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|专用集装箱吊具的优化设计


翟 旺 李 帅 白文龙
一种专用集装箱 ， 采用上开盖结构形式 ， 主要由底座及箱盖等组成 ， 箱盖与底座间由多组螺栓连接固定 。 底座用于装载并固定货物, 箱盖主要起防护作用 ， 具有对内部运输产品与外界环境的隔热、防雨、防尘等功能 。 底座为适应大载荷装载要求 ， 必须有足够的强度和刚度 。 因运输条件、质量要求所限 ， 综合考虑制造成本 ， 箱盖结构设计相对轻便 ， 结构强度较低 。 整箱带载吊装时 ， 因箱盖结构强度低 ， 必须将整箱满载吊点设在底座上相应位置 。 该集装箱无法采用常用吊顶方式进行吊装 ， 需配套设计专用吊具 。 传统吊装方式如图1 所示 。
|专用集装箱吊具的优化设计
本文插图

1. 吊环 2. 斜吊索 3. 吊架 4 . 垂直吊索 5 . 箱体
6. 前吊点 7. 后吊点
图1 专用集装箱吊装示意图
需要特别指出的是 ， 该吊具吊装时吊具与集装箱的底部连接 ， 其吊装稳定性与常用顶部吊装方式相比有较大差异 。 如果吊具与集装箱某些参数匹配不合理 ， 集装箱起吊后倾角会较大 ， 严重时甚至会引起倾覆危险 。 以某产品为例 ， 曾发生吊装时集装箱前后方向倾斜角度超出允许范围 ， 无法按正常操作完成工作任务 ， 采取增加配重进行平衡后才完成吊装 。 另该吊具结构尺寸大 ， 操作、运输不方便 。 吊架尺寸7 000 mm×3 000 mm×500 mm ， 必须单独使用车辆进行运输 ， 吊具宽度超出一般公路运输车车箱宽度 ， 运输不便 。 为便于使用、操作、运输 ， 有必要对该吊具进行优化设计 。
1 新吊具设计
1.1 结构
从简化结构、减小外形、便于使用等角度出发 ， 对吊具结构进行优化设计 。 新吊具结构及组成如图2 所示 ， 主要由吊梁、下吊索、销轴Ⅰ、上吊索、销轴Ⅱ、销轴Ⅲ等组成 。

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本文插图

1. 吊梁 2 . 下吊索 3 . 销轴Ⅰ 4. 上吊索 5. 销轴Ⅱ 6. 销轴Ⅲ
图2 吊具组成
吊梁为主体承力结构 ， 吊梁中间主体结构由矩形钢管或钢板焊接成形 ， 两端上侧开槽并加工销孔安装销轴Ⅱ ， 上吊索通过销轴Ⅱ与吊梁连接；两端两侧焊接耳片 ， 可安装销轴Ⅰ并与下吊索连接 。 吊装时 ， 上吊索直接与吊车吊钩连接 ， 下吊索通过销轴Ⅲ与集装箱底部连接孔连接 。 销轴Ⅲ插入到集装箱底部吊装孔内 。
1.2 吊梁有限元分析
以某产品为例 ， 吊梁几何模型见图3 。 吊梁质量约180 kg 。 选取网格类型为Solid 185 ， 经计算上吊索拉力17.6 t ， 下吊索单边拉力8.8 t ， 方向均为各面内斜45°方向 。 将各载荷加载至相应销孔 。 计算结果见图4、图5 ， 计算得局部最大应力228MPa ， 最大变形约0.5 mm 。 吊梁材料选取Q345 ， 安全系数大于1.5 ， 符合吊装规范要求 。 吊梁仅在端部销轴连接处附近应力较大 ， 吊梁中部应力不大于25.6 MPa 。
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图3 吊梁几何模
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图4 吊梁应力云图
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图5 吊梁变形云图2 新旧吊具对比
2.1 2 种吊具主要参数比较
新的吊具外形尺寸和结构重质量与原吊具相比显著减小 ， 两种吊具主要参数比较见表1 。
表1 2 种吊具参数比较
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2.2 2 种吊具吊装时倾角计算对比


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