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摘要：在电力设备吊装过程中，经常会遇到设备上仅仅提供无内螺纹的销孔，并且无起吊吊耳的现象，普通吊环无法使用且钢丝绳无法捆扎起吊。膨胀式吊环设计目的专门为无内螺纹销孔所使用，利用吊环自身产生膨胀力，使得吊环与设备销孔内壁产生足够大摩擦力，并达到起吊设备的目的。
关键词：吊装；膨胀式吊环；摩擦系数；
1膨胀式吊环的设计
2.扇形软钢膨胀块三件；3.压块式螺母一件；4.套筒式螺母一件；
图1膨胀式吊环部件组成
Figure 1Components of expansion type lifting lug
图 2普通吊环
Figure 2Common lifting lug
图 3 组合后的膨胀式吊环
Figure 3The assembled expansion type lifting lug
2膨胀式吊环的应用
图 4 膨胀式吊环的使用图片
Figure 4Picture of expansion type lifting lug during using
图 5膨胀式吊环剖面图
Figure 5Cross-section diagram of expansion type lifting lug
膨胀式吊环的起重量主要决定于件2（压块）与设备销孔内壁摩擦力的大小T，摩擦力的大小又取决于件2（压块）对设备销孔内壁的压力N和之间的摩擦系数μ。当膨胀式吊环已经装入设备销孔，件1（高强度锥形头螺杆）预紧力为F。现计算F与N之间关系，选取件2（压块）与件1（锥形头螺杆）为分析对象，检测定两者间摩擦系数为 。
图 6件1受力图示
Figure 6Stress diagram of Piece 1
将上图简化为典型的斜面受力图如下：
图 7件1受力简化示意图
Figure 7Simplified stress diagram of Piece 1
水平推力F可分解为沿斜面向上力 和垂直于斜面的压力 ；
压力N可分解为垂直于斜面压力 和沿斜面向下力 ；
如下图：
图 8水平推力F的力分解示意图
Figure 8Schematic diagram of resolution of horizontal pushing force F
图 9压力N力分解
Figure 9Resolution of press N
其中 = ， =F °，件1因 产生的沿斜面向下的摩擦力为 ；
=N °, = ,件1因 产生的沿斜面向下的摩擦力为 ；
因件1处于相对静止状态，所以存在
= + ；
既：
= N °+ F °
N= ………………………
在此，将 看做N与F之间的关系系数к，当 =0.05～0.5之间变化时，к值的相应变化曲线图为：
表 1 值对应的к值变化曲线图
Table 1 Curve of к value corresponding with value
在F定值时，减小件2（压块）与件1（锥形头螺杆）之间的摩擦系数 ，可以增加件2（压块）与设备销孔内壁的压力。而提升力T与N关系为：
T=Nμ……………………………………
故减小 和增大μ可增加膨胀式吊环的有效提升力。鉴于件2（压块）为软钢材质，正常情况下与钢的摩擦系数为0.2，提高件2与件1间接触面的光洁度并涂抹二硫化钼，可使得 取0.15，增加件2与设备销孔内壁间接触面的粗糙度，可使得μ取0.2，带入公式和，可得到：
T=0.84F…………………………………[3]
高强锥形螺杆的预紧力需达到F=
T=KFd
T——高强螺栓预紧扭矩
式中K——扭矩系数
F——高强螺栓所受的预紧力（KN）
d——螺纹的公称直径（mm）
其中K值的选取在我们目前国家及行业标准中并无定值的规定，仅仅在钢结构用大六角螺栓的标准中[3] 规定：K=0.11～0.15，标准偏差小于等于0.01。在日常使用中的K值可取最大值0.15[4]。
T=0.15*
其中注意螺栓在预紧时严禁扭矩超过螺栓的屈服点极限[5]- [6]。
膨胀式吊环[7]在使用选型时遵循相关安全管理规程，吊环（杆）直径的大小根据设备重量、安全系数要求（起吊物体取6）[8]及强度等级来确定。
例：选用M30的8.8级高强螺杆，求可起吊重量及所需预紧扭矩。
M30普通螺钉吊环的平稳起吊时最大起重量为2.5吨[9]，所需膨胀式吊环预紧力F=29400N，F/ π =42 N/mm²。查表可得8.8级高强螺栓屈服点为640 N/mm²[10]，安全系数取6[8]，
故：6*42 N/mm²<640 N/mm²满足起重量要求。单体最大起重量可达到
3结论
本文给出了膨胀式吊环的设计计算及使用方法，合理的选择膨胀式吊环规格可以满足设备起吊要求。从计算过程中可以看到，随着工艺进步，减小 和增大μ可进一步优化膨胀式吊环，满足更大件吊装。
感谢在本文编制过程中安徽电建一公司陆忠良、刘牛等人的技术及实践指导。
[参考文献]
林贵. 摩擦力的试验和再研究[J]，2007,06：1～6.
吕继岳.高强度螺栓表面处理和润滑状态对扭矩系数及预紧轴力影响的试验研究[J].桥梁建设，1983，01：1～3.
[3] GB 1231-2006 钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件[S].
[4] 阎振中，孙强.扭矩系数的正确测定及重要性[OL].[2011].
[5] GB/T 3098.1-2010 紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱[S].
[6] 车忠伟，杨润清.吊环用钢的组织形态对断口形貌及冲击韧性的影响[J]，2012,01：3～5.
[7] 余洋，向红. 节点疲劳破坏试验中的高强螺栓力学性能分析 [J]，2011,03：1～9.
[8] 国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程2011版[M].北京：煤炭工业出版社，2011.
[9] GB825-88吊环螺钉[S].
[10] 李鹤林，张毅，金达曾等.用断裂力学预测吊环剩余寿命的初步探讨[J]，1982,02：2～4.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：吊装；膨胀式吊环；摩擦系数；
1膨胀式吊环的设计
1.1膨胀式吊环组成
吊环主要部件包括：1.高强度锥形头螺杆一件；2.扇形软钢膨胀块三件；3.压块式螺母一件；4.套筒式螺母一件；5.普通吊环一件
辅助性材料为：普通橡皮筋若干根；二硫化钼防咬剂
图1膨胀式吊环部件组成
Figure 1Components of expansion type lifting lug
图 2普通吊环
Figure 2Common lifting lug
1.2膨胀式吊环的组装
首先在件1锥形面涂二硫化钼，后将件2合抱组合到件1周围，锥面与件1的锥面方向需一致，并用橡皮筋固定在件2的沟槽处。将件3与件1组合，最后安装件4。组合完成后如图：图 3 组合后的膨胀式吊环
Figure 3The assembled expansion type lifting lug
2膨胀式吊环的应用
2.1吊环的使用方法
将组合好的膨胀式吊环用手调节压块式螺母（件3），使得扇形软钢膨胀块（件2）达到合适的直径（略小于设备销孔内径），将膨胀块端插入设备销孔，然后用敲击扳手或力矩扳手终紧压块式螺母（件3），拧紧套筒式螺母（件4）。最后使用普通吊环（件5）旋入套筒式螺母（件4），即可吊装使用。图 4 膨胀式吊环的使用图片
Figure 4Picture of expansion type lifting lug during using
2.2膨胀式吊环的受力分析
2.1吊环的膨胀块与设备销孔受力计算
图 5膨胀式吊环剖面图
Figure 5Cross-section diagram of expansion type lifting lug
膨胀式吊环的起重量主要决定于件2（压块）与设备销孔内壁摩擦力的大小T，摩擦力的大小又取决于件2（压块）对设备销孔内壁的压力N和之间的摩擦系数μ。当膨胀式吊环已经装入设备销孔，件1（高强度锥形头螺杆）预紧力为F。现计算F与N之间关系，选取件2（压块）与件1（锥形头螺杆）为分析对象，检测定两者间摩擦系数为 。
图 6件1受力图示
Figure 6Stress diagram of Piece 1
将上图简化为典型的斜面受力图如下：
图 7件1受力简化示意图
Figure 7Simplified stress diagram of Piece 1
水平推力F可分解为沿斜面向上力 和垂直于斜面的压力 ；
压力N可分解为垂直于斜面压力 和沿斜面向下力 ；
如下图：
图 8水平推力F的力分解示意图
Figure 8Schematic diagram of resolution of horizontal pushing force F
图 9压力N力分解
Figure 9Resolution of press N
其中 = ， =F °，件1因 产生的沿斜面向下的摩擦力为 ；
=N °, = ,件1因 产生的沿斜面向下的摩擦力为 ；
因件1处于相对静止状态，所以存在
= + ；
既：
= N °+ F °
N= ………………………
在此，将 看做N与F之间的关系系数к，当 =0.05～0.5之间变化时，к值的相应变化曲线图为：
表 1 值对应的к值变化曲线图
Table 1 Curve of к value corresponding with value
在F定值时，减小件2（压块）与件1（锥形头螺杆）之间的摩擦系数 ，可以增加件2（压块）与设备销孔内壁的压力。而提升力T与N关系为：
T=Nμ……………………………………
故减小 和增大μ可增加膨胀式吊环的有效提升力。鉴于件2（压块）为软钢材质，正常情况下与钢的摩擦系数为0.2，提高件2与件1间接触面的光洁度并涂抹二硫化钼，可使得 取0.15，增加件2与设备销孔内壁间接触面的粗糙度，可使得μ取0.2，带入公式和，可得到：
T=0.84F…………………………………[3]
2.2膨胀式吊环的预紧力矩要求
由上面关系式[3]可知，膨胀时吊环的有效起重力T小于设备起吊所需要力F，所以需要将膨胀式吊环的件1（高强锥形螺杆）进行预紧，以达到所需的有效提升力T。高强锥形螺杆的预紧力需达到F=
1.2T。
膨胀式吊环的预紧力和预紧力矩即高强螺栓预紧力公式：T=KFd
T——高强螺栓预紧扭矩
式中K——扭矩系数
F——高强螺栓所受的预紧力（KN）
d——螺纹的公称直径（mm）
其中K值的选取在我们目前国家及行业标准中并无定值的规定，仅仅在钢结构用大六角螺栓的标准中[3] 规定：K=0.11～0.15，标准偏差小于等于0.01。在日常使用中的K值可取最大值0.15[4]。
T=0.15*
1.2 T d………………………[4]
式中T为设备的重量（N）其中注意螺栓在预紧时严禁扭矩超过螺栓的屈服点极限[5]- [6]。
膨胀式吊环[7]在使用选型时遵循相关安全管理规程，吊环（杆）直径的大小根据设备重量、安全系数要求（起吊物体取6）[8]及强度等级来确定。
例：选用M30的8.8级高强螺杆，求可起吊重量及所需预紧扭矩。
M30普通螺钉吊环的平稳起吊时最大起重量为2.5吨[9]，所需膨胀式吊环预紧力F=29400N，F/ π =42 N/mm²。查表可得8.8级高强螺栓屈服点为640 N/mm²[10]，安全系数取6[8]，
故：6*42 N/mm²<640 N/mm²满足起重量要求。单体最大起重量可达到
2.5吨。
将最大起重量和螺杆直径代入公式[4]，可得到膨胀式吊环[10]预紧扭矩为：T=160N.m。3结论
本文给出了膨胀式吊环的设计计算及使用方法，合理的选择膨胀式吊环规格可以满足设备起吊要求。从计算过程中可以看到，随着工艺进步，减小 和增大μ可进一步优化膨胀式吊环，满足更大件吊装。
摘自：本科生毕业论文范文www.udooo.com
致谢感谢在本文编制过程中安徽电建一公司陆忠良、刘牛等人的技术及实践指导。
[参考文献]
林贵. 摩擦力的试验和再研究[J]，2007,06：1～6.
吕继岳.高强度螺栓表面处理和润滑状态对扭矩系数及预紧轴力影响的试验研究[J].桥梁建设，1983，01：1～3.
[3] GB 1231-2006 钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件[S].
[4] 阎振中，孙强.扭矩系数的正确测定及重要性[OL].[2011].
[5] GB/T 3098.1-2010 紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱[S].
[6] 车忠伟，杨润清.吊环用钢的组织形态对断口形貌及冲击韧性的影响[J]，2012,01：3～5.
[7] 余洋，向红. 节点疲劳破坏试验中的高强螺栓力学性能分析 [J]，2011,03：1～9.
[8] 国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程2011版[M].北京：煤炭工业出版社，2011.
[9] GB825-88吊环螺钉[S].
[10] 李鹤林，张毅，金达曾等.用断裂力学预测吊环剩余寿命的初步探讨[J]，1982,02：2～4.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。