郑成哲

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨　150040)



核电定子翻身工具的结构设计与强度计算

郑成哲

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040)

阐述一套核电定子翻身工具结构原理，对定子整体起吊与翻身进行强度计算，分析了整体工作的受力情况及影响，提出了配重解决方案。解决了定子吨位太大无法吊运及偏重无法翻身的问题，使定子在转运与翻身工序更加安全与可靠，为同类产品的相同工序提供了参考与经验，对吨位比较大的定子提供了理论支持。

吊臂系列；配重块；安全系数；C型吊结构；临时踏板

0　引言

核电定子铁心装配在完成装压铁心后需要从叠片地坑吊出，吊运至翻身架进行翻身工序，此工序需要一套操作安全、强度计算合格的工具进行运作，对于此工序的吊装与翻身工具就需要进行结构设计与强度分析计算，最终达到了工艺要求完成了所有翻身过程。

1　工艺要求及技术难点

核电定子在空机座和叠完片后进行两次翻身，由于整个机组的质量为437 t，所以要求翻身安全性和可靠性非常严格，机座在翻身时需要承担437 t的重心提升和安全旋转90°，需要一个工具进行翻身。

由于机座重心偏出线盒一端，叠片后重心发生改变，所以当定子翻身至非出线盒一端时需要配重块进行配重来解决重心偏移的问题，翻身旋转时重心可能会升高，就会需要一个力来完成整体翻身过程。

2　攻关的主要内容及采用的相关措施

传统翻身通过机座上的吊钮完成，这种操作要求复杂，主要针对定子尺寸小与质量小的机组。核电机组由于尺寸比较大，质量超过了可操作的范围，所以采用了一种新型定子翻身工具。此结构比传统操作更加安全。

2.1设计结构

如图1工具由三部分组成。吊具主体部分、吊臂系列部分、辅助吊具部分。

图1　整体结构

1) 如图2，吊具主体部分由本体、主立板、筋板、吊板、吊块、护栏组成，主要功能是承担了定子机组全部质量，防止机座内部起吊时变形，形成一个整体吊点，下端与机座端面的螺纹孔相把合，上端与吊臂通过销轴连接。吊具主体部分中的本体采用低合金结构钢，上面焊接吊板，下面焊接主立板。第一次焊接后需要加工吊板一侧面，第二次焊接要保证平行度，焊接完成后加工吊板上的孔，以方便装销轴。主立板在本体下面焊接，为防止本体起吊时发生变形，与筋板采用“井”字结构，使变形量最小。吊块焊在本体上面方便位置，主要是起平吊吊具主体的作用。护栏是保证操作者在安装与拆卸吊具时起保护作用，在吊具主体竖起拆装时也需要护栏进行支撑作用。护栏由立管、横管、吊钩、链条组成。

图2　吊具部分

2) 如图3，吊臂系列部分由吊臂、销轴、方螺母、销钉、圆筒组成。吊臂部分主要是平吊和翻身放倒时起旋转放倒作用，吊臂采用低合金结构钢，两件要求同加工孔。吊臂一端与吊具主体的吊板孔用销轴进行连接，装配销轴后用方螺母进行把合，使吊臂能够自由旋转。吊臂另一端用销钉与圆筒装配，安装之前应该先与吊车的吊钩进行装配。

图3　吊臂系列部分结构

3) 如图4，辅助吊具部分由工具吊具、螺栓垫圈系列、挡板、扶手、临时踏板等组成。工具吊具在吊具主体竖直状态时进行拆卸与安装时使用，采用C型吊结构，保证吊运的重心稳定与安全。螺栓采用12.9级高强度螺钉，起吊时垫圈承载了机组全部质量，保护了机座端面不会受到螺栓挤压。挡板采用铜材质，安装在吊具主体中的主立板一侧，主要起吊具主体安装到机座内的导向作用，在吊具主体竖直状态也承担了一部分质量。扶手在吊具主体竖直状态时插入护栏的螺母孔内以防止操作者跌落，临时踏板在吊具主体竖直状态时搭在护栏的立管，方便操作者进行攀爬与踩踏。

图4　辅助吊具部分

2.2工作原理

在机组翻身过程中重心以旋转中心进行转动，重心升高需要施加力进行，所以要求吊车即要向上拉动吊具又要向前滑车，操作非常困难。另一方法就是在机座一侧安装手拉葫芦进行拖拽，以完成重心绕过旋转点的目的，但这种方法需要在机座侧面加配重块，使重心距中心距离变小以方便手拉葫芦操作。由于机组整体质量为437 t，增加配重块使机座的螺纹强度产生了安全隐患，所以只能有限的增加配重块，使机组重心靠近机座中心。如图5所示，H值为重心升高的距离。

图5　吊运示意

2.3使用方法

此工具可以在机座立放和放倒进行安装，首先将吊具架安装至机座端面上，然后再将吊臂销轴与吊钩或吊梁装配后用现场吊车进行起吊、翻身和吊运。对工具进行系统的强度分析与计算，达到起吊、翻身和吊运的全部工艺过程要求。

首先将吊具架单独吊运定子机座上部位置进行螺钉安装把合，按规定要求的预紧力把紧。预紧力一定要适中，预紧力过大影响螺钉强度，预紧力过小影响螺纹副把紧效果，有安全隐患。然后将两个吊臂安装至起吊梁中部位置，吊车吊梁和吊臂一起吊运至吊具架的立吊板位置进行安装销钉，带好螺母。安装好后进行整体起吊作业。当吊运至翻身架位置后，安装翻身用的手拉葫芦及索链准备完毕后，进行翻身作业。翻身作业要求两部吊车在空中边运动边放吊绳，当重心位置旋转至旋转点另一侧时，吊车可以缓慢放吊绳，翻身基本完成。最后操作者通过护栏等等安装工具吊具，通过工具吊具将吊具架吊离定子，整个翻身全部完成。

3　受力分析与强度计算

采用低合金结构钢抗拉强度为400 MPa，抗弯曲抗拉伸安全系数为5，抗弯曲抗拉伸许用应力为

抗剪切安全系数为7，抗剪切许用应力为

面部挤压安全系数为2，抗挤压许用应力为

螺栓抗拉伸安全系数为5，抗拉伸许用应力为

1) a截面强度计算：

抗弯截面系数Za=6.279×107mm3

合格

2) b截面强度计算：

抗弯截面系数Zb=3.38×107mm3

合格

3) c截面强度计算：

抗弯截面系数Zc=3.97×106mm3

合格

4) d截面焊接强度计算：

焊接面积Ad=25×1 524×4=152 400 mm2

合格

5) e截面剪切强度计算：

剪切面积Ae=4lete=65×282.7×4=73 502 mm2

合格

6) f截面挤压强度计算：

受挤压面积Af=4lftf=65×119×4=30 940 mm2

合格

7) 螺栓强度计算：

合格

8) 机座螺纹剪切强度计算：

剪切面积Ak=πDbu=2 375.04 mm2

合格

9) 机座螺纹弯曲强度计算：

合格

图6　受力分析与强度计算

4　结论及产生的问题

应用过程也出现了许多问题：1)螺栓下面的垫圈承载整个机组的质量，垫圈起到了缓解螺栓变形和保护机座螺纹端面不受压坏的作用，所以每次机组翻身吊装完成，发现垫圈都有深深的压痕，要求每台机组都在更换一套垫圈，以防止发生塑性变形。如图7所示。2)在翻身放倒机组过程中，吊车操作者与手拉葫芦使用者配合要精确到位，特别吊车操作者要放吊绳与向前滑车同时进行，如果不同时进行，会使吊臂扭转，而且机组的下落也可能带动吊车自动溜车，所以要求有经验的吊车操作者精确操纵。如图8所示。3)由于机座材料采用普通钢板，所以在不增加配重块的前提下螺纹的安全系数已经达到临界值，配重块增加后螺纹应力已存在安全隐患，所以对吊具进行了强度增加改版，改版后螺纹孔由原来的32个改为56个，安全系数达到了国家标准要求，符合了安全规范。4)在竖直拆卸吊具主体时，由于吊具主体下面主立板质量，可能会使吊具主体偏重，起吊会引起倾斜，通过在C型吊的工具吊具上开两个跨度比较大的孔来完成起吊，就解决吊具主体偏重的问题。

图7　受压垫圈

图8　定子翻身

该工具已经生产制造完成，并交付车间使用。在生产制造过程中得以应用，满足吊装与翻身要求，达到了预其效果，得到认可，保证了核电机组叠片有序进行。通过对工具进行不断的改进与修正，已经完全满足了生产要求，前期的理论分析与强度计算也支持了后期的加工工具与工具的使用过程。而对于同类产品的翻身过程进行了系统的总结，为以后翻身工序提供了参考，对电机装备行业在定子转运上进行了翻身工序的补充。

郑成哲，男，1975年生，1998年毕业于黑龙江八一农垦大学工程学院机械设计与制造专业，现在职于哈尔滨电机厂有限责任公司工装分厂夹具设计，从事夹具设计15年，高级工程师。