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摘要：在水务行业的泵站内，由于行车吊钩起升高度的有限性，使在拆/装潜水电泵时，无法将泵体一次性从水中吊出或装入。各厂家潜水泵旧的安装方式繁杂费时，且井下存在有毒有害与腐蚀性气体，对吊装的维修人员有很大安全隐患。针对以上问题，研制出起吊链的专用吊板，对此类起吊安装中的问题进行改进，将原来繁杂、耗时长和高费用、安全性差的过程缺陷有效改进。本文对于此专用吊板所使用材质与结构形式进行理论基础数据分析与软件校核，以确保其在实际工程现场中使用时安全与可靠。
关键词：泵站、潜水泵、链条式起吊
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）26-01-01
一.背景和意义
在水务行业的泵站内，行车吊钩的起升高度一般在地平面之上≤8～10米，但是潜水电泵的安装深度可达≥8米。泵安装于井下，用链条的下头拴住泵体顶部，上头固定于人员可触碰到的某处。这样在需要维修拆泵时，行车吊钩挂住上头，就可将泵体吊出。但是往往由于行车高度小于起吊链长度而无法一次性完成。
一般情况下，解决此类问题的方法是：（1）渐吊法。在链条（或原厂钢构杆件）的中间部分增加几个转接吊孔，将泵体起吊至行车行程上限，在池口横一根横旦，将泵体重量临时搁至于横旦之上。之后放下行车吊钩，将吊钩钩住转接吊孔，以此几次转接将泵体吊至地面。安装过程与之相反。（2）直吊法。由潜水员配合下至井内进行人工挂/卸行车吊钩，可以一次性吊出/安装潜水泵。
至今，上海排水公司的潜水电泵数量已多达几百台次，起吊方式却都不一：有潜水员配合挂/卸吊钩的、有钢构杆件式的、有用链条式的等。各种方式存在的问题有：人员挂/卸钩的安全风险大，成本高；钢构杆件式的年久失修，腐蚀严重，没有配件；链条（或钢构杆件）需多次中间挂靠转接，耗时耗力，安全隐患大。所以设想能设计与试制出一个专用起吊装置（发明专利号：201310232150.0），既能避免上述的问题，又能安全快速地完成潜水电泵的拆/装。
二.专用吊具（承重5T）试制与校验
（1）材质选取与力学性能参数
普通碳素钢（Q235A）钢具有中等强度，并具有良好的塑性和韧性，多用作钢结构件，另可以用作各种机械零件，如螺栓、拉杆、连杆等。所以，初次选择Q235A为试制用材料，假设的吊具各尺寸就能承受5T载荷，则在实际制作中可以选取高强度材料或通过材料处理工艺进行制造，这样可进一步提升安全系数，最终以确保吊具实质安全。
从GB150-98中查阅可知，Q235A的许用应力[σ]为113MPa，屈服强度[σs]为235MPa，一般许用应力[σ]=屈服强度[σs]/安全系数，此处的安全系数暂以2.0考虑。
（2）理论校核
针对此吊具的结构形式，其工作载荷力集中处为上吊孔（与行车吊钩挂接处）和下吊孔（卡槽底部孔及卡住链条时的单侧面）。校核主要针对这两部分：上吊孔和卡槽底部孔的应力校核。
参阅2010（12）建筑机械化《起重机械销孔和吊耳的计算与比较》一文中的有关知识内容，可以将本吊具的上下两处吊孔认为吊耳形式进行校核。
根据结构受力的特点，载荷分布有如下假定：
以集中载荷的形式作用在孔壁上，适用于轴和孔的刚度较大，且配合间隙很大的结构中。吊耳耳孔属于这种类型，其耳孔的载荷分布如图1的右侧部分，以线性分布规律作用在孔壁之上，耳孔承受的载荷为集中力。水平截面A1-A2和垂直截面B1-B2是危险截面，受力图如图1左下部分。根据结构和受力的对称性，可知危险截面处的内力计算公式为：
A1-A2截面：Ma=PR0/π=0.318PR0；Na=0
B1-B2截面：Mb=（1/π-1/2）PR0=-0.182PR0；Nb=P/2
據材料力学知识，截面上任一点正应力为：σ=N/A+M/S×y/ρ其中S为截面对中性轴的静矩，y为计算点到中性轴的距离，ρ为计算点到曲率中心的距离。
针对吊具的上吊孔与卡槽底孔，利用上述公式可以分别计算出各危险点A1、A2、B1、B2四点处的内力情况，具体数值看表1：
数值（MPa） σA1 σA2 σB1 σB2
上孔 39.63 20.81 16.75 21.80
卡槽底孔 31.23 11.04 25.72 36.72
表1 各危险点计算数据
从表1得出，最危险点为上孔的A1点处，实际应力[σ]实=39.63MPa<113MPa （[σ]许），对于原来安全系数2.0的前提下，相当于提升至5.93（235MPa/39.63MPa），这样安全余量充裕。
（3）软件校验
利用SolidWorks2010中所附带的SimulationXpress简易的初步应力分析工具去模拟校核上下两孔处横截断面处所受拉应力、变形与卡槽处的弯矩变形，将微观变形状态通过有限元量化放大，使直观可见。并且，通过校核模拟之后，还会显示部件的临界区域以及各区域的安全级别。
对于本吊具的软件模拟试验为两部分，仅针对文中理论校核的上下两孔处。从利用软件校核的结果图来看，深红色标出的超强度位置较少，并且均小于碳素钢的屈服强度值220.594MPa，所以能满足5T的起重要求。
三.结论与效益分析
通过理论计算与软件校核之后，均得出吊具材料选取普通碳素钢时便可达到安全要求。在实际制作中，若选取高强度钢材或进行锻造处理工艺之后，则安全系数更高，以进一步确保吊装工作的安全、可靠与高效。
该专用吊具的使用，大大提高了拆装潜水电泵工作的安全系数，同时提高工作效率与降低工作强度：以15kw功率的潜水电泵为例测试，可以将原来1个多小时的拆装过程缩短至10分钟左右；节约维修成本费用：免去外请潜水员配合费及进口吊装专用装置购置费。该吊具属于无需维护型，可在恶劣环境场所下长期使用，只要不超负荷起吊泵体，无需维护保养费用。该吊具的应用成功，会进一步地引导与激发员工们的创造积极性，发明更多可以应用于工作中的实用性装置或先进操作法，降本增效，带来更多的实际效益。
参考文献
1、刘国良等.SolidWorks 2006完全学习手册：图解COSMOSWorks
2、（美）SolidWorks公司著.COSMOS基础教程=COSMOSWorks professional：2007版
3、李鹏举，王永新.起重机械销孔和吊耳的计算与比较.建筑机械化，2010（12）：33～37
4、朱渭定.起重机耳孔拉板的计算.水利电力施工机械，1982（2）：15～18
5、鲍希陆.板式工艺吊耳计算及相关问题的探讨.港口装卸，2010（2）：13～17
关键词：泵站、潜水泵、链条式起吊
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）26-01-01
一.背景和意义
在水务行业的泵站内，行车吊钩的起升高度一般在地平面之上≤8～10米，但是潜水电泵的安装深度可达≥8米。泵安装于井下，用链条的下头拴住泵体顶部，上头固定于人员可触碰到的某处。这样在需要维修拆泵时，行车吊钩挂住上头，就可将泵体吊出。但是往往由于行车高度小于起吊链长度而无法一次性完成。
一般情况下，解决此类问题的方法是：（1）渐吊法。在链条（或原厂钢构杆件）的中间部分增加几个转接吊孔，将泵体起吊至行车行程上限，在池口横一根横旦，将泵体重量临时搁至于横旦之上。之后放下行车吊钩，将吊钩钩住转接吊孔，以此几次转接将泵体吊至地面。安装过程与之相反。（2）直吊法。由潜水员配合下至井内进行人工挂/卸行车吊钩，可以一次性吊出/安装潜水泵。
至今，上海排水公司的潜水电泵数量已多达几百台次，起吊方式却都不一：有潜水员配合挂/卸吊钩的、有钢构杆件式的、有用链条式的等。各种方式存在的问题有：人员挂/卸钩的安全风险大，成本高；钢构杆件式的年久失修，腐蚀严重，没有配件；链条（或钢构杆件）需多次中间挂靠转接，耗时耗力，安全隐患大。所以设想能设计与试制出一个专用起吊装置（发明专利号：201310232150.0），既能避免上述的问题，又能安全快速地完成潜水电泵的拆/装。
二.专用吊具（承重5T）试制与校验
（1）材质选取与力学性能参数
普通碳素钢（Q235A）钢具有中等强度，并具有良好的塑性和韧性，多用作钢结构件，另可以用作各种机械零件，如螺栓、拉杆、连杆等。所以，初次选择Q235A为试制用材料，假设的吊具各尺寸就能承受5T载荷，则在实际制作中可以选取高强度材料或通过材料处理工艺进行制造，这样可进一步提升安全系数，最终以确保吊具实质安全。
从GB150-98中查阅可知，Q235A的许用应力[σ]为113MPa，屈服强度[σs]为235MPa，一般许用应力[σ]=屈服强度[σs]/安全系数，此处的安全系数暂以2.0考虑。
（2）理论校核
针对此吊具的结构形式，其工作载荷力集中处为上吊孔（与行车吊钩挂接处）和下吊孔（卡槽底部孔及卡住链条时的单侧面）。校核主要针对这两部分：上吊孔和卡槽底部孔的应力校核。
参阅2010（12）建筑机械化《起重机械销孔和吊耳的计算与比较》一文中的有关知识内容，可以将本吊具的上下两处吊孔认为吊耳形式进行校核。
根据结构受力的特点，载荷分布有如下假定：
以集中载荷的形式作用在孔壁上，适用于轴和孔的刚度较大，且配合间隙很大的结构中。吊耳耳孔属于这种类型，其耳孔的载荷分布如图1的右侧部分，以线性分布规律作用在孔壁之上，耳孔承受的载荷为集中力。水平截面A1-A2和垂直截面B1-B2是危险截面，受力图如图1左下部分。根据结构和受力的对称性，可知危险截面处的内力计算公式为：
A1-A2截面：Ma=PR0/π=0.318PR0；Na=0
B1-B2截面：Mb=（1/π-1/2）PR0=-0.182PR0；Nb=P/2
據材料力学知识，截面上任一点正应力为：σ=N/A+M/S×y/ρ其中S为截面对中性轴的静矩，y为计算点到中性轴的距离，ρ为计算点到曲率中心的距离。
针对吊具的上吊孔与卡槽底孔，利用上述公式可以分别计算出各危险点A1、A2、B1、B2四点处的内力情况，具体数值看表1：
数值（MPa） σA1 σA2 σB1 σB2
上孔 39.63 20.81 16.75 21.80
卡槽底孔 31.23 11.04 25.72 36.72
表1 各危险点计算数据
从表1得出，最危险点为上孔的A1点处，实际应力[σ]实=39.63MPa<113MPa （[σ]许），对于原来安全系数2.0的前提下，相当于提升至5.93（235MPa/39.63MPa），这样安全余量充裕。
（3）软件校验
利用SolidWorks2010中所附带的SimulationXpress简易的初步应力分析工具去模拟校核上下两孔处横截断面处所受拉应力、变形与卡槽处的弯矩变形，将微观变形状态通过有限元量化放大，使直观可见。并且，通过校核模拟之后，还会显示部件的临界区域以及各区域的安全级别。
对于本吊具的软件模拟试验为两部分，仅针对文中理论校核的上下两孔处。从利用软件校核的结果图来看，深红色标出的超强度位置较少，并且均小于碳素钢的屈服强度值220.594MPa，所以能满足5T的起重要求。
三.结论与效益分析
通过理论计算与软件校核之后，均得出吊具材料选取普通碳素钢时便可达到安全要求。在实际制作中，若选取高强度钢材或进行锻造处理工艺之后，则安全系数更高，以进一步确保吊装工作的安全、可靠与高效。
该专用吊具的使用，大大提高了拆装潜水电泵工作的安全系数，同时提高工作效率与降低工作强度：以15kw功率的潜水电泵为例测试，可以将原来1个多小时的拆装过程缩短至10分钟左右；节约维修成本费用：免去外请潜水员配合费及进口吊装专用装置购置费。该吊具属于无需维护型，可在恶劣环境场所下长期使用，只要不超负荷起吊泵体，无需维护保养费用。该吊具的应用成功，会进一步地引导与激发员工们的创造积极性，发明更多可以应用于工作中的实用性装置或先进操作法，降本增效，带来更多的实际效益。
参考文献
1、刘国良等.SolidWorks 2006完全学习手册：图解COSMOSWorks
2、（美）SolidWorks公司著.COSMOS基础教程=COSMOSWorks professional：2007版
3、李鹏举，王永新.起重机械销孔和吊耳的计算与比较.建筑机械化，2010（12）：33～37
4、朱渭定.起重机耳孔拉板的计算.水利电力施工机械，1982（2）：15～18
5、鲍希陆.板式工艺吊耳计算及相关问题的探讨.港口装卸，2010（2）：13～17