CN110046429A - 一种用于一体化装置的吊架及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于一体化装置的吊架及其设计方法，所述吊架包括起吊板、加强筋一、起吊梁、加强筋二、连接板、钢丝绳一，所述起吊板与起吊梁之间通过连接板连接，连接板与钢丝绳一的一端连接，钢丝绳一的另一端与一体化装置的橇座吊耳连接；所述起吊板的两侧焊接有连接起吊板和起吊梁的加强筋一，起吊梁的内部焊接有多根加强筋二。本发明通过建立力学模型，计算出一体化装置的重心，将起吊位置与一体化装置的重心的X、Y轴重合，根据起吊位置设计出专用吊架，对吊架的材料进行强度、刚度计算，满足单台吊车的起吊要求。
Description
技术领域
本发明属于起吊设备技术领域，具体涉及一种用于一体化装置的吊架及其设计方法。
背景技术
在油田生产过程中，一体化装置替代常规中、小站场的比例逐年升高，由于一体化装置结构复杂、零部件多、重心位置不易确定，大型一体化装置起吊作业难度比较大，一般需要两台以上的吊车配合作业，操作难度大、作业费用高，起吊过程也存在一定安全隐患。
发明内容
为了满足现场吊装安全要求，本发明提供了一种用于一体化装置的吊架及其设计方法，解决了现有起吊作业操作难度大、作业费用高及安全隐患等问题。
为此，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于一体化装置的吊架，所述一体化装置置于橇座上，橇座的两端设有吊耳，该吊架包括起吊板、加强筋一、起吊梁、加强筋二、连接板、钢丝绳一，所述起吊板与起吊梁之间通过连接板连接，连接板与钢丝绳一的一端连接，钢丝绳一的另一端与一体化装置的橇座吊耳连接；所述起吊板的两侧焊接有连接起吊板和起吊梁的加强筋一，起吊梁的内部焊接有多根加强筋二。
所述起吊板呈三角形，且起吊板上开设有起吊孔，该起吊孔通过钢丝绳二与吊车连接。
所述钢丝绳一通过钢丝绳卡与一体化装置的橇座吊耳连接。
所述钢丝绳一的长度可通过钢丝绳卡进行长度调节。
一种用于一体化装置的吊架的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.计算一体化装置中的各设备的重心，分别为M1(X1，Y1)，M2(X2，Y3)，M3(X3，Y3)……Mn(Xn，Yn)，根据重心公式
求解出整个一体化装置的重心坐标Xa，Yb；
S2.在起吊板与一体化装置重心Xa重合处开设起吊孔，并将该起吊孔作为吊架的起吊点；
S3.根据吊架的起吊点，计算出所选用起吊板和起吊梁的组合惯性矩；
S4.根据起吊板和起吊梁的组合惯性矩，对吊架进行中点处最大扰度计算；
S5.根据以上计算公式，选型出满足刚度要求的起吊板和起吊梁尺寸；
S6.校核起吊孔处截面的剪切强度是否满足起吊强度要求；
S7.根据整个一体化装置重心Yb，计算出钢丝绳一的长度。
所述步骤S3起吊板和起吊梁的组合惯性矩通过以下步骤获得：
S301.确定形心和中心轴的位置，将起吊板和起吊梁的连接截面划分为Ⅰ、Ⅱ两个形状，取起吊板和起吊梁整个截面的中性轴为Z轴，取与起吊梁的截面底边相重合的z＇轴为参考轴，则起吊板的面积为起
，吊板形心至z＇轴的距离为：起吊梁的面积AⅡ由型钢表查得，起吊梁形心至z＇轴的距离为整个截面形心C至z＇轴的距离则为
式中y′I-起吊板形心至z＇轴的距离cm；
y′II-起吊梁形心至z＇轴的距离cm；
b-起吊板的宽度cm；
h-起吊板的高度cm；
H-起吊点高度cm；
AⅠ-起吊板的面积；
AⅡ-起吊梁的面积；
S302.分别确定起吊板、起吊梁对中性轴Z的惯性矩，设起吊板、起吊梁的形心轴分别为z1和z2，则起吊板距中性轴Z的距离为aⅠ＝CC1，起吊梁距中性轴Z的距离为aⅡ＝CCⅡ由平行移轴公式，进一步确定起吊板、起吊梁2对中性轴z的惯性矩分别为：
式中C-整个组合截面的形心；
CⅠ-起吊板形心；
CⅡ-起吊梁形心；
-截面I对Z1轴的惯性矩；
-截面Ⅱ对Z2轴的惯性矩；
S303.确定起吊板和起吊梁的组合惯性矩，起吊板和起吊梁的组合惯性矩为将起吊板、起吊梁对中性轴Z的惯性矩相加，得Ⅰz＝ⅠzI+ⅠzⅡ。
所述步骤S4中点处最大挠度的计算公式为：
式中P-集中载荷N，取一体化装置的总质量；
L-取起吊梁跨度m；
E-取弹性模量pa。
所述步骤S5起吊板和起吊梁尺寸应满足满足
所述步骤S6起吊孔处截面的剪切强度通过以下公式校核：
式中τ-起吊孔开孔处截面的切应力；
Q-剪切面上的剪力，取一体化装置总质量；
A-剪切面面积；
[τ]-材料的许用切应力。
所述步骤S7中钢丝绳一长度的计算公式为
式中α-钢丝绳二与吊架起吊点垂直方向的夹角；
Yb-一体化装置Y轴的重心坐标；
a-一体化装置的橇座左端至橇座吊耳左端的距离；
H-起吊点高度。
本发明的有益效果：
1.结构简单、起吊安全。本发明通过建立力学模型，计算出一体化装置上设备重心，将起吊位置与一体化装置的重心的X、Y轴重合，根据起吊位置设计出专用吊架，对吊架的材料进行强度、刚度计算，满足单台吊车的起吊要求。
2.钢丝绳长度通过钢丝绳卡进行长度调节，可以在不同的专用吊架上使用，方便更换。
3.该吊架可以避免在起吊过程中对一体化装置的破坏，吊件的所有零件均未和一体化装置外形碰撞，可以有效保护一体化装置中的保温结构。
附图说明
图1为一种用于一体化装置的吊架的主视图；
图2为一种用于一体化装置的吊架的侧视图；
图3为图1中A-A处的剖面图。
附图标记说明：
1、吊板，2、加强筋一，3、起吊梁，4、加强筋二，5、连接板，6、钢丝绳一，7、钢丝绳卡，8、钢丝绳二。
具体实施方式
实施例1
如图1所述的一种用于一体化装置的吊架，所述一体化装置置于橇座上，橇座的两端设有吊耳，该吊架包括起吊板1、加强筋一2、起吊梁3、加强筋二4、连接板5、钢丝绳一6，所述起吊板1与起吊梁3之间通过连接板5连接，连接板5与钢丝绳一6的一端连接，钢丝绳一6的另一端与一体化装置的橇座吊耳连接；所述起吊板1的两侧焊接有连接起吊板1和起吊梁3的加强筋一2，起吊梁3的内部焊接有多根加强筋二4。所述起吊板1上开有起吊孔，用于与吊车连接，满足单台吊车起吊要求；加强筋一2的设置可满足起吊时吊架的强度和刚度要求；利用起吊梁3满足起吊时吊架的强度和刚度要求；利用加强筋二4满足起吊时吊架的强度和刚度要求。
用钢丝绳二8将起吊板1中的起吊孔和吊车连接，起吊板1、起吊梁3和连接板5焊接在一起，钢丝绳一6将连接板5和一体化装置的橇座吊耳相连接，缓慢起吊起吊板1上的钢丝绳二8，可以实现单台吊车起吊整个一体化装置的效果。
实施例2
在实施例1的基础上，所述起吊板1呈等腰三角形，起吊板1上开有起吊孔，该起吊孔通过钢丝绳二8与吊车连接，满足单台吊车起吊要求。所述起吊孔的开设位置与一体化装置重心X轴重合，将起吊板1和吊车连接一起，保证一体化装置在X轴起吊时平稳。
所述钢丝绳一6的长度由一体化装置重心Y轴决定，确保起吊位置与一体化装置重心Y轴重合，保证一体化装置在Y轴起吊时平稳。
所述钢丝绳一6与连接板5和一体化装置的橇座吊耳连接，通过钢丝绳卡7固定，且所述钢丝绳一6长度可通过钢丝绳卡7进行长度调节，可以在不同的吊架上使用，方便更换。
实施例3
一种用于一体化装置的吊架的设计方法，包括以下步骤:
S1.计算一体化装置中的各设备的重心，分别为M1(X1，Y1)，M2(X2，Y3)，M3(X3，Y3)……Mn(Xn，Yn)，根据重心公式
求解出整个一体化装置的重心坐标Xa，Yb；
S2.在起吊板1与一体化装置重心Xa重合处开设起吊孔，并将该起吊孔作为吊架的起吊点；
S3.根据吊架的起吊点，计算出所选用起吊板1和起吊梁3的组合惯性矩；
S4.根据起吊板1和起吊梁3的组合惯性矩，对吊架进行中点处最大扰度计算；
S5.根据以上计算公式，选型出满足刚度要求的起吊板1和起吊梁3尺寸；
S6.校核起吊孔处截面的剪切强度是否满足起吊强度要求；
S7.根据整个一体化装置重心Yb，计算出钢丝绳一6的长度。
实施例4
在实施例3的基础上，如图2、图3所示，所述起吊板1和起吊梁3的组合惯性矩通过以下步骤获得：
S301.确定形心和中心轴的位置，将起吊板1和起吊梁3的连接截面划分为Ⅰ、Ⅱ两个形状，取起吊板1和起吊梁3整个截面的中性轴为Z轴，取与起吊梁3的截面底边相重合的z＇轴为参考轴，则起吊板1的面积为AⅠ＝bh，起吊板1形心至z＇轴的距离为起吊梁3的面积AⅡ由型钢表查得，起吊梁3形心至z＇轴的距离为整个截面形心C至z＇轴的距离则为
式中y′I-起吊板形心至z＇轴的距离cm；
y′II-起吊梁形心至z＇轴的距离cm；
b-起吊板的宽度cm；
h-起吊板的高度cm；
H-起吊点高度cm；
AⅠ-起吊板的面积；
AⅡ-起吊梁的面积；
S302.分别确定起吊板1、起吊梁3对中性轴Z的惯性矩，设起吊板1、起吊梁3的形心轴分别为z1和z2，则起吊板1距中性轴Z的距离为aⅠ＝CC1，起吊梁3距中性轴Z的距离为aⅡ＝CCⅡ由平行移轴公式，进一步确定起吊板1、起吊梁3对中性轴z的惯性矩分别为：
式中C-整个组合截面的形心；
CⅠ-起吊板形心；
CⅡ-起吊梁形心；
-截面I对Z1轴的惯性矩；
-截面Ⅱ对Z2轴的惯性矩；
S303.确定起吊板1和起吊梁3的组合惯性矩，起吊板1和起吊梁3的组合惯性矩为将起吊板1、起吊梁3对中性轴Z的惯性矩相加，得Iz＝IzI+Izrr
实施例5
在实施例3的基础上，所述中点处最大挠度的计算公式为：
式中P-集中载荷(N)，取一体化装置的总质量；
L-取起吊梁跨度(m)；
E-取弹性模量(pa)；
如果所选起吊梁3和起吊板1的尺寸满足则刚度满足要求。
实施例6
在实施例3的基础上，所述起吊孔处截面的剪切强度通过以下公式校核：
式中τ-起吊孔开孔处截面的切应力；
Q-剪切面上的剪力，取一体化装置总质量；
A-剪切面面积；
[τ]-材料的许用切应力。
通过以上公式，可校核起吊板开孔的强度是否满足起吊强度要求。
实施例7
在实施例3的基础上，如图2所示，所述钢丝绳一6长度的计算公式为
式中α-钢丝绳二与吊架起吊点垂直方向的夹角；
Yb-一体化装置Y轴的重心坐标；
a-一体化装置的橇座左端至橇座吊耳左端的距离；
H-起吊点高度。
本发明利用工程力学方法，建立力学模型，分别求解出各个装置的重心，根据重心计算公式，计算出整个一体化装置的重心，将计算结果作为专用吊架的设计依据，使起吊位置的X、Y轴与一体化装置的重心的X、Y轴重合，并根据起吊位置设计出专用吊架，并对吊架的材料进行强度、刚度计算，满足单台吊车的起吊要求。
Claims (10)
1.一种用于一体化装置的吊架，所述一体化装置置于橇座上，橇座的两端设有吊耳，其特征在于：该吊架包括起吊板(1)、加强筋一(2)、起吊梁(3)、加强筋二(4)、连接板(5)、钢丝绳一(6)，所述起吊板(1)与起吊梁(3)之间通过连接板(5)连接，连接板(5)与钢丝绳一(6)的一端连接，钢丝绳一(6)的另一端与一体化装置的橇座吊耳连接；所述起吊板(1)的两侧焊接有连接起吊板(1)和起吊梁(3)的加强筋一(2)，起吊梁(3)的内部焊接有多根加强筋二(4)。
2.根据权利要求1所述的一种用于一体化装置的吊架，其特征在于：所述起吊板(1)呈等腰三角形，且起吊板(1)上开设有起吊孔，该起吊孔通过钢丝绳二(8)与吊车连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于一体化装置的吊架，其特征在于：所述钢丝绳(6)通过钢丝绳卡(7)与一体化装置的橇座吊耳连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于一体化装置的吊架，其特征在于：所述钢丝绳(6)的长度可通过钢丝绳卡(7)进行长度调节。
5.一种用于一体化装置的吊架的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.计算一体化装置中的各设备的重心，分别为M1(X1，Y1)，M2(X2，Y3)，M3(X3，Y3)……Mn(Xn，Yn)，根据重心公式
求解出整个一体化装置的重心坐标(Xa，Yb)；
S2.在起吊板(1)与一体化装置重心Xa重合处开设起吊孔，并将该起吊孔作为吊架的起吊点；
S3.根据吊架的起吊点，计算出所选用起吊板(1)和起吊梁(3)的组合惯性矩；
S4.根据起吊板(1)和起吊梁(3)的组合惯性矩，对吊架进行中点处最大扰度计算；
S5.根据以上计算公式，选型出满足刚度要求的起吊板(1)和起吊梁(3)尺寸；
S6.校核起吊孔处截面的剪切强度是否满足起吊强度要求；
S7.根据整个一体化装置重心Yb，计算出钢丝绳(6)的长度。
6.根据权利要求5所述的一种用于一体化装置的吊架的设计方法，其特征在于：所述步骤S3起吊板(1)和起吊梁(3)的组合惯性矩通过以下步骤获得：
S301.确定形心和中心轴的位置，将起吊板(1)和起吊梁(3)的连接截面划分为Ⅰ、Ⅱ两个形状，取起吊板(1)和起吊梁(3)整个截面的中性轴为Z轴，取与起吊梁(3)的截面底边相重合的z＇轴为参考轴，则起吊板(1)的面积为AI＝b h，起吊板(1)形心至z＇轴的距离为：起吊梁(3)的面积AⅡ由型钢表查得，起吊梁(3)形心至z＇轴的距离为整个截面形心C至z＇轴的距离则为
式中y＇I-起吊板形心至z＇轴的距离(cm)；
y＇Ⅱ-起吊梁形心至z＇轴的距离(cm)；
b-起吊板的宽度(cm)；
h-起吊板的高度(cm)；
H-起吊点高度(cm)；
AⅠ-起吊板的面积；
AⅡ-起吊梁的面积；
S302.分别确定起吊板(1)、起吊梁(3)对中性轴Z的惯性矩，设起吊板(1)、起吊梁(3)的形心轴分别为z1和z2，则起吊板(1)距中性轴Z的距离为aⅠ＝CC1，起吊梁(3)距中性轴Z的距离为aⅡ＝CCⅡ由平行移轴公式，进一步确定起吊板(1)、起吊梁(3)对中性轴z的惯性矩分别为：
式中C-整个组合截面的形心；
CⅠ-起吊板形心；
CⅡ-起吊梁形心；
-截面I对Z1轴的惯性矩；
截面Ⅱ对Z2轴的惯性矩；
S303.确定起吊板(1)和起吊梁(3)的组合惯性矩，起吊板(1)和起吊梁(3)的组合惯性矩为将起吊板(1)、起吊梁(3)对中性轴Z的惯性矩相加，得Ⅰz＝ⅠzI+ⅠzⅡ。
7.根据权利要求7所述的一种用于一体化装置的吊架的设计方法，其特征在于：所述步骤S4中点处最大挠度的计算公式为：
式中P-集中载荷(N)，取一体化装置的总质量；
L-取起吊梁跨度(m)；
E-取弹性模量(pa)。
8.根据权利要求7所述的一种用于一体化装置的吊架的设计方法，其特征在于：所述步骤S5起吊板(1)和起吊梁(3)尺寸应满足满足
9.根据权利要求7所述的一种用于一体化装置的吊架的设计方法，其特征在于：所述步骤S6起吊孔处截面的剪切强度通过以下公式校核：
式中τ-起吊孔开孔处截面的切应力；
Q-剪切面上的剪力，取一体化装置总质量；
A-剪切面面积；
[τ]-材料的许用切应力。
10.根据权利要求7所述的一种用于一体化装置的吊架的设计方法，其特征在于：所述步骤S7中钢丝绳(6)长度的计算公式为
式中α-钢丝绳二与吊架起吊点垂直方向的夹角；
Yb-一体化装置Y轴的重心坐标；
a-一体化装置的橇座左端至橇座吊耳左端的距离；
H-起吊点高度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20201028 Address after: 710018 Shaanxi province Xi'an Weiyang road Fengcheng four Changqing building Applicant after: XI'AN CHANGQING TECHNOLOGY ENGINEERING Co.,Ltd. Applicant after: CHINA NATIONAL PETROLEUM Corp. Address before: 710018 Shaanxi city of Xi'an province Fengcheng Weiyang District four building 1809 Changqing Road Applicant before: XI'AN CHANGQING TECHNOLOGY ENGINEERING Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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