起重機檢驗中緩沖器選型問題的分析和探討

施育峰

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院張家港分院，江蘇張家港215600）

起重機檢驗中緩沖器選型問題的分析和探討

施育峰

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院張家港分院，江蘇張家港215600）

分析了起重機檢驗中遇到的起重機緩沖器選型問題，基于檢規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求推導(dǎo)了緩沖器容量和緩沖器行程的計算公式，以實際案例計算了緩沖器選型中所需的參數(shù)，為實際工作提供了理論依據(jù)。

起重機；緩沖器；緩沖器容量；緩沖行程

在起重機運行過程中，當(dāng)運行機構(gòu)運行到終端或者接觸相鄰起重機時，自動減速裝置會首先使起重機減速以免發(fā)生劇烈碰撞而造成設(shè)備損害和安全事故。而有時因起重機運行機構(gòu)速度過快或行程開關(guān)失效，起重機運行機構(gòu)仍然會以一定速度沖向止擋，此時緩沖器成為碰撞前的最后一道屏障。良好的緩沖器保護(hù)可以達(dá)到減緩沖擊，防止安全事故的目的。本文通過實例對常見緩沖器類型進(jìn)行分析，由推導(dǎo)計算判斷緩沖器選型的問題，為實際工作提供了指導(dǎo)和理論依據(jù)。

1 緩沖器的種類和原理

（1）實體式緩沖器。主要是橡膠和聚氨酯緩沖器。橡膠緩沖器以橡膠體作為其緩沖材料，因為其吸收能量較少，一般僅用于速度較低的場合。聚氨酯緩沖器結(jié)構(gòu)與橡膠緩沖器類似，該材料的微孔構(gòu)造使其工作過程類似于一個帶空氣阻尼的彈簧，其緩沖容量可以隨著碰撞速度提高而加大。實體式緩沖器結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，工作可靠而且不產(chǎn)生火花，在目前起重機上被廣泛采用。圖1為常用的法蘭盤型聚氨酯緩沖器。

圖1 法蘭盤型聚氨酯緩沖器

（2）彈簧緩沖器。以彈簧作為其緩沖材料，可以儲存較大的能量，且結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，因此也得到較多應(yīng)用。圖2為一種端部安裝式彈簧緩沖器。

圖2 端部安裝式彈簧緩沖器

（3）液壓緩沖器。依靠液壓阻尼對作用在其上的物體進(jìn)行緩沖減速至停止，緩沖器被壓縮的過程是通過活塞擠壓液壓油做功的過程，這一過程可以消耗大量的動能，起到緩沖作用。液壓緩沖器緩沖狀態(tài)平穩(wěn)可靠，緩沖效果良好。圖3為一種普通的起重機用液壓緩沖器。

圖3 起重機用液壓緩沖器

2 緩沖器檢驗中的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

目前針對緩沖器的標(biāo)準(zhǔn)條款主要有以下幾條：

（1）TSG Q7016-2016《起重機械安裝改造重大修理監(jiān)督檢驗規(guī)則》C11.7：檢查在軌道上運行的起重機的運行機構(gòu)、起重小車的運行機構(gòu)及起重機的變幅機構(gòu)等均是否裝設(shè)緩沖器或者緩沖裝置（緩沖器或者緩沖裝置可以安裝在起重機上或者軌道端部止擋裝置上）。

（2）GB 6067.1-2010《起重機械安全規(guī)程第1部分：總則》9.2.10：在軌道上運行的起重機的運行機構(gòu)、起重小車的運行機構(gòu)及起重機的變幅機構(gòu)等均應(yīng)裝設(shè)緩沖器或緩沖裝置。緩沖器或緩沖裝置可以安裝在起重機上或軌道端部止擋裝置上。

（3）GB 6067.5-2014《起重機械安全規(guī)程第5部分：橋式和門式起重機》4.3.6：有防爆要求的起重機緩沖器應(yīng)選用符合JB/T 10833規(guī)定的聚氨醋緩沖器或符合JB/T 8110.2規(guī)定的橡膠緩沖器。

（4）GB/T3811-2008《起重機設(shè)計規(guī)范》6.3.5緩沖器應(yīng)按碰撞動能及最大碰撞力，并考慮緩沖行程來選用，允許的最大減速度為4 m/s2.

（5）GB50278-2010《起重設(shè)備安裝工程施工及驗收規(guī)范》3.0.14：同一跨端軌道上的車擋與起重機的緩沖器均應(yīng)接觸良好。

通過這些檢規(guī)標(biāo)準(zhǔn)可以看出，目前現(xiàn)行的檢規(guī)對起重機緩沖器的安裝要求并不是很多，日常檢驗中也僅為外觀檢查和動作試驗，而對起重機緩沖器的選型是否正確則一般沒有涉及。在日常檢驗中，經(jīng)?？梢钥吹诫S意配搭緩沖器的情況，有些大型起重機配裝小塊緩沖器，這給起重機的日常運行造成了一定的安全隱患。

3 緩沖器的選用和計算[1-3]

一般緩沖器的選用參數(shù)主要考慮緩沖器的緩沖容量和緩沖行程。

本文以某單位132/32 t起重機為例計算緩沖器的選用，圖4為該起重機示意圖，起重機總重量為200 t，大車重155 t，運行速度70 m/min；鋼絲繩起吊重物，大車兩側(cè)各安裝2只緩沖器。

圖4 示例起重機示意圖

3.1 緩沖器的緩沖容量計算[1-3]

起重機在接觸緩沖器后的緩沖過程中，其動能主要由緩沖器吸收，因此其緩沖過程的公式可簡化為：

式中：m為起重機的質(zhì)量；V0為碰撞時起重機的初速度；n為起重機緩沖器的數(shù)量；E為單個緩沖器的緩沖容量。

根據(jù)《起重機設(shè)計規(guī)范》的要求，計算緩沖容量時，關(guān)于初速度的選取有如下要求：

（1）對于無自動減速裝置和限位開關(guān)者，碰撞時的速度大車取85%額定速度，小車取額定速度。

（2）對于有自動減速裝置和限位開關(guān)者，按減速后的實際碰撞速度計算，但不小于50%額定運行速度。

（3）在計算碰撞載荷時，對于裝有導(dǎo)架以限制吊重擺動的起重機，要將吊重考慮在內(nèi)，對于吊重能自由擺動的起重機，則不考慮吊重所具有的動能。

具體到圖4示例額起重機計算實例，計算結(jié)果如下：

碰撞初速度按照50%額定運行速度選取

V0=35 m/min=0.583 m/s

故

根據(jù)所計算出的能量，單支緩沖器的容量需大于17.01 kJ，然后參考緩沖器型號表來選取符合容量要求的緩沖器。

3.2 緩沖器的緩沖行程計算[1-3]

3.2.1 緩沖行程計算推導(dǎo)[1-3]

緩沖器壓縮的過程中，其緩沖過程的能量公式，根據(jù)其壓縮行程，可表述為以下公式：式中：A為緩沖器吸收的起重機動能；p為緩沖力；s為緩沖器的緩沖行程。

緩沖器所吸收的起重機動能A取決于緩沖力p隨緩沖行程s的變化。根據(jù)緩沖行程的變化，彈性緩沖器的緩沖力會發(fā)生變化，為方便計算，引入緩沖器特征系數(shù)k，可按平均緩沖力代入計算。

根據(jù)能量守恒定律，由式（2）得出能量方程式如下：

由牛頓第二定律得pmax＝mamax，代入式（3），最終得到以下公式：

式中：pmax為最大緩沖力；amax為最大允許減速度。3.2.2案例計算[1-2]

根據(jù)《起重機設(shè)計規(guī)范》的要求，為使緩沖載荷不至于過大，對緩沖器最大允許減速度做出了要求，最大允許減速度amax=4 m/s2.而緩沖器特征系數(shù)k的選取，可參照緩沖器廠家的緩沖力特征曲線來取值。一些技術(shù)文獻(xiàn)也對特征系數(shù)k有過描述。

本文選取文獻(xiàn)[2]中關(guān)于緩沖器特征系數(shù)k，參見表1.

表1 緩沖器特征系數(shù)

具體到案例計算中，如選用彈簧緩沖器：

如選用液壓緩沖器，取k=1.2

根據(jù)上述計算寄過，由表1可知，聚氨酯緩沖器和橡膠緩沖器所需的緩沖行程是最大的，因此在滿足同等緩沖條件下，聚氨酯緩沖器和橡膠緩沖器的尺寸也更大。無論從安全緩沖角度還是緩沖器尺寸角度考慮，緩沖行程的數(shù)值在起重機緩沖器的選型中均十分重要。

4 起重機緩沖器選型中其他問題的分析思考

除了需要滿足本文上述條件外，在起重機緩沖器選型中也應(yīng)考慮實際使用工況和緩沖器的造價。

比如在露天、高溫等惡劣使用環(huán)境下一般不適宜使用橡膠緩沖器和聚氨酯緩沖器。彈簧緩沖器一般不宜用于高速運行的起重機上，以免其在壓縮后會將能量反彈給起重機，使起重機朝相反方向運動。

總之，在起重機緩沖器選型中，除了要考慮緩沖容量、緩沖力、緩沖行程等因素以外，也要從多方面綜合考慮。目前根據(jù)TSG Q7014-2008《起重機械安全保護(hù)裝置型式試驗細(xì)則》，起重機緩沖器并未納入法定強制型式試驗范圍，這使得市面上的緩沖器質(zhì)量出現(xiàn)了良莠不齊的情況，很多產(chǎn)品也并不符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。在起重機緩沖器的檢驗中需要多加注意，嚴(yán)格核查，筑牢起重機運行的這道重要安全防線。

[1]全國起重機械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T3811-2008，《起重機設(shè)計規(guī)范》釋義與應(yīng)用[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2]徐洪澤，蘇冬.起重機緩沖器允許減速度的確定[J].起重運輸機械，2003（12）：24-26.

[3]成尖端.門式起重機碰撞緩沖器的選型與設(shè)計計算[J].鐵道貨運，2009（2）：43-45.

Analysis and Discussion on the Type Selection of the Buffer in the Inspection of the Crane

SHI Yu-feng
（Zhangjiagang Branch of Jiangsu Province Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute，Zhangjiagang Jiangsu 215600，China）

The article studies on choosing the buffer during inspecting crane，deducing the calculating formula of buffer capacity and buffer stroke based on inspection standard，and calculating the parameter for choosing buffer by actual cases.Thus，it provides the theoretical basis for the practice.

crane；buffer；buffer capacity；buffer stroke

TH21

A

1672-545X（2016）11-0036-03

2016-08-30

施育峰（1982-），男，江蘇張家港人，本科，工程師，主要從事特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗工作。