吊具试验过程控制

吴国君，李敬，胡家号，姚金莉，滕延明

航天科工第四研究院红阳机电公司 湖北孝感 432000

1 序言

吊具是一种常用的工程器械，生活中随处可见，吊具顾名思义是对产品或原材料实施吊装的工艺装备，主要用于对产品或原材料进行周转、移动和装卸等作业，同时吊具还广泛用于航空航天、船舶、汽车等工业产品的装配过程之中。质量较轻的一些产品与原材料的周转与装卸，通常选用一些绳索或吊带等通用吊装物件，既可满足作业要求；而一些质量较大的产品，如航空航天、船舶、汽车等产品，质量多达数十吨，甚至数百吨，对于这些产品的吊装，显然采用简易的吊具无论从作业的安全性、可靠性还是强度等方面考量，运用通用的吊装器械都根本无法满足产品的作业要求。而且这些产品造价昂贵，尤其像航天飞行器这样的产品，在吊装过程中还具有非常大的危险性，对于这些产品的吊装，为了确保吊装过程的可靠性与安全性，必须针对产品的质量与结构设计制作专用吊具，方可确保作业过程的稳定可靠与作业过程中的万无一失，这已是业界的共识。

通常吊具属于产品的附件，制作吊具的专业性非常强，一般主机厂不会自己来生产吊具，通常的做法是把吊具的制作委托给专业的吊具生产厂家，待生产完成后，再派相关人员去外协厂家进行吊具验收。笔者在一家航天骨干企业从业已数十年，据我所知，每一款航天飞行器产品，都会针对其质量与结构，制造一整套专用吊具，用于飞行器的周转、装配与运输过程中的装卸等作业。一般对于吊装航天产品吊具的安全性与可靠性具有近乎苛刻的要求，为了验证吊具的强度、可靠性与适应性，必须对生产出的吊具进行一系列严苛的试验。本人先后参与、指导过数十套吊具的验收工作，对如何做好吊具的验收试验及试验过程中需要注意的一些事项，吸取了大量的一手经验。现将其介绍如下，希望能对同行做好吊具验收试验工作有所帮助。

2 吊具的构成

吊具的结构形式相对简单，一般由梁体、吊带组件或吊索组件、起吊套筒、起吊轴、定位套筒、定位螺钉、转接板及一些标准件，如卸扣、螺钉、螺母与垫片等零部件构成（见图1～图4），其中吊带组件或吊索组件，一般又分前、后吊带或前、后吊索组件，通常一副吊具的零部组件不会超过20个。对于吊具上的金属件，通常制造的精度要求不会太高，但因为吊具上的每一个零件都是承力件，所以对于吊具上的每一个零件，都要求具有良好的强度。一般金属零件都宜选择高强的优质合金钢，机械加工或焊接后，尤其吊具的梁组件，都应安排适当的热处理，同时，应安排磁力探伤，绝对不允许工件有裂纹[1]。

图1 方框内为某吊具组件

图2 军绿色产品为吊具纵梁

图3 吊具常用卸扣

图4 吊具常用吊带

3 吊具验收的主要工作

吊具验收工作主要包括：检查吊具的齐套性、检查吊具零部组件尺寸及外观质量是否符合设计图样要求，指导鉴督客户按试验大纲不折不扣做好、记录好各种拉伸、破断、静动载及强度与协调等一系列试验，其中指导鉴督客户做好验收试验工作，是吊具验收最核心的工作。

4 吊具验收试验组成

吊具验收试验工作是验收吊具最重点、最核心的工作，也是吊具验收工作中的重中之重。

吊具试验的种类主要包括：吊带（或钢丝绳）的拉伸试验、吊带组件（或吊索组件）的破断试验、吊具的静载试验、吊具的动载试验、吊具的强度试验及吊具的协调性试验，其中强度试验，又分为第一强度试验与第二强度试验。

（1）吊带（或钢丝绳）的拉伸试验 吊带（或钢丝绳）是吊具起吊时用的最主要的承力件，直接作用于产品，吊带（或钢丝绳）的承载能力必须保证满足设计规定要求，做该试验就是在拉伸设备上，加2倍于吊带（或钢丝绳）额定负载的力，保载10min，再检验吊带（或钢丝绳）是否有破损。

（2）吊带组件（或吊索组件）的破断试验 吊带组件（或吊索组件）一般由吊带（或钢丝绳）与两端的卸扣、U形花样螺栓、转接板等零件组成。在吊具使用过程中，吊带组件（或吊索组件）一端一般通过卸扣与吊具的梁体组件连接，另一端一般通过定位套筒与定位螺钉与被起吊的产品联接，是主要的承力件，必须具有较高的安全系数，才能防止在使用过程中发生组件损坏与断裂的安全事故。一般吊带组件（或吊索组件）的安全系数为6，就是指吊带组件（或吊索组件）在承载＜6倍额定负载的情况下，组件的所有零件不允许有破损与断裂。吊带组件（或吊索组件）的破断试验同吊带（或钢丝绳）的拉伸试验一样，都需要在拉力设备上完成。基本过程是：将组件两端固定在拉力机上，一直加载，直至组件断裂，即可判断组件的强度是否满足设计规定的安全系数。

（3）吊具的静载试验 吊具的静载试验是检查吊具静态使用下的安全性，一般是吊具承载1.25倍额定负载，保载25～30min，然后，检查吊具各零部组件是否有损坏，重点是检查吊带（或钢丝绳）与定位套筒的受损情况。

吊具的动载试验：吊具的动载试验主要是检查吊具运动使用状态下的安全性，其过程是在吊具承载1.1倍额定负载，上下、左右按规定的速度往复移动设计规定的距离3次，再查看吊具的各零部组件有无破损。

（4）吊具的强度试验 吊具的强度试验（见图5）其实就是检验吊具的安全系数，其过程与做吊具的静载试验相同，只是试验过程中承受的负载不一样。做强度试验时，无论是第一强度试验还是第二强度试验吊具需要承受的负载，要比做静载试验时大得多。强度试验又分为第一强度试验与第二强度试验，第一强度试验承受的负载要求一般为额定负载的2.5倍，第二强度试验承受的负载要求通常为额定负载的3倍，强度试验之所以如此安排，主要是用来发现假安全性，实现实用的双保险。

图5 某吊具强度试验的场景图（承载78t）

5 吊具试验的过程控制

吊具的试验工作是一项十分繁重、复杂的工作，尤其是进行静动载、强度及协调试验过程中，需要的场地比较大、需要的配重比较多及需要的起吊机械吨位大等，都需要事前做好准备与策划，方能让试验过程有条不紊、安全可控，所以对于吊具的试验，必须做好以下几项工作。

5.1 扎实做好试验前的准备工作

吊具试验工作能否顺利进行，与试验开展前的准备工作是否充分有着切实的联系，准备工作做得充分，试验相对会比较顺畅；反之，则结果相反。

吊具试验前有哪些准备工作需要做呢？首先需要落实场地，并安排人员清扫清理场地；其次需要落实吊装机械，一般需要租借吊车，吊车的吨位一定要大于试验承受的最大载荷；再次需要准备好足够质量的配重，一般是一些钢锭、钢板和铸铁锭等，并且事先对每一个配重秤好质量，并且将质量记录在配重物的醒目位置上，以便于试验过程中计算配重；最后，因为吊具的静动载及强度试验，不可能用产品实物来进行，所以必须要制作刚性与强度俱佳的专用试验架，并在试验架上焊接与起吊产品时尺寸完全一致的吊点，吊点焊接必须牢靠。准备试验架的周期往往较长，需要早做准备[2]。

5.2 试验过程中的配重调整

吊具的静动载试验与第一强度、第二强度试验，吊具试验过程中的承受负载都是不一样的，一般分别是承受额定负载的1.25倍、1.1倍、2.5倍及3倍，这就决定了试验过程中要在试验架上不停的增减配重。为了找到起吊时吊具的平衡点，放置配重位置也需要不停的变换。由于一般新手调平衡往往需要浪费很长的时间，所以调平衡最好安排有经验的操作人员与工程技术人员专人专做，进行指导与操作。

调配重一般的步骤：首先是事先通过计算，找到需要的配重物，一般数量越少越好；其次根据吊具吊带组件（吊索组件）的长短及吊点的位置，根据扛杆原理，预估放置配重块的位置，将配重块放置在预估的位置；再次慢慢起吊，看是否平衡，一般不是规则的配重，一次是很难找到平衡的，通过慢慢起吊，可以判断哪头轻、哪头重，来调整移动配重块的位置，直至最终达到起吊的平衡。对于有经验的人，一般通过两三次调整，即可将起吊调至平衡。

对于负载较大的强度试验，调配重的难度比较大，可能需要多次方可找到平衡，为此不建议将配重物直接放置在试验架上来调整，这样会不断装卸吊具，不仅费时费力，也会增大操作过程的安全隐患。因此，采取将配重物悬挂在试验架上的方法，通过调整悬挂位置的方式来调平衡，更方便、更省时且更安全。

5.3 吊具试验过程的安全保障

吊具试验是一项存在着一定风险与危险的工作，试验前必须要做好安全预案，对参试者进行必要的培训，一是为杜绝安全事故；二是为防一旦出现安全事故，有处置措施。为确保试验安全，在试验过程中，在试验场地划出安全区域，并做好警示；参试人员必须配戴好安全帽；起吊由专人指挥；试验起吊、保载过程中，所有人员不得进入规划的作业区域[3]。

5.4 试验过程的跟踪

试验过程的跟踪主要是指检验人员在试验前后对试验过程的检查，首先检查试验起吊前，吊点是否正确，吊带组件（或吊索组件）调节的长度是否符合设计要求等；其次，试验完成后，检查吊带（或吊索）是否有破损，一般是用10倍放大镜仔细查看。

此外，吊具的验收试验过程时间往往比较长，经常多达一个月之久，参加验收试验的人员一般只会局限于设计员、工艺员与检验员，因为试验过程的追踪性也很重要，所以检验人员需要做好各项试验记录，并做好强度试验的视频录制，以便向用户汇报、出厂评审及一旦出现使用过程事故时进行事故的追踪与溯源。

6 其他注意事项

1）吊具的试验，由于需要占用的场地比较大，一般是在露天进行，所以对气候的要求也较严苛，风速四级以上及雨天，最好不要排作业。如果是使用吊带的吊具，杜绝雨天作业，防止吊带被雨水浸泡，丧失强度。

2）调配重时，配重物尽可能放置在试验架的中心，防止起吊时扭曲。

3）调配重之平衡，吊带最好不要使用交付的产品来调整。

4）试验过程中，可能会发现一些设计不合理的地方，现场工艺人员，一定要做好记录，将情况反馈给设计人员，以便后续改进。

5）协调试验一般使用正式产品作为试验对象，主要看吊具使用过程有无干涉之类的现象发生，协调试验大多安排在吊具从外协厂家运输至主机厂后进行。

7 结束语

吊具是航天航空、船舶等产品的一项辅助产品，虽不如航天航空、船舶产品一样被人们所关注与重视，但对其使用的安全性要求极高。检查吊具是否能满足使用的安全性，唯一的方法便是通过各种试验，吊具的试验种类繁多，过程繁琐复杂，且具有较大的风险与危险性，只有做到有策划的去做，才会事半功倍，规避掉安全隐患。

上述介绍的吊具试验过程控制建议与注意事项，是笔者在实践过程中的总结，只要参照该文所述的过程与提示的注意事项去做吊具试验，相信一定能对同行做好吊具试验工作有所帮助与启示。