1万吨反力架可行性报告12-26

南昌永祺科技发展有限公司技术项目
可行性报告项目名称：1万吨反力架制作
承担单位：南昌永祺科技研发部
填报时间：2014 年12月20日
南昌永祺科技发展有限公司
1 制作反力架目的意义和国内发展趋势
反力架是协助研制出千斤顶载荷测试系统，该系统具有操作简单，检测迅速方便同时也给施工单位降低检测费用等优点。

配备其他组件也可用于高压高强度试件的成型，高强度的试件抗压强度试验。

随着国家建设事业的高速发展,大型、超大型建设工程急剧增多,桩基础的应用越来越普遍,单桩承载力也越来越大,许多单桩承载力特征值都在几千吨以上。

传统的大吨位单桩承载力的检测和试验主要采用常规静载方法,由于试验需要锚桩或重物堆载提供反力,拖延了施工时间,大大增加了试验费用和操作难度,产生了一定的安全隐患,对能源和材料消耗很大。

在此背景下,为满足工程检测的要求,预埋载荷箱法桩基静载荷试验得到了发展,已成为大吨位桩基静载检测的最重要手段，而大吨位荷载箱的检测，需要有大型反力架来提供反力，现有的吨位已不能满足使用要求，因此，从解决大型基桩的承载力试验来考虑，万吨反力架的制作具有重要的现实意义。

2. 反力架国内发展趋势
自1996年起，我国才开始使用自平衡试桩法对基桩进行检测，其用来测试荷载箱的反力架才逐渐有厂家开始生产，国内现在网上可查到2000T反力架的外形，其实有很多检测单位已做到了6000T的，再者国内有一些生产过10000T液压机的厂家，如北方重工生产过50000T的压机，江苏宏威生产过13500T的压机，所以现在可以结合液压机来考虑10000T反力架的开发，因他们在结构和受力方面都比较相近，现在列举国内现有反力架和液压机外形和参数：
2.1 反力架外形及参数
下图是2000T反力架的外形图及参数，其上梁是通过电机可上下调整，采用减速机配双链轮，活动螺母穿透上板，且螺母下端有止口可以定位，电机带动螺母上升时，定位凸台带动横梁一同上升，这种结构使上下横梁的间隙很方便调节．但这种结构只用于小吨位的反力
架．
2.2液压机外形及参数
下图是20000T液压机的外形图及参数，随着大型起重及加工设备的完善，大型设备的加工已不再是难题．
3 反力架结构及工作原理
反力架的结构分为两种型式：立柱分体式和龙门整体式，立柱分体式是通过立柱把上下横梁连接起来，其各部件是可拆的；龙门整体式是通过钢板把几个龙门架焊接起来，成为一个整体，是不可拆的，下面来查看这两种结构及工作原理：
3.1 立柱分体式反力架结构如下图
锁紧螺母
3.2 立柱分体反力架工作原理
把待测荷载箱放到活动支座上，使荷载箱的油管与油站的油管通过快速接头相连，起动高压油站，让液压油进入荷载箱内（注意这时活动支座下面的油缸是缩回来的，测力仪受力），使荷载箱内的油缸伸长，缓慢加压，并分段记下不同压强对应显示器上的载荷读数，测试完成后荷载箱停止供油，通过换向阀给活动支板下面的油缸供油，使油缸伸出，让荷载箱内的油缸缩回，完全缩回后，再把活动板下面的油缸全部缩回，然后拿下荷载箱，完成测试。

3.3 龙门整体式反力架结构如下图
上下承压板
立柱
压缩油缸
活动支板
输送台 标准测力仪
龙门架
活动支板
压缩油缸
标准测力
输送平台
3.4 龙门整体式反力架工作原理
其工作原理与立柱分体式反力架工作原理相同
4 反力架结构受力分析
4.1 立柱分体式反力架结构受力分析
4.1.1 立柱分体式反力架参数
最大吨位：10000T,安全系数约为1.2倍，
左右中空为：3000mm，
上下承压板距离：1500mm，
力布置范围：6个φ700mm油缸，每个油缸提供2000Ｔ的力，均布在直径为φ2300mm圆周上，
4.1.2 立柱分体式反力架结构尺寸图
4.1.3 立柱分体式反力架结构受力时有限元分析图
变形分布图
应力分布图
单根立柱受力分析图
上述图片是立柱分体式反力架承受12000Ｔ力的有限元分析图，从变形分布图可以看出，横梁的最大变形量为1.045mm,在应力分布图上可以看出，最大的应力为123MPa,横梁的变形量在弹性范围内，在单根立柱受力分析图上可以看出，立柱与螺母连接处变形量最大，最大为2.4mm,其变形量弹性变形范围内．
4.2 龙门整体式反力架结构受力分析
4.2.1 龙门整体式反力架参数
其参数与立柱分体式反力架参数相同
4.2.2 龙门整体式反力架结构尺寸图
4.2.3 龙门整体式反力架结构受力时有限元分析图
应力图(局部最大应力达到了284MPa）
应力透视图
变形图(局部最大变形为1.63mm）
变形量透视图
上述图片是龙门整体式反力架承受12000Ｔ力的有限元分析图，从应力分布图上可以看出，最大的应力为215MPa,这个局部应力较大，上板的最大变形量为1.636mm,其变形量弹性变形范围内．
5 反力架活动支板承受极限偏载时受力分析
活动支板是反力架结构的一个重要组成部分，它的强度直接关系到设备可靠性和安全性，所以需要作为一个重要的部件来考虑，现在设定荷载箱存在两种极限位置，使活动支板承受了较大偏载，第一种偏载是承受了最大的12000Ｔ载荷，但是油缸接触面与力传感器接触面大部分错开，第二种偏载是载荷全部与力传感器外径相切，完全错开，现在用这两种极限载荷形式来进行有限元分析(活动支板选用厚度350mm的Q345钢板）．
5.1 活动支板承受极限偏载示意图
5.2 两种偏载型式的校核
从下面两组有限元分析图中可以看出：
5.2.1 第一种偏载型式
在受到1万吨的力时，活动支板受到最大的应力为218MPa,其应力较大的位置在活动支板与力传感器接触圆周边缘，同时变形量最大为0.14mm,其变形量在弹性变形范围内。

5.2.2第二种偏载型式
在受到2100T的力时，活动支板受到最大的应力为136MPa，其应力较大的位置在活动支板与力传感器接触边缘上，同时变形量最大为0.42mm，变形量最大在活动板的圆中心，其变形量也在弹性变形范围内。

第一种偏载型式变形图第一种偏载型式应力图
第二种偏载型式应力图
第二种偏载型式变形图
6 反力架结构材料、重量及价格
7 反力架附件
反力架除了结构件以件，还有一些附属配件组成，包括高压油站、 力传感器、输送平台等，由于这些零件在市场短期内都能采购到，具体列表如下
类别 名称 数量 单重 单位 重量 材料 立柱分体式反力架
上横梁 1 69 T 69 Ｑ345 立柱 6 14.7 T 88.2 40Cr 螺母
12 2.74 T 32.88 45Mn 锁紧螺母 24 0.77 T 18.48 45Mn 下横梁 1 69 T 69 Ｑ345 活动支板 1 16.6 T 16.6 Ｑ345 合计
294.16Ｔ
总价 435万
龙门整体式反力架
龙门架 6 30.5 T 183 Ｑ235B 上下压板
2 13.8 T 27.6 Ｑ235B 上下连接块 20 1.62 T 32.4 Ｑ235B 活动支板 1 13.5 T 16.6 Ｑ235B
合计
259.6Ｔ
总价
320万
8 两种反力架结构形式对比
8.1 立柱分体式反力架特点
⑴ 各组成零件外形较小，容易加工．
⑵ 单个零件热处理方便，容易控制热处理的质量．
⑶ 各零部件可根据承受不同的压力，而选用不同性能的材料． ⑷ 设备运输和吊装方便，可以把各零部件折散运输，现场安装． ⑸ 由于零部件增多，工序也增加不少，加工工期较长． ⑹ 制作成本高，关键部位对材料的性能要求高．
8.2 龙门整体式反力架特点
⑴ 整体设备尺寸大，加工难度高．
⑵ 各零件连接采用焊接型式，应力集中问题不好处理． ⑶ 由于焊接板材厚度大，容易产生焊接缺陷．
⑷ 设备运输和吊装难度很大，因整体设备的外形尺寸4500Ｘ
3000Ｘ5800mm,重量约295T ．
⑸ 从钢材市场采购的厚板，很多都存在缺陷，性能不稳定．
序号 名称 规格 数量 单位 单价(万) 总价(万) 1 标准测力仪 LG-3/1500T 8 个 8.5 68 2 高压液压站 ZB10/320-4/
800
1 台 1.
2 2.2
3 双作用油缸
4 个 0.4 1.6 4 输送平台 1 台 6.
5 6.5 5 高压油管等 1 批 0.5 0.5
合计
78.8
⑹设备采用板材焊接，工序少，加工工期短．
⑺制作成本较低，但需有大型的起重设备．
8 结论
从以上的资料综合考虑，立柱分体式与龙门整体式反力架结构都能达到设计使用要求，两种结构在承受相同荷载力的情况下，其变形量和局部最大应力值都在材料许用范围内，但因其设备的框架重量都超过了200多吨，且整体外形尺寸较大，要整体运输是很难实现的，所以龙门式整体反力架结构不能采用，且如果采用龙门整体式结构，虽价格和工期上有优势，但因钢板没有进行加工处理，很容易存在缺陷，这对整个设备来讲是一个致命伤，基于上述考虑，反力架结构形式只能选用立柱分体式.。