伸縮臂式履帶起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性研究

徐云喆

摘 要：通過(guò)對(duì)伸縮臂式履帶起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得出試驗(yàn)前抗傾覆穩(wěn)定性的校核計(jì)算方法，總結(jié)出整機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性試驗(yàn)方法，在實(shí)際生產(chǎn)中將校核計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：履帶起重機(jī)；抗傾覆穩(wěn)定性；載荷；試驗(yàn)方法

伸縮臂式履帶起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)伸縮臂起重機(jī)）作為流動(dòng)式起重機(jī)的一種，是將伸縮臂式汽車(chē)起重機(jī)的伸縮臂部分與桁架式履帶起重機(jī)的履帶式行走裝置部分結(jié)合的產(chǎn)物，以其臂長(zhǎng)轉(zhuǎn)換快捷、可實(shí)現(xiàn)帶載行走的優(yōu)點(diǎn)被市場(chǎng)廣泛認(rèn)識(shí)并接受。

伸縮臂起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性是指起重機(jī)在自重和外載荷的作用下抵抗傾覆的能力，是影響起重機(jī)使用性能、保證安全使用的重要指標(biāo)，也是保證伸縮臂起重機(jī)安全工作的充要條件之一。

為確保伸縮臂起重機(jī)的安全使用，不僅需要在試驗(yàn)前通過(guò)校核計(jì)算確保其抗傾翻穩(wěn)定性合格，同時(shí)也要在通過(guò)試驗(yàn)對(duì)其抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行校核。

1 抗傾覆穩(wěn)定性校核計(jì)算條件、試驗(yàn)條件及要求

伸縮臂起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性校核計(jì)算、試驗(yàn)條件及要求如下：

（1）起重機(jī)在整機(jī)指定位置處必須安裝上設(shè)計(jì)規(guī)定的工作狀態(tài)時(shí)的全部工作裝置；

（2）環(huán)境溫度范圍-20℃～+40℃，工作場(chǎng)地海拔高度不超過(guò)1000m；

（3）抗傾覆穩(wěn)定性試驗(yàn)時(shí)，風(fēng)速不大于8.3m/s；

（4）工作場(chǎng)地地面應(yīng)水平、堅(jiān)實(shí)、平整，地面傾斜度不大于1%，地面及支撐面的承載能力必須大于起重機(jī)工作時(shí)所產(chǎn)生的接地比壓；

（5）試驗(yàn)載荷應(yīng)標(biāo)定準(zhǔn)確，垂直載荷相對(duì)標(biāo)定值允差為±0.5%，水平載荷相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值允差為±1.5%

2 抗傾覆穩(wěn)定性校核計(jì)算方法

伸縮臂起重機(jī)再進(jìn)行抗傾覆實(shí)驗(yàn)之前，為確保試驗(yàn)安全、有效的進(jìn)行，需要對(duì)伸縮臂起重機(jī)起升性能表的額定載荷的抗傾覆能力進(jìn)行校核計(jì)算。

2.1 抗傾覆穩(wěn)定性條件

伸縮臂起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性的計(jì)算一般情況下只考慮無(wú)風(fēng)試驗(yàn)或運(yùn)行，特殊情況下需考慮有風(fēng)工作或運(yùn)行。

針對(duì)起重機(jī)自身特定的傾覆線(xiàn)，當(dāng)穩(wěn)定力矩的代數(shù)和大于傾覆力矩的代數(shù)和時(shí)，則認(rèn)定該起重機(jī)抗傾覆能力是合格的。即：

MS-MT>0

式中：MS-穩(wěn)定力矩的代數(shù)和；MT-傾覆力矩的代數(shù)和。

2.2 傾覆線(xiàn)的確認(rèn)

伸縮臂起重機(jī)的傾覆線(xiàn)是驅(qū)動(dòng)輪軸心的連線(xiàn)和引導(dǎo)輪軸心的連線(xiàn)，在計(jì)算時(shí)選用兩條連線(xiàn)長(zhǎng)度的最小值B作為傾覆線(xiàn)的長(zhǎng)度。

2.3 抗傾覆穩(wěn)定性校核計(jì)算方法

伸縮臂起重機(jī)在抗傾覆穩(wěn)定性校核計(jì)算時(shí)從靜穩(wěn)定性、行駛穩(wěn)定性、后翻穩(wěn)定性三方面進(jìn)行計(jì)算，整機(jī)制動(dòng)穩(wěn)定性有專(zhuān)門(mén)計(jì)算及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，本篇不做討論。

2.3.1 抗傾覆靜穩(wěn)定性、行駛穩(wěn)定性校核計(jì)算方法

伸縮臂起重機(jī)由轉(zhuǎn)臺(tái)裝置、主臂裝置、副臂裝置、變幅裝置、配重裝置、行走裝置六大裝置組成，伸縮臂起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性校核計(jì)算公式如下。

MT=Gus×（b+Lus）+Gcw+（b+Lcw）+Guc×（b+Luc）

MS=Gmb×（Lmb-b）+Gfb×（Lfb-b）+Gdc×（Ldc-b）+（？漬×PQ+0.1×F）×（R-b）

F=（Gmb×m+Gfb×（j+n））/（j+k）

當(dāng)最大起升載荷滿(mǎn)足MS>MT時(shí)，我們認(rèn)定伸縮臂起重機(jī)可利用額定載荷可進(jìn)行抗傾覆靜穩(wěn)定性、行駛穩(wěn)定性校核試驗(yàn)。

式中：Gus-轉(zhuǎn)臺(tái)裝置重力（KN）；

Lus-轉(zhuǎn)臺(tái)裝置重心到轉(zhuǎn)臺(tái)裝置回轉(zhuǎn)中心的距離（m）；

Gcw-配重裝置重力（KN）；

Lcw-配重裝置重心到轉(zhuǎn)臺(tái)裝置回轉(zhuǎn)中心的距離（m）；

Guc-行走裝置重力（KN）；

Luc-行走裝置重心到轉(zhuǎn)臺(tái)裝置回轉(zhuǎn)中心的距離（m）；

Gmb-主臂裝置重力（KN）；

Lmb-主臂裝置重心到轉(zhuǎn)臺(tái)裝置回轉(zhuǎn)中心的距離（m）；

Gfb-副臂裝置重力（KN）；

Lfb-副臂裝置重心到轉(zhuǎn)臺(tái)裝置回轉(zhuǎn)中心的距離（m）；

Gdc-變幅裝置重力（KN）；

Ldc-變幅裝置重心到轉(zhuǎn)臺(tái)裝置回轉(zhuǎn)中心的距離（m）；

？漬-起升載荷的載荷系數(shù)（校核靜穩(wěn)定性時(shí)為1.33、校核行駛穩(wěn)定性時(shí)為1.5）；

PQ-在不同幅度下起重機(jī)的額定總起重量（KN）；

F-將主臂裝置、副臂裝置質(zhì)量轉(zhuǎn)化到吊載臂架端部的質(zhì)量的重力（KN）；

R-額定總起重量所允許的最大幅度（m）；

b-伸縮臂起重機(jī)傾覆線(xiàn)的一半（即b=B/2）（m）；

m-主臂裝置重心到主臂下鉸點(diǎn)的距離（m）；

n-副臂裝置重心到副臂下鉸點(diǎn)的距離（m）；

j-起升載荷允許的最大幅度時(shí)主臂裝置長(zhǎng)度L的水平投影（m）；

k-起升載荷允許的最大幅度時(shí)副臂裝置長(zhǎng)度L的水平投影（m）；

其余符號(hào)見(jiàn)2.1。

2.3.2 抗傾覆后傾翻穩(wěn)定性校核計(jì)算方法

為保證伸縮臂起重機(jī)抗傾覆后傾翻穩(wěn)定性有一個(gè)合理的安全系數(shù)，要求在側(cè)面或支撐載荷的底盤(pán)端部?jī)A覆線(xiàn)上的總載荷不應(yīng)小于起重機(jī)總重力的15%。

伸縮臂起重機(jī)的重心所在直線(xiàn)與轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心水平距離不超過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心到后傾覆線(xiàn)距離的70%。（此時(shí)吊鉤放置于地面上，不作為抗傾覆后傾覆穩(wěn)定性校核的參與載荷。）

據(jù)此計(jì)算公式總結(jié)如下：

當(dāng)滿(mǎn)足a<70%時(shí)，可認(rèn)定伸縮臂起重機(jī)經(jīng)校核計(jì)算可進(jìn)行抗傾覆后傾翻穩(wěn)定性試驗(yàn)。

式中：a-伸縮臂起重機(jī)重心所在直線(xiàn)與轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心水平距離與轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心到后傾覆線(xiàn)距離的比值；

其余符號(hào)見(jiàn)2.1、2.3.1。

3 伸縮臂起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法

我們依據(jù)先行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)伸縮臂起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性分為靜穩(wěn)定性、后翻穩(wěn)定性、行駛穩(wěn)定性三方面進(jìn)行試驗(yàn)。

在試驗(yàn)過(guò)程中主臂裝置、副臂裝置統(tǒng)稱(chēng)為臂架裝置。

3.1 抗傾覆靜穩(wěn)定性試驗(yàn)方法

伸縮臂起重機(jī)的臂架裝置位于起重機(jī)的正側(cè)方、正前方和正后方，臂架仰角處于產(chǎn)生最大傾覆力矩的工作幅度，起吊相應(yīng)工況（1.25×PQ+0.1×F）的試驗(yàn)載荷，慢速起升載荷到一定的離地200mm高度，臂架裝置在各實(shí)驗(yàn)位置停留10min。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，伸縮臂起重機(jī)不傾翻則認(rèn)定是穩(wěn)定的。

式中：各符號(hào)見(jiàn)2.3.1。

注：試驗(yàn)時(shí)，在起吊過(guò)程中關(guān)注后傾覆線(xiàn)上的支重輪，一旦發(fā)生支重輪離地且接地履帶板有離地傾向，必須停止試驗(yàn)，并對(duì)額定載荷PQ進(jìn)行修正。

3.2 抗傾覆行駛穩(wěn)定性試驗(yàn)方法

伸縮臂起重機(jī)的臂架裝置位于起重機(jī)的正前方，緩慢勻速起吊相應(yīng)工況（1.33×PQ+0.1×F）的試驗(yàn)載荷到一定的離地200mm高度，緩慢勻速行走，行走速度不得大于1.44km/h（即0.4m/s）。

伸縮臂起重機(jī)以最低穩(wěn)定速度勻速行駛，直線(xiàn)前進(jìn)和后退各20m，在試驗(yàn)過(guò)程中，下車(chē)后端傾覆線(xiàn)上的總載荷為零，但接地履帶板不離地，則認(rèn)定伸縮臂起重機(jī)是穩(wěn)定的。

式中：各符號(hào)見(jiàn)2.3.1。

注：試驗(yàn)時(shí)，在起吊過(guò)程中關(guān)注后傾覆線(xiàn)上的支重輪，一旦發(fā)生支重輪離地且接地履帶板有離地傾向，必須停止試驗(yàn)，并對(duì)額定載荷PQ進(jìn)行修正。

3.3 抗傾覆后翻穩(wěn)定性試驗(yàn)方法

臂架裝置分別位于伸縮臂起重機(jī)的正側(cè)方、正前方和正后方，臂架起升至最大仰角，吊鉤和其他取物裝置放置在地面上，分別測(cè)量臂架一側(cè)傾覆線(xiàn)上的總載荷，各傾覆線(xiàn)上的總載荷均不小于伸縮臂起重機(jī)總質(zhì)量重力的15%，則認(rèn)定伸縮臂起重機(jī)是穩(wěn)定的。

4 結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中也可以依據(jù)伸縮臂起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性校核公式對(duì)伸縮臂起重機(jī)的非帶載行走起升性能載荷、帶載行走起升性能載荷進(jìn)行計(jì)算，也可以在方案設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)伸縮臂起重機(jī)的抗傾覆后傾翻穩(wěn)定性進(jìn)行初步校核，從而調(diào)整整機(jī)質(zhì)量布局。

上述伸縮臂起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性試驗(yàn)方法在我公司伸縮臂起重機(jī)的出廠試驗(yàn)時(shí)經(jīng)實(shí)踐證明是安全有效、真實(shí)可行的，而校核計(jì)算方法伸縮臂起重機(jī)也確保了我公司出廠試驗(yàn)時(shí)的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]張質(zhì)文，王金諾，程文明，等.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2013.

[2]GB/T 3811-2011.起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[3]GB/T 14560-2011.履帶起重機(jī)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[4]GB/T 6068-2008.汽車(chē)起重機(jī)和輪胎起重機(jī)試驗(yàn)規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.