一種工業(yè)用新型活動吊盤的設(shè)計研究

竇 蓬 棟

(北京中能建電力技術(shù)有限公司，北京 100023)

一種工業(yè)用新型活動吊盤的設(shè)計研究

竇 蓬 棟

(北京中能建電力技術(shù)有限公司，北京 100023)

從實際工程需要出發(fā)，針對在實際使用中的難點進行了設(shè)計構(gòu)思，提出了一種能伸縮的新型活動吊盤，對其核心構(gòu)件進行了詳細的計算變形分析，并對結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計、受力計算和實際使用均進行了詳細的闡述，這種新型的活動吊盤極大地提高了工作效率，而且可重復使用，也節(jié)省了工程成本，取得了很好的經(jīng)濟效益。

伸縮活動梁，上下層扇形環(huán)板，彎扭失穩(wěn)

1 工程背景

在煉鋼高爐、大型鋼筒倉、立式鋼貯液罐等工業(yè)施工的后期，需要在內(nèi)部噴涂油漆防銹、防腐蝕這一重要環(huán)節(jié)。實際工程中，一般利用吊車吊掛工人操作的平臺進行噴涂，由于操作平臺狹窄站立人員不夠、頻繁變換操作平臺方位以及隨著筒倉體周圈尺寸沿豎向的漸變，往往噴涂筒倉壁上部時需要不斷更換操作平臺的大小，因此之前的操作平臺也就舍棄不能用，最終導致要完成這一施工環(huán)節(jié)往往需要花費很大的時間、人力及材料成本，嚴重影響了勞動效率和工程的交付使用時間。在激烈的市場競爭下，亟需一種能適應大量工人同時進行的并且可以重復使用的新型噴涂吊盤，以提高工作效率、節(jié)省成本，從而能實現(xiàn)好的經(jīng)濟效益。

2 設(shè)計構(gòu)思

結(jié)合工程實際中的應用，考慮到多個工人同時進行操作并且所站立操作平臺的大小可以自由變換，因此，操作平臺設(shè)計為圓形并作為底座，在底座上繞平臺圓心放射狀布置外挑的懸臂梁，在懸臂梁外圍再設(shè)計一套筒，套筒固定，這樣懸臂梁就可以自由的活動伸縮。為了支承套筒，在套筒下面設(shè)計彎曲環(huán)梁，不僅作為套筒梁的支承點而且還作為堆料等的平臺，根據(jù)實際需要，活動吊盤伸展開時最大半徑12.40 m，收縮后的最小半徑6.40 m，活動吊盤的整體結(jié)構(gòu)形式見圖1。

3 計算分析

懸臂梁是這個結(jié)構(gòu)的核心部分，懸臂梁截面采用Ⅰ16，對其的受力形式進行了詳細的分析。

懸臂梁根部截面的應力為：

(1)

(2)

懸臂端截面的應力為：

(3)

(4)

此時考慮懸臂端扇形環(huán)板面荷載對懸臂端所產(chǎn)生的扭矩為：

T=6.82 kN·m

(5)

(6)

對于懸臂端由彎矩和扭矩共同引起的剪應力為：

τ=τ1+τ2=89.1 MPa

(7)

從以上的計算中可以看出，懸臂梁的受力狀態(tài)較復雜，懸臂端雖然由彎矩產(chǎn)生的正應力比較小，但是由于環(huán)板荷載的存在對其產(chǎn)生了比較大的扭矩，并且由扭矩所產(chǎn)生的剪應力與彎矩產(chǎn)生的疊加，使得懸臂梁端部的剪應力比較大，這值得重視。另外，雖然采用了雙軸對稱的截面形式，但由于扭矩的存在加大了懸臂梁端彎扭失穩(wěn)的風險，因此環(huán)板底部加勁肋與懸臂梁以及環(huán)板相互間的疊加顯的尤為重要，可以提供側(cè)向的約束，保證懸臂梁的平面外穩(wěn)定。

另外，在懸臂梁端部設(shè)置扇形環(huán)行鋪板，由于要保證其外伸和內(nèi)縮時操作平臺的完整性，因此設(shè)置上下兩層扇形平臺板，核心的一點在于懸臂梁外伸和回縮時下層平臺板與懸臂梁同時運行，與此同時上層板在下層板上滑動，隨著懸臂梁的活動進行伸縮，由此，既解決了懸板能自由活動問題又保證了在外伸時平臺的完整性。對于上層懸板，在外伸時其板底加勁肋支承在下層板面，形成三點平衡以此來保證板的強度和穩(wěn)定。上下懸板與懸臂梁見圖2。

另外，考慮到吊盤的實際吊裝，沿圓形吊盤主體框架均勻?qū)ΨQ設(shè)置六個起吊點，采用鋼板設(shè)孔的形式焊接于主體框架梁上。考慮到伸縮梁的順暢運行以及在運行中的卡位問題，在套筒底部設(shè)置了輥軸支座以及兩側(cè)壁留出了銷栓孔用來固定外伸的懸臂梁。為了防止懸臂梁滑出套筒，還特意在套筒頂面設(shè)計出沿運行方向的條形橢圓孔，懸臂梁頂面設(shè)置了三角形狀的限位儀，確保在懸臂梁運行時的安全。

整個活動吊盤采用Q235-B鋼材，共用鋼55 t左右，折合114 kg/m2，用鋼指標較為經(jīng)濟。

4 結(jié)語

本文提出了一種新型的可以自由伸縮的活動吊盤，解決了實際工程中的困難，極大地提高了勞動效率，其可以重復使用的特性在很大程度上節(jié)省了工程成本。

1)在整個活動吊盤中，懸臂伸縮梁是核心構(gòu)件，其受力比較復雜，尤其是懸臂端由于扇形環(huán)板荷載的扭轉(zhuǎn)作用使得其彎扭剪應力比較大，應該驗算此處截面的綜合剪應力，這與我們以往的設(shè)計習慣不同。

2)正因為扭矩的存在，加劇了懸臂梁的彎扭失穩(wěn)，除了精確的計算還得采取有效的設(shè)計措施，確保梁的穩(wěn)定安全。

3)扇形環(huán)板底部設(shè)置三角形加勁肋，這樣除了能提高環(huán)板自身的強度外利用三點支承的原理使得上層環(huán)板在下層環(huán)板穩(wěn)定滑行。

[1] GB 50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JGJ 80—91，建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].北京：科學出版社，1998.

Design study on a new kind of moveable platform

Dou Pengdong

(BeijingChina-Energy-ConstructionElectricPowerTechnologyCo.,Ltd,Beijing100023,China)

According to the practical engineering, a new kind of moveable platform is put forward, and the critical members are analyzed for the deformation. The overall design, force calculation and practical application are discussed in detail. By means of this new type of moveable platform, the working efficiency can be improved dramatically and the cost can be reduced considerably due to repetitive use, which can lead to economic performance.

flexible and moveable beam， sector annular plate， flexural-torsional buckling

2015-04-26

竇蓬棟(1980- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)19-0024-02

TU318

A