可拆卸式窨井蓋起吊工具

紅塔煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司楚雄卷煙廠 云南 楚雄 675000

一、現(xiàn)狀

廠區(qū)內(nèi)的窨井蓋總數(shù)為1300個(gè)左右,井蓋重量為60公斤左右,內(nèi)的閥門(mén)、管道、儀表燈等備需要專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)定期行巡檢和維護(hù)維修工作。在巡檢工作中至少需要2名巡檢人員將移動(dòng)窨井蓋移動(dòng)到不影響作業(yè)的區(qū)域后才能對(duì)窨井內(nèi)的閥門(mén)及管道進(jìn)行檢查維護(hù)。由于井蓋與窨井之間的縫隙會(huì)被泥沙及各種雜物填緊,因此需要人用撬棍將窨井蓋撬松動(dòng)再用手持的鐵鉤鉤住窨井蓋的預(yù)留孔移動(dòng)到安全作業(yè)的區(qū)域。巡檢人員移動(dòng)窨井蓋耗時(shí)較長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大,并且有被砸傷的安全隱患。

二、技術(shù)方案分析

2.1 提出方案 針對(duì)以上問(wèn)題,提出三種設(shè)計(jì)方案,自行設(shè)計(jì)窨井蓋的起吊工具并用親和圖對(duì)三種方案進(jìn)行歸納整理:

方案一:采用滑輪裝置實(shí)現(xiàn)井蓋的起吊。

方案二:采用液壓裝置實(shí)現(xiàn)井蓋的起吊。

方案三:采用杠桿實(shí)現(xiàn)井蓋的起吊。

2.2 方案選擇 用加權(quán)評(píng)分法選擇以上三個(gè)方案。

待選方案 方案一:利用滑輪組實(shí)現(xiàn)井蓋的起吊 方案二:利用液壓裝置實(shí)現(xiàn)井蓋的起吊 方案三:利用杠桿原理實(shí)現(xiàn)井蓋的起吊安全性 權(quán)重系數(shù)0.3操作時(shí),人需要靠近井蓋。 操作時(shí),人需要靠近井蓋。 操作時(shí),人可以遠(yuǎn)離井蓋。結(jié)果 一般 結(jié)果 一般 結(jié)果 較好輕便、靈活性 權(quán)重系數(shù)0.3質(zhì)量輕方便攜帶 質(zhì)量較重、攜帶不便 質(zhì)量輕方便攜帶結(jié)果 較好 結(jié)果 一般 結(jié)果 較好難易程度 權(quán)重系數(shù)0.2起吊后難以實(shí)現(xiàn)井蓋橫向移動(dòng)。 起吊后難以實(shí)現(xiàn)井蓋橫向移動(dòng)。 使用推力軸承可方便的實(shí)現(xiàn)井蓋橫向移動(dòng)。結(jié)果 較差 結(jié)果 較差 結(jié)果 一般評(píng)估技術(shù)性 權(quán)重系數(shù)0.1加工龍門(mén)式支撐架 加工龍門(mén)式支撐架 加工轉(zhuǎn)動(dòng)體、杠桿測(cè)試結(jié)果 較好 測(cè)試結(jié)果 較好 測(cè)試結(jié)果 一般經(jīng)濟(jì)性 權(quán)重系數(shù)0.1滑輪組:210元龍門(mén)架:245元液壓缸:120元龍門(mén)架:245推力軸承:70元管材:150元測(cè)試結(jié)果 較差 測(cè)試結(jié)果 一般 測(cè)試結(jié)果 較好原始評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)很好為5分,較好為4分,一般為3分,較差為2分,差為1分加權(quán)綜合評(píng)分計(jì)算方法f i=a 1 x 1i+a 2 x 2i+a 3x 3i+a 4 x 4 4i+a 5 x 5i加權(quán)后得分3 2.9 3.7

評(píng)估以上三個(gè)方案后,選擇方案三:利用杠桿原理實(shí)現(xiàn)井蓋的起吊移動(dòng)。

二、工具的組成

為滿足起吊工具方便攜帶,安全可靠的使用要求,起吊工具的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循體積小、質(zhì)量輕的設(shè)計(jì)原則。閥門(mén)窨井蓋的重量決定了起吊裝置起吊過(guò)程中所承受的力,結(jié)合鋼材的使用范圍、制作成本和加工難度等問(wèn)題,選用45鋼作為起吊裝置的材料。即:杠桿、支撐桿、支撐架采用45號(hào)鋼的無(wú)縫鋼管;即平面轉(zhuǎn)動(dòng)體、垂面轉(zhuǎn)動(dòng)體采用45號(hào)鋼作為加工材料。確定窨井蓋起吊工具的最佳組成方案如:

三、零部件的設(shè)計(jì)

3.1 杠桿的設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu):組合式圓形空心結(jié)構(gòu)。

(1)杠桿長(zhǎng)度的確定

在不影響安全作業(yè)的情況下,由杠桿原理可知,撬動(dòng)相同質(zhì)量的物體,阻力臂的長(zhǎng)度越短越省力,閥門(mén)窨井蓋的直徑為680mm,窨井蓋邊框?yàn)?0mm,其起吊孔位于井蓋的直徑線上,因此杠桿的阻力臂L1至少為340+60=400mm,

動(dòng)力臂L2的確認(rèn):

由杠桿原理可知F1×L1=F2×L2

成年男子雙手的下壓力一般都大于150N,為了井蓋起吊方便省力,設(shè)定操作人員起吊井蓋時(shí)對(duì)杠桿的作用力F2=150N,井蓋重量一般為60kg左右則F1=60×10=600N,可知L2=(F1×L1)÷F2=1600

杠桿的總長(zhǎng)度L=L1+L2=2000mm

為了攜帶和存放方便,將杠桿分成兩段,每段1000mm,連接處采用M25×100的螺紋連接。

(2)杠桿直徑的確定

按照閥門(mén)窨井蓋起吊工具輕便靈活的特點(diǎn),小組選取內(nèi)徑d1=32mm、外徑d=38mm的45鋼鋼管。

計(jì)算杠桿的強(qiáng)度,根據(jù)第三強(qiáng)度理論:

式中:σca——杠桿的計(jì)算應(yīng)力(MPa)

M—杠桿所受的彎矩(N·mn)

T—杠桿所受的扭矩(N·mn)

W—杠桿的抗彎截面系數(shù)(mm3),W=(1-β4)≈0.1d3(1-β4),β

［δ-1］——對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)剛給你的許用彎曲應(yīng)力,查表得［δ-1］=255

廠內(nèi)閥門(mén)窨井蓋的質(zhì)量m≤50kg,為保證杠桿的安全性,小組取1.2的安全系數(shù),以m=1.2×50=60kg計(jì)算:

杠桿受到純彎矩的作用:T=0

M=mgL1=60×10×400=240000N.mm

杠桿的抗彎截面系數(shù):

杠桿的強(qiáng)度滿足要求。

(3)杠桿連接處強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證。

對(duì)杠桿M25×100的螺紋連接處進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證,確保杠桿連接處不發(fā)生變形、斷裂。

杠桿連接處強(qiáng)度試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

第1次60kg 第2次15分鐘 否第3次第1次70kg 第2次15分鐘 否第3次

可以看到杠桿連接處,起吊60kg以下的重物時(shí),不會(huì)出現(xiàn)變形、斷裂的情況。

杠桿需要與鋼繩配合,因此在杠桿的一端焊接吊鉤,用直徑為φ10mm的鋼筋制作吊鉤并焊接在杠桿的端面上。

3.2 吊索的設(shè)計(jì) 吊索選擇鋼繩,閥門(mén)窨井蓋起吊工具吊起的最大重量為60kg,查閱一般用途鋼絲繩GB20118-2006,選擇單股鋼絲繩。其具體參數(shù)如下:結(jié)構(gòu)1×7;公稱直徑6mm;公稱抗拉強(qiáng)度1570Mpa;鋼絲繩最小破斷力30.5KN。

3.3 支撐桿的設(shè)計(jì) 為保證起吊裝置的易操作性以及攜帶方便,支撐桿采用圓形空心結(jié)構(gòu)。

井蓋起吊高度為h=200mm即起吊可滿足要求,根據(jù)杠桿阻力臂L1和動(dòng)力臂L2的長(zhǎng)度,可計(jì)算出撐桿的長(zhǎng)度:

3.4 三角支架的設(shè)計(jì) 為使結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定和受力更均勻,將三角支架的高度設(shè)為600mm,支撐桿需要穿過(guò)三角支架,支架結(jié)構(gòu)極為圓形空心結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)示意如下圖所示。

3.5 軸套的設(shè)計(jì) 垂面轉(zhuǎn)動(dòng)體與支撐桿的連接處需要制作連接軸套,軸套一端加工φ25的孔,另一端加工φ32的孔,其結(jié)構(gòu)如下圖所示。

3.6 平面轉(zhuǎn)動(dòng)體的設(shè)計(jì) 平面轉(zhuǎn)動(dòng)體與推力球軸承配合安裝在支撐桿上,實(shí)現(xiàn)在水平面內(nèi)360°自由轉(zhuǎn)動(dòng)。平面轉(zhuǎn)動(dòng)體上設(shè)計(jì)四個(gè)M5×15的內(nèi)螺紋孔,平面轉(zhuǎn)動(dòng)體的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

壓平面轉(zhuǎn)動(dòng)體上需要安裝壓片,防止垂面轉(zhuǎn)動(dòng)體從平面轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)體上脫落,考慮到平面轉(zhuǎn)動(dòng)體的結(jié)構(gòu),在壓塊上鉆兩個(gè)φ6的孔。壓片的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

3.7 垂面轉(zhuǎn)動(dòng)體的設(shè)計(jì) 垂面轉(zhuǎn)動(dòng)體安裝在平面轉(zhuǎn)動(dòng)體上,且杠桿需要安裝在垂面轉(zhuǎn)動(dòng)體上,實(shí)現(xiàn)在鉛垂面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。起吊井蓋為防止杠桿的軸向竄動(dòng)需要將杠桿鎖緊,在垂面轉(zhuǎn)動(dòng)體上設(shè)計(jì)M5的內(nèi)螺紋孔,使用螺釘進(jìn)行鎖緊,垂面轉(zhuǎn)動(dòng)體的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

3.8 軸承的選擇 軸承的作用是實(shí)現(xiàn)起吊裝置的在水平面的內(nèi)360o自由轉(zhuǎn)動(dòng),主要承受軸向載荷,因此選定軸承的類型為:推力軸承。查閱“滾動(dòng)軸承推力球軸承外形尺寸”GB/T301一1995,選取推力軸承型號(hào)51105。

四、繪制圖紙加工零件

繪制圖紙 裝配零部件images/BZ_203_1299_2076_1713_2371.pngimages/BZ_203_1822_2068_2236_2378.png

五、起吊工具的效果與優(yōu)點(diǎn)

使用時(shí)將閥門(mén)窨井蓋起吊工具放置在井蓋旁邊,移動(dòng)杠桿至合適位置,用止頭螺釘將杠桿鎖緊,將吊鉤置于窨井蓋的兩個(gè)孔中,由杠桿一端的操作者往下用力,吊起井蓋并水平轉(zhuǎn)動(dòng)將其移動(dòng)到不影響作業(yè)的區(qū)域。

1.起吊工具能夠解決采用撬桿撬動(dòng)井蓋,人工搬運(yùn)井蓋的問(wèn)題。降低了巡檢人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,節(jié)約了人力。

2.起吊工具能夠能夠靈活、自由的鉤住不同尺寸的閥門(mén)窨井蓋,利用杠桿原理吊起閥門(mén)窨井蓋,省力、省時(shí)。

3.起吊工具的運(yùn)用能夠避免井蓋被撬壞的情況,杜絕移動(dòng)井蓋時(shí)被砸傷的安全隱患。

4.窨井蓋起吊工具,體積小、質(zhì)量輕,能方便攜帶到不同的作業(yè)場(chǎng)所。