万州新一代天气雷达设备吊装设计方案.doc

万州新一代天气雷达设备
吊装设计方案

1概述
万州新一代天气雷达站址位于万州区太安凤凰社区内，海拔高度1066m，地势开阔，地形复杂，交通不便。本次拟吊装雷达设备系统包括天线罩、天线、天线座。天线座底部距地面25.2m，天线罩最高处距地面35.82m，其重量如下表所示，总重量为10.5T。
序号

部 件 名 称
尺 寸（m）

重量（kg）

备 注
高（直径）
宽
深
1
天线罩
10.62
11.88
11.88
3400
分块
2
天线（反射体）
8.54

2.724
1085

3
天线座
5.178
1.967
1.45
6500

4
发射机柜
2.032
1.87
0.76
1600

5
接收机柜
2.00
0.6
0.8
200

6
综合机柜
2.00
0.6
0.8
200

7
配电机柜
2.00
0.6
0.8
200

该雷达站雷达产品属贵重电子设备，设备对吊装的安全性、可靠性和稳定性要求很高。同时，还应考虑到吊装对设备自身结构强度、刚度的影响，不允许出现任何问题，只能成功不能失败。其中，吊装方案的选择、吊点的确定、重心的确定、结构件设计、吊具安装工艺性设计、钢丝绳等辅具的选择对整个吊装过程成功与否是至关重要的。
2吊装方案的选择
吊装方案是否合理是决定成功与否的关键，主要按以下步骤确定吊装方案：
2.1先确定重量及重心位置
应先对设备称重或精确计算，以确定设备的重量及重心位置。这对吊装方案的确定以及结构件、钢丝绳等辅具的计算选型必不可少。
2.2选择吊点
吊点选择需按以下三个原则：
（1）设备重心位置接近四个吊点形成的图形的形心附近；
（2）便于吊具安装。钢丝绳与设备连接，通常需增加过渡件（结构件），结构件应易于安装，固定可靠；
（3）对设备受力影响小。吊点最好能选择在设备自身支撑部位。如不可行，也应选择在设备起吊后使设备受力较小的部位因为起吊后吊点变为实际支撑点，使得设备受力情况发生变化。因此，吊点位置确定后，必须综合考虑对设备受力的影响，确认刚度、强度变化符合设备要求后，才能采用。
通常选择四点。联接吊钩的钢丝绳是倾斜的，钢丝绳与水平面夹角α控制在不小于45°～60°之间。夹角越小，吊索内力就越大，而且它的水平分力会对起吊设备产生相当大的压力。因此该角一般不小于60°。而对于外形近似于方形的设备，钢丝绳又不能接触到设备，就必须加撑杆，钢丝绳就被分为上下两层。通常上层钢丝绳为等长不可调，下层为可调的，如图1所示。
2.3起吊高度的确定
根据设备高度ha、撑杆距离设备高度hb（800 mm～1000mm），撑杆距离吊钩距离hc（保证钢丝绳与撑杆夹角大于60°），总起吊高度H=ha+hb+hc如图1所示。
2.4吊机的选择
起吊高度的起始位置H确定后，举升高度已知，总重已知，设备宽度已知。可以根据以上已知数据选择合适的吊机。
2.5吊钩位置的确定
吊钩的高度现在已成为已知参数，还需确定在水平面上的位置。通常应位于重心的正上方，特别对于要求水平起降的设备。否则就引起设备倾斜，倾斜程度同重心与吊点在水平面上的投影的偏距成正比，对倾斜与否要求不高的设备允许吊钩与重心在水平面上的投影不重合。
3设计计算
当吊装总体方案确定后，就要进行吊具的设计计算。首先要计算出各吊点的受力情况（力的大小和方向），然后进行各结构件的强度、刚度计算，最后通过计算选择合适的钢丝绳和卸扣等起重附件。应对整个吊具的每个环节——从吊钩至设备进行认真仔细的分析和计算，不能遗漏。
3.1结构件设计
结构件通常采用钢结构焊接件，对于重要产品设备，举升高度又较大，同时考虑到起吊时有一定的冲击性，一般动载荷系数取1.1，对于重要结构件，安全系数建议采用2.5左右，对于次重要结构件安全系数一般不小于2。
3.2钢丝绳的计算
（1） 起重用钢丝绳的安全系数一般为3～10。根据用途不同取不同值。对于起重机（机械传动）n=5～6，对于千斤绳（绳扣、吊索）n=6～10。对于专用吊具，如果吊具使用次数少（例如随产品配发使用），则钢丝绳安全系数K可取8左右。若吊具经常使用（例如批生产中），则n可取8～10。 钢丝绳的拉力可按下式求得，如图2所示。
S＝K1·K2/cosa·Q/n≤P/K式中，k1为动载荷系数一般取k1=1.1；k2为不均匀系数一般取k2=1.2～1.3；n为吊索（钢丝绳）的分支数；α为吊索各分支与垂直线夹角；Q为设备重量；P为吊索破断拉力；K为安全系数。
公式（1）适用于设备重心没有条件测量以及对起吊设备倾角要求不高的情况，通常4根钢丝绳等长，其中k2根据重心估计位置来定，吊钩点在水平面上投影与重心在水平面投影偏差大（估计），则k2取较大值。反之取小。例如方舱吊具设计可采用公式（1）。
如果设备重心位置有条件测量，同时对设备吊装角度有较高要求的情况下，将公式（1）改为公式（2），即：
Sx=K1·K2·Tx≤P/K，x=1，2，3，4 （2）
式中，Tx（x≤1，2，3，4）为各吊索拉力。
由于各点拉力Tx均可求出，故此时不均匀系数K2应为1。
公式（2）变为：Sx=K1·Tx≤P/K，x=1，2，3，4 （3）
或P≥K·Sx （4）
按照公式（4）求出破断力，根据破断力选出合适的钢丝绳。吊索用钢丝绳型号最好选用6×37钢丝绳。

（2）钢丝绳长度的确定。
对于需以一定姿态吊装的设备，即对于水平起吊要求很高或以一定倾斜角θ吊装时，例如将设备与另一设备对接。重心与吊钩在水平面上的投影必须重合，如图3所示。由于重量、重心的测量误差，钢丝绳加工误差和自身具有一定弹性，使得实际情况产生偏差，而安装要求角度的精度较高，这就要求钢丝绳长度采用可调式的。对于有撑杆的情况，一般将撑杆以上四根钢丝绳设计为等长不可调式，撑杆以下四根钢丝绳设计为不等长可调式，如图4所示。试吊时，通常采用手动葫芦代替可调钢丝绳，如图5所示。一个方向上调整需两只葫芦，两个方向上调整应准备三个葫芦，调整手动葫芦，待被吊设备达到实际所需角度时，测量葫芦两头的长度，并将可调式钢丝绳按此长度加工成不可调式钢丝绳。此时，钢丝绳的长度就完全确定了。

3.3卸扣的选定
根据各吊点的荷载，选择合适的卸扣。
3.4补充说明
对于重心位置不能确定而起吊角度又有一定要求的设备，可采用估算法确定其重心的一定范围，采用上述方法，分别确定在上限和下限两个极限位置时各结构件、钢丝绳、卸扣等附件的参数，并取最大值作为最终参数，保证两个极限位置都可起吊。
4举例说明
下面以某产品的吊装设计为例来加以说明，如图6所示。
该产品为某产品天线车，上有天线、冷却等设备，需将其整体吊装。因此，为确保吊装工作的安全必须设计专用吊具。
4.1吊装方案的选择
（1）对该设备称重，可得重量及水平面上的重心位置，如图6所示。
（2）利用原天线车下四个支撑法兰中的后两个，设计一箱型截面梁与法兰螺栓联接，钢丝绳采用兜的方式与箱梁联接形成一对吊点。天线车鹅头圆弧处加一个工字型截面横梁，钢丝绳通过卸扣与工字梁两端联接，形成另一对吊点。为使钢丝绳不与设备接触，需加两付撑杆。撑杆两端通过卸扣与钢丝绳联接，这样就形成了上下两层钢丝绳，如图6所示。这个方案的选择符合吊点选择的三个原则，其中选择这四个点，使受力点接近设备自身支撑部位（千斤顶、支撑法兰），受力变化产生的影响最小。
（3）起吊高度H的确定：由图6可知ha＝3120㎜，hh＝985㎜，hr＝5187㎜，H＝ha+hh+hr＝10000㎜。
（4）吊机的选择:求得起吊高度H=10m，举升高度为已知，暂定5m。查阅吊机手册，根据设备外形尺寸，可得设备重心距离吊机臂转动中心最小距离，应选择70t吊机。
（5）吊钩位置的确定：为保证设备平稳离地，就应使吊钩位于重心的正上方，使得吊钩在水平面上的投影与重心在平面上投影重合。
4.2设计计算
4.2.1结构件设计
设备外形尺寸及受力情况如图6所示。采用箱型梁,长度3.3 m，材料为16Mn。经计算,安全系数为2.5，截面尺寸为290mm×190mm×10mm×6mm。
4.2.2钢丝绳的计算
（a）根据受力图分别计算前端和后端的钢丝绳拉力，如图7所示。
T1′·cos66°＝ T2′·cos79°
T1′·sin66°＋ T2′·sin79°＝ 28t
T1′＝ 9.3t T2′＝ 19.9t
采用公式（3），得：
S1′＝ K1·T1′＝ 1.1·9.3＝10.2t
S2′＝ K1·T2′＝ 1.1·19.9＝21.9t
前端两点采用单根钢丝绳，左右各1根，S1＝S1′/2＝5.1t
后端两点采用两根兜的方式，左右各2根，S2＝S2′/4＝5.475t
采用公式（4），得：
P≥K·S2＝8·5.475＝43.8t
查手册：应选用6×37钢丝绳，钢丝绳直径28 mm，破断拉力45.65 t。
（b）钢丝绳长度的确定。为保证水平状态起吊，通过作图，可得上层钢丝绳长度尺寸,通常设计成等长。同理，可得下层钢丝绳的尺寸（直接在图上量取）。并将下层一对连接工字梁的钢丝绳，设计成可调（手动葫芦），待试吊后最后确定其长度。

4.3卸扣的选定
根据各钢丝绳连接处受力计算结果，前一对选择大于的卸扣，即8t卸扣，后一对选择大于的卸扣，即15t卸扣。
雷达的实用吊具就是按上述方案设计的，从吊具多次使用情况看，是安全可靠的。
5结束语
吊装往往是雷达产品设计、加工、总成、调试后的最后阶段，重要性非同一般。如果出问题，一方面所造成的财产损失巨大；另一方面对进度的影响将无法挽回。吊装技术看似简单，往往易被忽视。因此，除给予高度重视外，在雷达方案论证阶段就要考虑如何吊装，并同总体方案一起进行论证。
综合以上设计方案，结合本工程实际情况，本工程雷达吊装设计拟采用QY50B全液压汽车起重机一台。该起重机主臂高度40.1m，起吊重量最大为7.5吨，加上副臂高度可达55.1m，起吊重量约3吨，基本能够满足本次吊装雷达设备的设计吊装要求。但由于进入作业场区约有3公里的道路宽度不足4米，有三处转弯半径小于15米，路面为泥结碎石，局部路基承载能力及转弯地方均需要进一步踏勘，明确整改措施，进行道路整修后方能确保吊车及雷达设备顺利进场。