吊具試驗過程控制

吳國君，李敬，胡家號，姚金莉，滕延明

航天科工第四研究院紅陽機電公司 湖北孝感 432000

1 序言

吊具是一種常用的工程器械，生活中隨處可見，吊具顧名思義是對產品或原材料實施吊裝的工藝裝備，主要用于對產品或原材料進行周轉、移動和裝卸等作業，同時吊具還廣泛用于航空航天、船舶、汽車等工業產品的裝配過程之中。質量較輕的一些產品與原材料的周轉與裝卸，通常選用一些繩索或吊帶等通用吊裝物件，既可滿足作業要求；而一些質量較大的產品，如航空航天、船舶、汽車等產品，質量多達數十噸，甚至數百噸，對于這些產品的吊裝，顯然采用簡易的吊具無論從作業的安全性、可靠性還是強度等方面考量，運用通用的吊裝器械都根本無法滿足產品的作業要求。而且這些產品造價昂貴，尤其像航天飛行器這樣的產品，在吊裝過程中還具有非常大的危險性，對于這些產品的吊裝，為了確保吊裝過程的可靠性與安全性，必須針對產品的質量與結構設計制作專用吊具，方可確保作業過程的穩定可靠與作業過程中的萬無一失，這已是業界的共識。

通常吊具屬于產品的附件，制作吊具的專業性非常強，一般主機廠不會自己來生產吊具，通常的做法是把吊具的制作委托給專業的吊具生產廠家，待生產完成后，再派相關人員去外協廠家進行吊具驗收。筆者在一家航天骨干企業從業已數十年，據我所知，每一款航天飛行器產品，都會針對其質量與結構，制造一整套專用吊具，用于飛行器的周轉、裝配與運輸過程中的裝卸等作業。一般對于吊裝航天產品吊具的安全性與可靠性具有近乎苛刻的要求，為了驗證吊具的強度、可靠性與適應性，必須對生產出的吊具進行一系列嚴苛的試驗。本人先后參與、指導過數十套吊具的驗收工作，對如何做好吊具的驗收試驗及試驗過程中需要注意的一些事項，吸取了大量的一手經驗。現將其介紹如下，希望能對同行做好吊具驗收試驗工作有所幫助。

2 吊具的構成

吊具的結構形式相對簡單，一般由梁體、吊帶組件或吊索組件、起吊套筒、起吊軸、定位套筒、定位螺釘、轉接板及一些標準件，如卸扣、螺釘、螺母與墊片等零部件構成（見圖1～圖4），其中吊帶組件或吊索組件，一般又分前、后吊帶或前、后吊索組件，通常一副吊具的零部組件不會超過20個。對于吊具上的金屬件，通常制造的精度要求不會太高，但因為吊具上的每一個零件都是承力件，所以對于吊具上的每一個零件，都要求具有良好的強度。一般金屬零件都宜選擇高強的優質合金鋼，機械加工或焊接后，尤其吊具的梁組件，都應安排適當的熱處理，同時，應安排磁力探傷，絕對不允許工件有裂紋[1]。

圖1 方框內為某吊具組件

圖2 軍綠色產品為吊具縱梁

圖3 吊具常用卸扣

圖4 吊具常用吊帶

3 吊具驗收的主要工作

吊具驗收工作主要包括：檢查吊具的齊套性、檢查吊具零部組件尺寸及外觀質量是否符合設計圖樣要求，指導鑒督客戶按試驗大綱不折不扣做好、記錄好各種拉伸、破斷、靜動載及強度與協調等一系列試驗，其中指導鑒督客戶做好驗收試驗工作，是吊具驗收最核心的工作。

4 吊具驗收試驗組成

吊具驗收試驗工作是驗收吊具最重點、最核心的工作，也是吊具驗收工作中的重中之重。

吊具試驗的種類主要包括：吊帶（或鋼絲繩）的拉伸試驗、吊帶組件（或吊索組件）的破斷試驗、吊具的靜載試驗、吊具的動載試驗、吊具的強度試驗及吊具的協調性試驗，其中強度試驗，又分為第一強度試驗與第二強度試驗。

（1）吊帶（或鋼絲繩）的拉伸試驗 吊帶（或鋼絲繩）是吊具起吊時用的最主要的承力件，直接作用于產品，吊帶（或鋼絲繩）的承載能力必須保證滿足設計規定要求，做該試驗就是在拉伸設備上，加2倍于吊帶（或鋼絲繩）額定負載的力，保載10min，再檢驗吊帶（或鋼絲繩）是否有破損。

（2）吊帶組件（或吊索組件）的破斷試驗 吊帶組件（或吊索組件）一般由吊帶（或鋼絲繩）與兩端的卸扣、U形花樣螺栓、轉接板等零件組成。在吊具使用過程中，吊帶組件（或吊索組件）一端一般通過卸扣與吊具的梁體組件連接，另一端一般通過定位套筒與定位螺釘與被起吊的產品聯接，是主要的承力件，必須具有較高的安全系數，才能防止在使用過程中發生組件損壞與斷裂的安全事故。一般吊帶組件（或吊索組件）的安全系數為6，就是指吊帶組件（或吊索組件）在承載＜6倍額定負載的情況下，組件的所有零件不允許有破損與斷裂。吊帶組件（或吊索組件）的破斷試驗同吊帶（或鋼絲繩）的拉伸試驗一樣，都需要在拉力設備上完成。基本過程是：將組件兩端固定在拉力機上，一直加載，直至組件斷裂，即可判斷組件的強度是否滿足設計規定的安全系數。

（3）吊具的靜載試驗 吊具的靜載試驗是檢查吊具靜態使用下的安全性，一般是吊具承載1.25倍額定負載，保載25～30min，然后，檢查吊具各零部組件是否有損壞，重點是檢查吊帶（或鋼絲繩）與定位套筒的受損情況。

吊具的動載試驗：吊具的動載試驗主要是檢查吊具運動使用狀態下的安全性，其過程是在吊具承載1.1倍額定負載，上下、左右按規定的速度往復移動設計規定的距離3次，再查看吊具的各零部組件有無破損。

（4）吊具的強度試驗 吊具的強度試驗（見圖5）其實就是檢驗吊具的安全系數，其過程與做吊具的靜載試驗相同，只是試驗過程中承受的負載不一樣。做強度試驗時，無論是第一強度試驗還是第二強度試驗吊具需要承受的負載，要比做靜載試驗時大得多。強度試驗又分為第一強度試驗與第二強度試驗，第一強度試驗承受的負載要求一般為額定負載的2.5倍，第二強度試驗承受的負載要求通常為額定負載的3倍，強度試驗之所以如此安排，主要是用來發現假安全性，實現實用的雙保險。

圖5 某吊具強度試驗的場景圖（承載78t）

5 吊具試驗的過程控制

吊具的試驗工作是一項十分繁重、復雜的工作，尤其是進行靜動載、強度及協調試驗過程中，需要的場地比較大、需要的配重比較多及需要的起吊機械噸位大等，都需要事前做好準備與策劃，方能讓試驗過程有條不紊、安全可控，所以對于吊具的試驗，必須做好以下幾項工作。

5.1 扎實做好試驗前的準備工作

吊具試驗工作能否順利進行，與試驗開展前的準備工作是否充分有著切實的聯系，準備工作做得充分，試驗相對會比較順暢；反之，則結果相反。

吊具試驗前有哪些準備工作需要做呢？首先需要落實場地，并安排人員清掃清理場地；其次需要落實吊裝機械，一般需要租借吊車，吊車的噸位一定要大于試驗承受的最大載荷；再次需要準備好足夠質量的配重，一般是一些鋼錠、鋼板和鑄鐵錠等，并且事先對每一個配重秤好質量，并且將質量記錄在配重物的醒目位置上，以便于試驗過程中計算配重；最后，因為吊具的靜動載及強度試驗，不可能用產品實物來進行，所以必須要制作剛性與強度俱佳的專用試驗架，并在試驗架上焊接與起吊產品時尺寸完全一致的吊點，吊點焊接必須牢靠。準備試驗架的周期往往較長，需要早做準備[2]。

5.2 試驗過程中的配重調整

吊具的靜動載試驗與第一強度、第二強度試驗，吊具試驗過程中的承受負載都是不一樣的，一般分別是承受額定負載的1.25倍、1.1倍、2.5倍及3倍，這就決定了試驗過程中要在試驗架上不停的增減配重。為了找到起吊時吊具的平衡點，放置配重位置也需要不停的變換。由于一般新手調平衡往往需要浪費很長的時間，所以調平衡最好安排有經驗的操作人員與工程技術人員專人專做，進行指導與操作。

調配重一般的步驟：首先是事先通過計算，找到需要的配重物，一般數量越少越好；其次根據吊具吊帶組件（吊索組件）的長短及吊點的位置，根據扛桿原理，預估放置配重塊的位置，將配重塊放置在預估的位置；再次慢慢起吊，看是否平衡，一般不是規則的配重，一次是很難找到平衡的，通過慢慢起吊，可以判斷哪頭輕、哪頭重，來調整移動配重塊的位置，直至最終達到起吊的平衡。對于有經驗的人，一般通過兩三次調整，即可將起吊調至平衡。

對于負載較大的強度試驗，調配重的難度比較大，可能需要多次方可找到平衡，為此不建議將配重物直接放置在試驗架上來調整，這樣會不斷裝卸吊具，不僅費時費力，也會增大操作過程的安全隱患。因此，采取將配重物懸掛在試驗架上的方法，通過調整懸掛位置的方式來調平衡，更方便、更省時且更安全。

5.3 吊具試驗過程的安全保障

吊具試驗是一項存在著一定風險與危險的工作，試驗前必須要做好安全預案，對參試者進行必要的培訓，一是為杜絕安全事故；二是為防一旦出現安全事故，有處置措施。為確保試驗安全，在試驗過程中，在試驗場地劃出安全區域，并做好警示；參試人員必須配戴好安全帽；起吊由專人指揮；試驗起吊、保載過程中，所有人員不得進入規劃的作業區域[3]。

5.4 試驗過程的跟蹤

試驗過程的跟蹤主要是指檢驗人員在試驗前后對試驗過程的檢查，首先檢查試驗起吊前，吊點是否正確，吊帶組件（或吊索組件）調節的長度是否符合設計要求等；其次，試驗完成后，檢查吊帶（或吊索）是否有破損，一般是用10倍放大鏡仔細查看。

此外，吊具的驗收試驗過程時間往往比較長，經常多達一個月之久，參加驗收試驗的人員一般只會局限于設計員、工藝員與檢驗員，因為試驗過程的追蹤性也很重要，所以檢驗人員需要做好各項試驗記錄，并做好強度試驗的視頻錄制，以便向用戶匯報、出廠評審及一旦出現使用過程事故時進行事故的追蹤與溯源。

6 其他注意事項

1）吊具的試驗，由于需要占用的場地比較大，一般是在露天進行，所以對氣候的要求也較嚴苛，風速四級以上及雨天，最好不要排作業。如果是使用吊帶的吊具，杜絕雨天作業，防止吊帶被雨水浸泡，喪失強度。

2）調配重時，配重物盡可能放置在試驗架的中心，防止起吊時扭曲。

3）調配重之平衡，吊帶最好不要使用交付的產品來調整。

4）試驗過程中，可能會發現一些設計不合理的地方，現場工藝人員，一定要做好記錄，將情況反饋給設計人員，以便后續改進。

5）協調試驗一般使用正式產品作為試驗對象，主要看吊具使用過程有無干涉之類的現象發生，協調試驗大多安排在吊具從外協廠家運輸至主機廠后進行。

7 結束語

吊具是航天航空、船舶等產品的一項輔助產品，雖不如航天航空、船舶產品一樣被人們所關注與重視，但對其使用的安全性要求極高。檢查吊具是否能滿足使用的安全性，唯一的方法便是通過各種試驗，吊具的試驗種類繁多，過程繁瑣復雜，且具有較大的風險與危險性，只有做到有策劃的去做，才會事半功倍，規避掉安全隱患。

上述介紹的吊具試驗過程控制建議與注意事項，是筆者在實踐過程中的總結，只要參照該文所述的過程與提示的注意事項去做吊具試驗，相信一定能對同行做好吊具試驗工作有所幫助與啟示。