箱式變電站吊具強(qiáng)度計(jì)算討論

1、箱式變電站吊具強(qiáng)度計(jì)算討論蘇州愛(ài)信輸配電設(shè)備有限公司 肖云驤 鄒文治關(guān)鍵詞：起吊、吊具設(shè)計(jì)、安全校核箱式變電站始于上世紀(jì)60年代研發(fā)應(yīng)用，70年代我國(guó)也開(kāi)始箱變研制和生產(chǎn)，其箱體外殼材料從金屬鋼板、鋁板、不銹鋼板、彩鋼板等，逐步有被新興非金屬GRC復(fù)合材料所替代，箱體中的材料除底架為鋼制外，其余如隔室板、門(mén)等逐步非金屬化。由于非金屬GRC材料制造的箱體有著多重優(yōu)點(diǎn)，而且可在如城市人行道旁、綠化區(qū)、高架橋下、生活小區(qū)、景區(qū)等地方安裝，外觀可與環(huán)境相匹配。又由于占地面積較小，僅是土建變電所的1/51/10，不但減少占地和建筑費(fèi)用，而且還省去申報(bào)基建項(xiàng)目的審批麻煩，所以箱式變電站得到快速發(fā)展。隨之而

2、來(lái)的是非金屬箱體應(yīng)用范圍和數(shù)量也不斷擴(kuò)大，使用非金屬箱體已不僅限于10KV箱式變電站，20KV、35KV箱變上也相繼使用，并擴(kuò)展到電站用消弧線圈柜、中性點(diǎn)電阻柜、110KV高壓電熔補(bǔ)償柜箱體等。其他行業(yè)如天燃?xì)鈶敉馊細(xì)庹{(diào)壓站箱體，電信戶外站箱體等等。由于非金屬箱體與其他金屬箱體相比，其重量偏大，一般常規(guī)10KV箱變箱體重在2.5噸6噸，個(gè)別體積較大的箱體重可達(dá)10噸以上。隨著非金屬箱體應(yīng)用數(shù)量的增多，事必在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝等過(guò)程中，起吊頻率也會(huì)隨之增加，箱體搬運(yùn)裝卸是使用專用吊具起吊的。眾所周知，重型物體的起吊一向被認(rèn)為是危險(xiǎn)性較大的作業(yè)，所以起吊箱體專用吊具的強(qiáng)度、安全性也倍受關(guān)注。圖片（一

3、）是在起吊現(xiàn)場(chǎng)吊具折斷照片。經(jīng)事后檢查分析、核算是由于材料外型不符于規(guī)定尺寸，吊具橫梁上軸向壓力過(guò)載，失穩(wěn)造成的。本文著重討論吊具設(shè)計(jì)安全強(qiáng)度的核算方法供參考。一、 非金屬箱體重量的估算在運(yùn)輸裝卸等起吊時(shí)，都要對(duì)物體進(jìn)行一下重量估計(jì)，以便評(píng)估作業(yè)時(shí)安全性及可行性。非金屬箱體重量一般在2.56噸，特殊大型箱體在10噸以上。我們根據(jù)計(jì)算和實(shí)際稱重，整理一個(gè)估算箱體重量經(jīng)驗(yàn)公式，行業(yè)中普遍認(rèn)同。G = L×b×kG 常規(guī)尺寸箱體重量kg(箱體高度在3m以下)L 箱體外型長(zhǎng)度（m）b 箱體外型寬度（m）k 系數(shù)，取500550kg/m2例：箱變箱體外型尺寸：4300*2500*23

4、00（墻高）m/m，其箱體重量？G = L×b×k = 4.3×2.5 ×k = 53755912公斤實(shí)際稱重結(jié)果與估算之間差距主要受每個(gè)箱體的門(mén)的多少及澆注施工時(shí)對(duì)墻板、頂蓋的厚度尺寸的掌握上。二、 箱體的吊裝及吊具箱體的起吊現(xiàn)場(chǎng)情況見(jiàn)圖片（二）所示，車(chē)間內(nèi)起重行車(chē)上吊鉤鉤住吊具上兩根較粗的鋼絲繩，兩根鋼絲繩用卸扣扣在一起，防止起吊受力時(shí)，單繩滑脫。吊具橫梁下面四根鋼絲繩，上面用卸扣與橫梁上孔相聯(lián)，起吊箱體時(shí)，將四根鋼絲繩下端分別套在箱體專用吊桿上。箱體上的吊桿不用時(shí)，可推入箱底架底框內(nèi)。圖（三）是一個(gè)專為用戶設(shè)計(jì)箱變吊具，其結(jié)構(gòu)是采用兩根14a槽鋼，

5、背靠背，中間以厚15m/m的鋼板焊接而成。吊具由橫梁及鋼絲繩和卸扣組成。20鋼絲繩 長(zhǎng)1800m/m 承重211KN/根 兩根 16鋼絲繩 長(zhǎng)3200m/m 承重133KN/根 四根卸扣 M36 4個(gè)（號(hào)碼4.9） 運(yùn)用鋼絲繩最大直徑26 承重48KN卸扣 M20 1個(gè)（號(hào)碼1.4） 用于扣住二根鋼絲繩防止受力滑脫三、 箱體起吊時(shí)受力分析起吊箱體時(shí)情形見(jiàn)圖（四）a，其受力分析見(jiàn)圖（四）b在三角形ABC中，已知吊具橫梁長(zhǎng)度BC=L,兩鋼絲繩AB與AC等長(zhǎng)，即AB=AC=箱體重G作用線與鋼絲繩形成的夾角為。起吊時(shí)，箱體重G作用于兩根鋼絲繩上。作用在剛體三個(gè)相互平衡的力作用線在三角形abc中交匯于a

6、點(diǎn)。按解析法求解，運(yùn)用正弦定理：得 = 令dc=ac=ab=P ad=G 則 = ， P = .G - (1)已知三角形acd,因ac=cd 是等腰三角形 故oc為頂角中心高。在直角三角形aoc中sin 已知ac=, oc=bc= 則 sin= °-2°吊具橫梁bc所受的軸向壓力見(jiàn)圖（四）c，由等腰三角形abc中，因?yàn)閍b=ac=P 令bc=N(軸向壓力)，仍由正弦定理求得=N =.P - (2)由式（1）和式（2）知，當(dāng)箱體重G為一定時(shí)，鋼絲繩上所受漲力P與鋼絲繩夾角有關(guān)，越大，則漲力P越大，同時(shí)吊具橫梁上所受軸向力N也越大。則安全性相對(duì)降低。故建議在條件允許情況下，加長(zhǎng)

7、鋼絲繩長(zhǎng)度，來(lái)減小角度，能夠降低鋼絲繩漲力和吊具橫梁上的軸向壓力。四、 實(shí)例計(jì)算：見(jiàn)圖（三）吊具為例：吊重限10噸，驗(yàn)算吊具橫梁的安全性。已知吊具上方兩鋼絲繩20 長(zhǎng)1800m/m ， 吊具橫梁支點(diǎn)長(zhǎng)度2850m/m，吊重箱體G=10噸=98KN解：1、鋼絲繩漲力P，按式（1）P = .G sin= L=2850 m/m =1800 m/mP = ×98 =52.5° = 80.49KN =180°-2×52.5° =75°查20m/m鋼絲繩允許載荷為211KN 故安全2、吊具橫梁軸向壓力N 按式（2）N =.P 已知 =52.5&#

8、176;N =×80.49 =75° =127.7KN3、驗(yàn)算橫梁安全性由圖知，吊具結(jié)構(gòu)由兩根背靠背，中間相距15m/m 14a號(hào)槽鋼組成，受力支點(diǎn)長(zhǎng)度2850 m/m 。14a槽鋼查表：?jiǎn)胃垆摻孛娣e A = 18.516cm2X軸慣性矩 Ix = 564 cm4Y軸慣性矩 Iy = 53.2 cm4 Eo = 1.71cm 由已知條件分析：受力桿長(zhǎng)為2850m/m，兩端鉸支已求得吊具橫梁軸向壓力N = 127.7KN 驗(yàn)算是否安全。兩根14a槽鋼 A = 2×18.516 cm2Ix = 2×564 cm4Iy =2×53.2 +18.51

9、6（0.75+1.71）2 =2×165.25 cm4取最小慣性矩 Imin= Iy =2×165.25 cm4最小慣性半徑 = =2.987 cm其桿的柔度 =1 =2850m/m =在工程中，若求得的p的壓桿（即p=100），這類(lèi)壓桿的臨界應(yīng)力超過(guò)材料的比例極限，而小于屈服強(qiáng)度s時(shí)，其桿的強(qiáng)度失效是以失穩(wěn)為主，故適用經(jīng)驗(yàn)公式驗(yàn)算其強(qiáng)度臨界應(yīng)力cr即 cr = a - b - (3)已知槽鋼Q235A,查表得公式的系數(shù)a、b及柔度p、s材 料a/Mpab/Mpapss/ MpaQ235A3041.1210061.623545鋼5783.74410060350鑄鐵332.21.45480木材28.70.1911040 a = 304 b = 1.12 s = 235 Mpas = = = 61.6當(dāng)=95.4時(shí)61.6100滿足（sp）則橫梁上的臨界應(yīng)力：按式（3） cr = 304-1.12×95.4 = 197.14 Mpa臨界力Pcr = cr.A = 197.14×2×18.516×102 = 730 KN工程中金屬結(jié)構(gòu)中鋼制壓桿安全系數(shù)n= 1.83則橫梁上的許用載荷P = = 243.3 KNN P結(jié)論：吊具吊重限10噸=98KN時(shí)安全。參考文獻(xiàn)： 1、工程力