横截面积为
[]22643.4910
140806.91000581.70cm m F A h =⨯⨯⨯=≥σ 选用32b 型槽钢，截面积为222.11021.55cm cm =⨯，满足要求。
二. 吊耳板的验算 ：
如图(三):
在断面A1B1处，b=55cm ，δ=10cm
MPa Pa b Q 98.1710
105512806.910006.2011241=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=-δσ计
在断面A2B2处，b=26cm （偏保守），δ=10cm ，d=10cm
MPa Pa d b Q 78.611010)1026(12806.910006.201)(1242=⨯⨯-⨯⨯⨯=-⋅=-δσ计
在断面A3B3处，D=2R=26cm ，d=10cm ，δ=10cm 按拉漫公式验算：
MPa Pa d Q 63.9910101012806.910006.201124
=⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=-δσ计
MPa d D d D 22.1341026102637.1172
22
222223=--⨯=-+=σσ 吊索方向最大拉应力：
MPa Pa d D F L L 42.7510
10)1026(806.91000054.123))/((4=⨯⨯⨯-⨯⨯=⋅-=-δσ[]σ<，满足要求 三. 焊缝的验算：
对平衡梁受力分析知：焊缝（左侧吊耳）主要承受如图示方向的作用力 其剪切力为
=⨯-⨯=320
1054251h h F F P 96.63T 32010542511⨯-⨯=
h h F F P =-34.87T (即1P 方向应向右) 上边焊缝承受弯距较下边的大，故只校验上边焊缝即可
m N F M h •=⨯⨯⨯⨯=⨯=-23.72672105.10806.9100058.705.82
m N l h M f f M .872.5910)2255(24.123.7267264.16622=⨯⨯-⨯⨯⨯==
-τ m N l h P f .358.66102)2255(27.0806.9100063.967.04=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯==-剪τ
式中： f h ——焊缝厚度
l ——焊缝总计算长度，等于焊缝实际长度减去2f h
[]ττττ MPa M 376.89358.66872.592222=+=+=剪，安全。
实际吊重时如图（一）的钢丝绳（吊钩与平衡梁连接）与平衡梁的夹角取55~60°。