一种可拆式吊耳的设计

第１２期　．ｊ　一　一种可拆式吊耳的设计　黄之军，王静，郑小飞，杨晓明　（南京宝色股份公司，江苏南京２１１１７８）　［摘要］为满足生产需要，笔者设计了一种可拆式吊耳。该种吊耳通过螺栓固定安装，拆装方便，可在多种场合下重复使　用　本文结合工程实例给出了这种可拆式吊耳的详细计算过程，可供同行设计时参考。　

［关键词］吊耳；可拆式；销：Ｉｔｓ；设计　

我公司为某造纸企业制造了一台大型蒸煮　器，为立式设备，高约１　１０　ｍ，其顶部分离器为整　体交货，直径５．２　ｍ，重量约１００　ｔ，设备结构见图　１。根据设计要求，所有焊接工作结束后，顶部　凸缘法兰的密封面及内件的密封面须在组装后进　行二次机加工，设备至少需要完成一次由卧式调　整为立式再到卧式状态的翻转工作。运输时，须　将顶部法兰盖、内件组装后整体发运。现场吊装　时，设备需直立，并在直立状态起吊，现场组焊　完成安装。从设备制造到运输、现场吊装，吊耳　显得尤为重要。为此，笔者进行了吊耳的设计。　

１吊耳选型　常见的设备吊耳分为侧壁板式吊耳、轴式吊　耳、尾部吊耳、顶部板式吊耳等几种类型，相关　技术要求及计算可参照标准ＨＧ／Ｔ　２１５７４．２００８《化　工设备吊耳及工程技术要求》。制造过程中，多　采用临时吊耳板，与设备本体直接焊接，用完后　再打磨掉。　

由图ｌ可见，设备上部接管较多，且设有４　个圆柱形支腿，结构较复杂，经计算后得到了设　备重心位置，其明显靠近上部，如图１所示。若　设置普通吊耳，起吊及翻转都较困难，无法满足　要求。经笔者充分论证后，确定吊耳类型为：底　部设置一个尾部吊耳，顶部设计了一种可拆式吊　耳，通过螺栓固定安装，数量为２个。下文仅就可　拆式吊耳的设计进行详细介绍，尾部吊耳可按ＨＧ／　Ｔ　２１５７４．２００８设计和校核，本文不再赘述。　笔者初步给出了可拆式吊耳的各相关尺寸，　见图２、图３。吊耳选材如下：　（１）底板、耳板及加强板材料为Ｑ３４５Ｒ，许用　应力［０】＝２１０ＭＰａ，许用剪应力［　】＝１２６ＭＰａ（取　

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图１设备简图　０．６【ｏ］）；　（２）销轴材料为３　５　Ｃ　ｒ　Ｍ　Ｏ　Ａ，许用应力　［Ｏ］＝３９３ＭＰａ，许用剪应力［下］＝２３６ＭＰａ（取　

作者简介：黄之军（１９８１一），男，安徽六安人，本科，中级工　程师。主要从事非标压力容器的设计与校审工作。　一Ｊ２一　■论文广场　石油和化工设备　２０１６年第１９卷　

０．６【ｏ］）：　（３）螺钉选用内六角圆　柱头螺钉，规格为Ｍ３０，力　学性能等级选用ｌ２．９级，许　用应力【０］＝７２０ＭＰａ（安全　系数取１．５），许用剪应力　［Ｔ］＝４３２ＭＰａ（取０．６［ｏ］）。　

图３可拆式吊耳三维图　２吊耳计算　２．１吊耳受力计算　若设备中心线与水平方向间的夹角为０，在　整个起吊过程中，该夹角。是不断变化的，可在　Ｏ～９Ｏ。间变化，与此同时，吊耳承受载荷的大小　和方向也随之变化，其受力状态及符号如图４所　

不。　令设备质量为Ｗ，吊装过程中的综合影响系　数Ｋ（本文取１．６５），则作用在设备重心处的重　力Ｆ＝Ｋ×Ｗ×ｇ。由图４可得，可拆式吊耳处的载　荷Ｆｌ＝Ｆ×ＬＬ２／［２×（ＬＬ１＋ＬＬ２）］，其两个分力分　别为：Ｆｌｘ＝Ｆｌ×ｓｉｎ　０，Ｆ１ｙ＝Ｆｌ×ＣＯＳ　０，其中，　Ｉ，Ｉ，】＝Ｉ　１×ＣＯＳ　０，Ｉ，Ｉ　２＝Ｌ２×ｃｏｓ　０＋Ｌ３×ｓｉｎ　０。　

图２管程数及分程布置方式　Ｆ１　Ｘ　

１：底板　２：耳板　３：镛轴　４：加强板　５：螺钉　

图４起吊过程受力示意图　２．２耳板应力核算　耳板应力校核图见图５，应力核算分别如下：　

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Ｌ　图５耳板应力校核图　第１２期　黄之军等一种可拆式吊耳的设计　一　３．　２．２．１耳板最大拉应力　单个耳板在吊索方向，　力（偏保守）：　ｏ　＝０．５Ｆ１／［（Ｐ￣一Ｄ）Ｓ］　２．２．２耳板最大剪应力　Ｓ为耳板厚度，对销孔内侧，Ｓ可计入加强板　即Ｆ１方向的最大拉应　厚度；　单个耳板在吊索方向的最大剪应力（偏保　守）：　Ｔ　Ｌ　Ｏ　Ｌ　２．２．３耳板焊缝应力　（１）焊缝面积Ａ１＝Ｌｓ　（２）焊缝拉应力　０　ａ＝０．５Ｆ１　／Ａ１＝０．５Ｆ１　／（ＬＳ）　（３）焊缝剪应力　Ｔ　ａ＝０．５Ｆｌｙ／Ａ１＝０．５Ｆｌｙ／（ＬＳ）　（４）焊缝弯曲应力　ｏ　ｂ＝６Ｍ／（ＳＬ　）＝３ＨＦｌｙ／（ＳＬ　、　（５）组合应力　３销轴与销孔核算　３．１销轴计算　根据受力分析，销轴主要受剪，其剪应力：　Ｔ：＿Ｆ　１，Ａ２＝Ｆ　１／［ｍⅡＤ　／４１　其中，Ｄ为销轴直径，ｍ为剪切面数目。文中　ｍ＝２，故公式可简化为：　Ｔ：Ｆ１／［ⅡＤ　／２１＝２Ｆ１／（ⅡＤ　）＜［Ｔ］　３．２销孔应力　根据文献１可知，耳板承受的拉力Ｆ１通过耳孔　（销轴孔）壁以沿弧长分布压力Ｐ的形式传递给销　轴，其沿弧长方向按照正旋规律分布，见图６。由　图６可知水平截面ｂ—ｂ和垂直截面ａ．ａ是危险截面，　应用弹性曲梁公式可得危险截面的应力，计算公　式如下：　内＝　（０．４０５　ｄ－丁０．０９５－　）≤　＝　．一Ｔ０．０９５０　４０５　－　２Ｒ＋ｈ）　外　・一］　‘——）　】　内：　（０．４０７一Ｔ０．０８７－２Ｒ－＾－ｈ）内　Ｉ　一］　’　Ｊ　：　（０．４０７　４－．Ｔ０．０８７ｆａ￣ｂ　一【’１　。　）≤　其中，Ｆ取０．５Ｆ１　Ｒ为中性面半径；　Ｋ为截面形状系数，对于矩形截面：　Ｒ　．２Ｒ＋ｈ　

Ｋ　×　一１　

３－３平均挤压应力　Ｆ　】　

其中，［ｏ　ｊ】为许用挤压应力，［ｏ　］＝１．４［ｏ】　

图６销孔耳板应力简图　４螺钉核算　４．１螺钉最大拉应力　当设备直立时，即０＝９０。时，螺钉承受最大　拉伸力，其最大拉应力：　０　Ｂ＝Ｆ１／（ｎＡ）＝Ｆ１／（ｎⅡｄ２／４）　其中，ｎ为螺栓个数，ｄ为螺栓直径。　４．２螺钉最大剪应力　当设备水平时，即０＝０。时，螺栓承受最大　剪切力，其最大剪应力：　

Ｔ　Ｂ＝Ｆ１／（ｎＡ）＝Ｆ１／（ｎⅡｄ　／４）　其中，ｎ为螺栓个数，ｄ为螺栓直径。　

５计算结果　依据起吊过程的受力特点，选取三个特殊位　置予以核算，即０＝０。　（设备水平）、０＝９０。　（设备直立）以及０＝４５。（设备倾斜）。将０角　度以及相关尺寸分别带入各式中予以核算，具体　．１４一■论文广场　石油和化工设备　２０１６年第１９卷　

核算过程从略，校核结果均满足要求，吊耳可以　安全使用。此外，笔者对该吊耳建立了有限元模　型，通过有限元分析计算也进一步验证了上述计　算结果的可靠性。　６结语　随着节能减排和技术进步，化工行业设备向大　型化发展，随之带来了非标吊耳的设计和强度计算　的问题。非标吊耳的设计应立足于单台设备的结构　特点及吊耳的使用场合，合理选取吊耳类型，通过　设计计算后确定吊耳的结构尺寸及选材。　笔者设计的吊耳通过螺栓固定安装，拆装方　便，仅需更　不同长度的螺栓，就可在多个场合　下重复使用。文中的设备在制造完成后，根据顶　部法兰盖的厚度，仅更换了另一组不同长度的螺　栓就可用于设备运输和现场吊装。　文中结合工程实例详细给出了可拆式吊耳　的设计计算，可供广大同行在设计吊耳时参考使　用。　

◆参考文献　［１］朱渭定．起重机耳孔拉板的计算［Ｊ］．水利电力施工机械，　

１９８２，（２）：８－１６．　［２］刘鸿文，林建兴，曹曼玲编．高等材料力学［Ｍ］．北京：高　等教育出版社，１９８５．　［３］李鹏举，王永新．起重机械销孔和吊耳的计算与比较［Ｊ］．建　筑机械化，２０１０，ｆ１２）：３３．３７．　［４】商伟军，王云孝．起重机销孔拉板的应力分析［Ｊ１．起重运输　机械，１９９６，（５）：９—１３．　［５］５宋恒家．起重机吊环的曲梁计算［Ｊ］．起重运输机械，２００６，　（８）：５２－６７．　［６】成大先．机械设计手册（第五版）［Ｍ］　ｂ京：化学工业出　版社，２００７．　

《石油和化工设备》列入国家新闻出版广电总局　首批学术期刊认定名单　

２０１５年１０月２０日，我刊收到国家新闻出版广电总局新出报：ＦｉＪ［２０１５１６２５号文件，正式通知《石油和化　工设备》为中国石油和化学工业联合会主管的首批学术期刊。　２０１４年１２月９日，国家新闻出版广电总局在其官方网站上正式公布了首批学术期刊认定名单，其中　《石油和化工设备》列１２１７＃（排名不分先后）。　

此前，为严格学术期刊出版资质，优化学术期刊出版环境，促进学术期刊健康发展，新闻出版广电　总局于２０１４年４月先后发布《关于规范学术期刊出版秩序促进学术期刊健康发展的通知》《关于开展学术　期刊认定及清理工作的通知》，经各省、区、市新闻出版广电局、中央期刊主管单位初审上报，新闻出　版广电总局组织有关专家严格审定，确定了首批学术期刊认定名单，２０１４年１１月ｌ８日至２４日在总局网站　进行了公示（共５７５６种），２０１４年１２月９日公布正式名单（共５７３７ｋ￣）。　

（本刊编辑部）