起重機傾覆穩(wěn)定性分析

陳鈺鋒，吳鋒，鄭炯輝（寧波市特種設(shè)備檢驗研究院，浙江 寧波 315400）

起重機傾覆穩(wěn)定性分析

陳鈺鋒，吳鋒，鄭炯輝
（寧波市特種設(shè)備檢驗研究院，浙江 寧波 315400）

起重機是工程建設(shè)、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的主要工具，其傾覆穩(wěn)定性決定著起重機的使用情況。而傾覆穩(wěn)定性分析可為常規(guī)使用提供重要保障。為規(guī)避傾覆事故，提升作業(yè)安全性，防范不良風(fēng)險，一定要有效保障作業(yè)安全，這不僅是設(shè)計制造的主要要求，而且是維護作業(yè)安全的有效手段。筆者將圍繞起重機，重點剖析傾覆穩(wěn)定性問題，希望可提升傾覆穩(wěn)定性。

起重機；傾覆；穩(wěn)定性；分析

一直以來，應(yīng)用起重機時總會出現(xiàn)各種傾覆事故，而傾覆問題代表著起重機的主要性能，為提升作業(yè)安全性，規(guī)避事故的出現(xiàn)，一定要深入研究傾覆穩(wěn)定性。因此，本文有關(guān)傾覆穩(wěn)定性相應(yīng)問題的分析具有重要意義。

1 起重機抗傾覆穩(wěn)定性概述

在起重機中，其抗傾覆穩(wěn)定性主要指代經(jīng)由自重以及外荷載的雙重作用，對應(yīng)的抗翻倒性能，這是評判其安全性能的基本指標，并影響著安全運行情況?？箖A覆穩(wěn)定性可全程貫穿整個生產(chǎn)，影響著傾覆風(fēng)險，決定著安全性能。若抗傾覆穩(wěn)定性存在不足，則非常容易出現(xiàn)傾覆事故，引發(fā)人身傷亡等事故，因此，在設(shè)計以及制造環(huán)節(jié)應(yīng)切實保障抗傾覆穩(wěn)定性。

2 起重機的發(fā)展與抗傾覆穩(wěn)定性探索現(xiàn)狀

（1）發(fā)展現(xiàn)狀。我國在20世紀中期引入首臺起重機，從那以后，起重機便開始了漫長的自主生產(chǎn)之路。分析發(fā)展過程可知，主要經(jīng)歷了起步和快速發(fā)展這兩個階段，在未來將步入技術(shù)革命時期。我國據(jù)此組建了與起重機械有關(guān)的行業(yè)協(xié)會，編制了可行的發(fā)展規(guī)范，公布了行業(yè)標準，使得起重機械探索有據(jù)可依，進而將起重機械研究帶入新的時期。

（2）探索現(xiàn)狀。我國應(yīng)用起重機的時間不是太長，其中在抗傾覆穩(wěn)定性方面的探索起步較晚，早期階段主要借鑒蘇聯(lián)的經(jīng)驗，依據(jù)經(jīng)驗公式設(shè)定安全系數(shù)，開展相關(guān)設(shè)計活動。在以往活動中，因考慮到安全性，所以在安全系數(shù)選取中表現(xiàn)出一定的保守性，使得最終生產(chǎn)研發(fā)的起重機看起來十分笨重，增加了鋼材使用，加大了能源消耗。近些年，隨著研究理論的完善，我國也著手依照計算和校核來開展設(shè)計活動，研制出了結(jié)構(gòu)優(yōu)良、安全系數(shù)高的起重機。

從20世紀中期開始，歐美國家便著手探索起重機，以抗傾覆穩(wěn)定性為主，并得到廣泛推廣，隨后，把計算機看作一種工具引入到穩(wěn)定性計算內(nèi)容。隨著信息技術(shù)以及有限元技術(shù)的高度發(fā)展，CAD、CAM、CAE共同應(yīng)用到了起重機設(shè)計活動中?，F(xiàn)階段，國外著名的起重機生產(chǎn)商研制出了專屬自己、合理的計算軟件，這使得穩(wěn)定性計算變得更加簡潔。

3 傾覆穩(wěn)定性分析的現(xiàn)實意義

抗傾覆穩(wěn)定性影響著起重機的使用情況，是評判安全性的基本指標。借助剛性穩(wěn)定性以及實際承載計算能夠維持抗穩(wěn)定性，尤其是室外起重機，應(yīng)明確抗風(fēng)載荷性。經(jīng)由計算探究其穩(wěn)定性較為可行。同時，國標中也面向抗傾覆穩(wěn)定性提出具體要求：無論是工作過程，還是非工作狀態(tài)下可能出現(xiàn)傾覆危險的起重機，均應(yīng)經(jīng)由計算校核自身整體抗傾覆穩(wěn)定性要達到的標準。

分布其余裝置中的起重機，因外在因素制約可能出現(xiàn)傾覆，產(chǎn)生傾覆現(xiàn)象的原因包含大風(fēng)與超載等。在起重機中，若抗傾覆穩(wěn)定性低下，即起重機的重力以及總承擔(dān)外力相較于支承平面自身的傾覆邊產(chǎn)生傾覆力矩超過穩(wěn)定力矩情形，則起重機便圍繞傾覆線出現(xiàn)傾翻現(xiàn)象，引發(fā)安全事故，帶來嚴重后果。由此可知，分析、研究抗傾覆穩(wěn)定性十分必要，具有巨大意義，其中在履帶式以及流動式起重機中更為突顯。

4 傾覆穩(wěn)定性的具體分析

起重機械的種類較多，例如，塔式與橋式起重機。在眾多起重機中，塔式起重機自身安全風(fēng)險較高，這是因為其結(jié)構(gòu)特殊、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，容易引發(fā)傾覆事故。

塔式起重機屬于上回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其塔身包含若干標準節(jié)。在實際工作過程，風(fēng)力矩以及傾斜力矩等會對標準節(jié)產(chǎn)生干擾。主弦桿與水平框架等共同組成了吊臂，而主弦桿一般負載壓力及拉力，而水平腹桿負責(zé)傳送扭矩與剪力。在塔式起重機中非常容易出現(xiàn)傾覆事故，另外，特種設(shè)備也常常出現(xiàn)事故，且每當(dāng)出現(xiàn)事故，將帶來嚴重傷亡，我們應(yīng)重視上述問題。

截止到目前，圍繞抗傾覆穩(wěn)定性展開的研究較多，有關(guān)穩(wěn)定性計算尚不成熟，規(guī)范內(nèi)容不健全，亟待進一步研究?？箖A覆穩(wěn)定性研究分析主要假設(shè)起重機在平穩(wěn)、結(jié)實的地面上工作。若起重機一定要在坡面工作，則應(yīng)在具體核算過程應(yīng)思量地面坡度的具體影響。通過長期總結(jié)得出，對于抗傾覆穩(wěn)定，其判斷依據(jù)為：若穩(wěn)定力矩總和超出傾覆力矩綜合，則可得出抗傾覆性能較為穩(wěn)定的結(jié)論。

現(xiàn)階段，通常應(yīng)用穩(wěn)定系數(shù)、力矩不等式及依據(jù)臨界傾覆載荷規(guī)范額定超重這三種分析計算法。

（1）穩(wěn)定系數(shù)法。穩(wěn)定系數(shù)法主要應(yīng)用在移動式起重機中，以此來計算其穩(wěn)定性。通常借助穩(wěn)定性安全系數(shù)來評判起重機自身的穩(wěn)定性。目前，部分歐洲國家仍然通過這一方法計算穩(wěn)定性，其基本原則為：①穩(wěn)定系數(shù)法主要指代起重機擔(dān)負的外載荷相較于危險傾覆邊形成的穩(wěn)定力矩以及傾覆力矩之間的比值；②穩(wěn)定性的情形主要指代非工作狀態(tài)的穩(wěn)定性和工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性。而起重機自身抗傾覆能力一般經(jīng)由穩(wěn)定系數(shù)指標展現(xiàn)，同時，也代表不出現(xiàn)傾覆的可能性；③每一種作用載荷需依據(jù)規(guī)范設(shè)立屬性。無論是穩(wěn)定性力矩，還是傾覆力矩均應(yīng)參照工作最不利情形展開計算；其四，穩(wěn)定性計算。K是穩(wěn)定系數(shù)，這是評判抗傾覆能力的基本指標，不允許低于規(guī)范要求，一般參照對應(yīng)公式準確計算穩(wěn)定系數(shù)。另外，應(yīng)注意穩(wěn)定系數(shù)法具有不足，驗算不同工作情形時的概念不具體，無法準確描述突然卸載情形，也不能清晰呈現(xiàn)吊具脫落情形。（2）力矩不等式法。力矩不等式法除收錄到國標外，還在歐美得到大面積應(yīng)用。依托力矩不等式法分析研究抗傾覆穩(wěn)定性時應(yīng)參照下述原則：其一，針對穩(wěn)定性計算展開分組。一般參照結(jié)構(gòu)外形、運轉(zhuǎn)環(huán)境和穩(wěn)定性來分組；其二，落實計算工況。通常指代工作和非工作情形、動態(tài)和靜態(tài)等；其三，確定最不利載荷組別。由于負載變化作用并不固定，且會降低起重機自身的穩(wěn)定性，在實際計算過程，應(yīng)面向各種荷載設(shè)立適宜載荷增大系數(shù)；其四，穩(wěn)定性計算。若力矩總和不小于零時，那么可明確起重機穩(wěn)定性較為充足，一般不會出現(xiàn)傾覆事故；其五，危險傾覆邊的落實。附帶荷載，且水平運行起重機對應(yīng)傾覆邊包含橫向與縱向這兩種。運行機構(gòu)僅僅充當(dāng)非吊重移位過程的起重機，對應(yīng)傾覆邊主要是自身支撐多邊形。（3）依據(jù)臨界傾覆載荷規(guī)范額定超重量法。歐美國家主要應(yīng)用此法來研究抗傾覆穩(wěn)定性，具體是借助試驗或計算明確起重機的實際臨界傾覆載荷。再此之上，提升穩(wěn)定性和安全性。然而，在試驗過程需把起重機設(shè)置在堅實、穩(wěn)固、平整的路面，同時，變換工作臂長及幅度，慢慢增加吊鉤承載的重物，待另一端支撐壓力達到零值即可。

5 結(jié)語

起重機是一種吊運作業(yè)工具，常常用來搬運機械，憑借工作效能突出、便于使用和適用性好等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用。分析其組成結(jié)構(gòu)與作業(yè)模式不難發(fā)現(xiàn)，起重機發(fā)生傾覆事故的幾率較高。我們應(yīng)全面探索抗傾覆穩(wěn)定性，并嚴格驗算，進而規(guī)避安全事故的出現(xiàn)。

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