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编者按
吊具试验是吊具验收工作的重要组成部分,试验过程主要围绕检查吊具的承载能力、安全性、可靠性与协调性进行。本文对怎样做好吊具的试验验收全过程工作进行了全面的介绍。
1序言
吊具是一种常用的工程器械,生活中随处可见,吊具顾名思义是对产品或原材料实施吊装的工艺装备,主要用于对产品或原材料进行周转、移动和装卸等作业,同时吊具还广泛用于航空航天、船舶、汽车等工业产品的装配过程之中。质量较轻的一些产品与原材料的周转与装卸,通常选用一些绳索或吊带等通用吊装物件,既可满足作业要求;而一些质量较大的产品,如航空航天、船舶、汽车等产品,质量多达数十吨,甚至数百吨,对于这些产品的吊装,显然采用简易的吊具无论从作业的安全性、可靠性还是强度等方面考量,运用通用的吊装器械都根本无法满足产品的作业要求。而且这些产品造价昂贵,尤其像航天飞行器这样的产品,在吊装过程中还具有非常大的危险性,对于这些产品的吊装,为了确保吊装过程的可靠性与安全性,必须针对产品的质量与结构设计制作专用吊具,方可确保作业过程的稳定可靠与作业过程中的万无一失,这已是业界的共识。
通常吊具属于产品的附件,制作吊具的专业性非常强,一般主机厂不会自己来生产吊具,通常的做法是把吊具的制作委托给专业的吊具生产厂家,待生产完成后,再派相关人员去外协厂家进行吊具验收。笔者在一家航天骨干企业从业已数十年,据我所知,每一款航天飞行器产品,都会针对其质量与结构,制造一整套专用吊具,用于飞行器的周转、装配与运输过程中的装卸等作业。一般对于吊装航天产品吊具的安全性与可靠性具有近乎苛刻的要求,为了验证吊具的强度、可靠性与适应性,必须对生产出的吊具进行一系列严苛的试验。本人先后参与、指导过数十套吊具的验收工作,对如何做好吊具的验收试验及试验过程中需要注意的一些事项,吸取了大量的一手经验。现将其介绍如下,希望能对同行做好吊具验收试验工作有所帮助。
2吊具的构成
吊具的结构形式相对简单,一般由梁体、吊带组件或吊索组件、起吊套筒、起吊轴、定位套筒、定位螺钉、转接板及一些标准件,如卸扣、螺钉、螺母与垫片等零部件构成(见图1~图4),其中吊带组件或吊索组件,一般又分前、后吊带或前、后吊索组件,通常一副吊具的零部组件不会超过20个。对于吊具上的金属件,通常制造的精度要求不会太高,但因为吊具上的每一个零件都是承力件,所以对于吊具上的每一个零件,都要求具有良好的强度。一般金属零件都宜选择高强的优质合金钢,机械加工或焊接后,尤其吊具的梁组件,都应安排适当的热处理,同时,应安排磁力探伤,绝对不允许工件有裂纹[1]。
图1方框内为某吊具组件
图2 军绿色产品为吊具纵梁
图3 吊具常用卸扣
图4 吊具常用吊带
3吊具验收的主要工作
吊具验收工作主要包括:检查吊具的齐套性、检查吊具零部组件尺寸及外观质量是否符合设计图样要求,指导鉴督客户按试验大纲不折不扣做好、记录好各种拉伸、破断、静动载及强度与协调等一系列试验,其中指导鉴督客户做好验收试验工作,是吊具验收最核心的工作。
4吊具验收试验组成
吊具验收试验工作是验收吊具最重点、最核心的工作,也是吊具验收工作中的重中之重。
吊具试验的种类主要包括:吊带(或钢丝绳)的拉伸试验、吊带组件(或吊索组件)的破断试验、吊具的静载试验、吊具的动载试验、吊具的强度试验及吊具的协调性试验,其中强度试验,又分为第一强度试验与第二强度试验。
(1)吊带(或钢丝绳)的拉伸试验 吊带(或钢丝绳)是吊具起吊时用的最主要的承力件,直接作用于产品,吊带(或钢丝绳)的承载能力必须保证满足设计规定要求,做该试验就是在拉伸设备上,加2倍于吊带(或钢丝绳)额定负载的力,保载10min,再检验吊带(或钢丝绳)是否有破损。
(2)吊带组件(或吊索组件)的破断试验 吊带组件(或吊索组件)一般由吊带(或钢丝绳)与两端的卸扣、U形花样螺栓、转接板等零件组成。在吊具使用过程中,吊带组件(或吊索组件)一端一般通过卸扣与吊具的梁体组件连接,另一端一般通过定位套筒与定位螺钉与被起吊的产品联接,是主要的承力件,必须具有较高的安全系数,才能防止在使用过程中发生组件损坏与断裂的安全事故。一般吊带组件(或吊索组件)的安全系数为6,就是指吊带组件(或吊索组件)在承载<6倍额定负载的情况下,组件的所有零件不允许有破损与断裂。吊带组件(或吊索组件)的破断试验同吊带(或钢丝绳)的拉伸试验一样,都需要在拉力设备上完成。基本过程是:将组件两端固定在拉力机上,一直加载,直至组件断裂,即可判断组件的强度是否满足设计规定的安全系数。
(3)吊具的静载试验 吊具的静载试验是检查吊具静态使用下的安全性,一般是吊具承载1.25倍额定负载,保载25~30min,然后,检查吊具各零部组件是否有损坏,重点是检查吊带(或钢丝绳)与定位套筒的受损情况。
吊具的动载试验:吊具的动载试验主要是检查吊具运动使用状态下的安全性,其过程是在吊具承载1.1倍额定负载,上下、左右按规定的速度往复移动设计规定的距离3次,再查看吊具的各零部组件有无破损。
(4)吊具的强度试验 吊具的强度试验(见图5)其实就是检验吊具的安全系数,其过程与做吊具的静载试验相同,只是试验过程中承受的负载不一样。做强度试验时,无论是第一强度试验还是第二强度试验吊具需要承受的负载,要比做静载试验时大得多。强度试验又分为第一强度试验与第二强度试验,第一强度试验承受的负载要求一般为额定负载的2.5倍,第二强度试验承受的负载要求通常为额定负载的3倍,强度试验之所以如此安排,主要是用来发现假安全性,实现实用的双保险。
图5 某吊具强度试验的场景图(承载78t)
5吊具试验的过程控制
吊具的试验工作是一项十分繁重、复杂的工作,尤其是进行静动载、强度及协调试验过程中,需要的场地比较大、需要的配重比较多及需要的起吊机械吨位大等,都需要事前做好准备与策划,方能让试验过程有条不紊、安全可控,所以对于吊具的试验,必须做好以下几项工作。
5.1扎实做好试验前的准备工作
吊具试验工作能否顺利进行,与试验开展前的准备工作是否充分有着切实的联系,准备工作做得充分,试验相对会比较顺畅;反之,则结果相反。
吊具试验前有哪些准备工作需要做呢?首先需要落实场地,并安排人员清扫清理场地;其次需要落实吊装机械,一般需要租借吊车,吊车的吨位一定要大于试验承受的最大载荷;再次需要准备好足够质量的配重,一般是一些钢锭、钢板和铸铁锭等,并且事先对每一个配重秤好质量,并且将质量记录在配重物的醒目位置上,以便于试验过程中计算配重;最后,因为吊具的静动载及强度试验,不可能用产品实物来进行,所以必须要制作刚性与强度俱佳的专用试验架,并在试验架上焊接与起吊产品时尺寸完全一致的吊点,吊点焊接必须牢靠。准备试验架的周期往往较长,需要早做准备[2]。
5.2试验过程中的配重调整
吊具的静动载试验与第一强度、第二强度试验,吊具试验过程中的承受负载都是不一样的,一般分别是承受额定负载的1.25倍、1.1倍、2.5倍及3倍,这就决定了试验过程中要在试验架上不停的增减配重。为了找到起吊时吊具的平衡点,放置配重位置也需要不停的变换。由于一般新手调平衡往往需要浪费很长的时间,所以调平衡最好安排有经验的操作人员与工程技术人员专人专做,进行指导与操作。
调配重一般的步骤:首先是事先通过计算,找到需要的配重物,一般数量越少越好;其次根据吊具吊带组件(吊索组件)的长短及吊点的位置,根据扛杆原理,预估放置配重块的位置,将配重块放置在预估的位置;再次慢慢起吊,看是否平衡,一般不是规则的配重,一次是很难找到平衡的,通过慢慢起吊,可以判断哪头轻、哪头重,来调整移动配重块的位置,直至最终达到起吊的平衡。对于有经验的人,一般通过两三次调整,即可将起吊调至平衡。
对于负载较大的强度试验,调配重的难度比较大,可能需要多次方可找到平衡,为此不建议将配重物直接放置在试验架上来调整,这样会不断装卸吊具,不仅费时费力,也会增大操作过程的安全隐患。因此,采取将配重物悬挂在试验架上的方法,通过调整悬挂位置的方式来调平衡,更方便、更省时且更安全。
5.3吊具试验过程的安全保障
吊具试验是一项存在着一定风险与危险的工作,试验前必须要做好安全预案,对参试者进行必要的培训,一是为杜绝安全事故;二是为防一旦出现安全事故,有处置措施。为确保试验安全,在试验过程中,在试验场地划出安全区域,并做好警示;参试人员必须配戴好安全帽;起吊由专人指挥;试验起吊、保载过程中,所有人员不得进入规划的作业区域[3]。
5.4试验过程的跟踪
试验过程的跟踪主要是指检验人员在试验前后对试验过程的检查,首先检查试验起吊前,吊点是否正确,吊带组件(或吊索组件)调节的长度是否符合设计要求等;其次,试验完成后,检查吊带(或吊索)是否有破损,一般是用10倍放大镜仔细查看。
此外,吊具的验收试验过程时间往往比较长,经常多达一个月之久,参加验收试验的人员一般只会局限于设计员、工艺员与检验员,因为试验过程的追踪性也很重要,所以检验人员需要做好各项试验记录,并做好强度试验的视频录制,以便向用户汇报、出厂评审及一旦出现使用过程事故时进行事故的追踪与溯源。
6其他注意事项
1)吊具的试验,由于需要占用的场地比较大,一般是在露天进行,所以对气候的要求也较严苛,风速四级以上及雨天,最好不要排作业。如果是使用吊带的吊具,杜绝雨天作业,防止吊带被雨水浸泡,丧失强度。
2)调配重时,配重物尽可能放置在试验架的中心,防止起吊时扭曲。
3)调配重之平衡,吊带最好不要使用交付的产品来调整。
4)试验过程中,可能会发现一些设计不合理的地方,现场工艺人员,一定要做好记录,将情况反馈给设计人员,以便后续改进。
5)协调试验一般使用正式产品作为试验对象,主要看吊具使用过程有无干涉之类的现象发生,协调试验大多安排在吊具从外协厂家运输至主机厂后进行。
7结束语
吊具是航天航空、船舶等产品的一项辅助产品,虽不如航天航空、船舶产品一样被人们所