分析起重機(jī)械在各類載荷條件下的抗傾覆穩(wěn)定性

翟昊星

（菏澤市產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，菏澤 274000）

2017年底，我國(guó)已有3500余家起重機(jī)械生產(chǎn)設(shè)計(jì)廠家，1800余家企業(yè)具備起重機(jī)械安裝、拆卸許可證，其中，起重機(jī)械種類多達(dá)百余種，年產(chǎn)量幾十萬臺(tái)，年產(chǎn)值兩千多億?！笆濉逼陂g，起重機(jī)械行業(yè)仍將處于穩(wěn)健發(fā)展期，起重機(jī)械發(fā)展趨勢(shì)為智能化、超大型化、安全性高、性能可靠等，勢(shì)必在最大程度上降低因起重機(jī)械自身原因而引起的事故發(fā)生率。

以1999～2015年的60起比較典型的起重機(jī)械事故為案例，發(fā)現(xiàn)起重機(jī)械發(fā)生傾覆性事故占較大比例。例如，2009年8月，上海市一臺(tái)10t門式起重機(jī)發(fā)生傾覆，造成4死3傷；2016年東莞一臺(tái)門式起重機(jī)發(fā)生傾覆，造成18人死亡、33人受傷的重大悲劇，直接經(jīng)濟(jì)損失1861萬元。慘痛的事故實(shí)例說明，起重機(jī)的抗傾覆性問題，作為最基本的安全性能要求及其重要性日益凸顯。為了更大程度地確保起重機(jī)作業(yè)時(shí)的安全性，防止事故的發(fā)生，必須要求起重機(jī)有足夠的抗傾覆穩(wěn)定性，這也是起重機(jī)設(shè)計(jì)的基本要求。

1 載荷的分類

起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性指，起重機(jī)在自重和外載荷作用下具備抗翻倒的能力。其中外載荷分類有：常規(guī)載荷、偶然載荷和特殊載荷。

1.1 常規(guī)載荷

常規(guī)載荷是指，始終或經(jīng)常作用和發(fā)生在起重機(jī)械上的載荷。包括由自身重量而產(chǎn)生的自重載荷、由吊運(yùn)物品和吊具重量而產(chǎn)生的起升載荷、由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)啟停、制動(dòng)器啟停而引起的慣性載荷、由起重機(jī)械自身結(jié)構(gòu)變形或移位所引起的載荷，以及這些載荷的動(dòng)作過程中的動(dòng)載荷（包括部分起升貨物突然卸載時(shí)的動(dòng)載荷、起重機(jī)械在不平道路或軌道接縫上運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)沖擊載荷、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)加速引起的動(dòng)載荷等）。

1.2 偶然載荷

偶然載荷是指，在起重機(jī)械正常工作條件下，不經(jīng)常發(fā)生并作用的偶然載荷。主要有工作時(shí)的最大風(fēng)載荷、偏斜運(yùn)行時(shí)的水平側(cè)向載荷以及根據(jù)起重機(jī)實(shí)際使用狀況而決定考慮的坡道載荷、溫度載荷等。

1.3 特殊載荷

特殊載荷是指，在非工作狀態(tài)或非正常工作時(shí)，可能發(fā)生并作用的最大載荷。主要有非工作時(shí)的最大風(fēng)載荷、非正常工作時(shí)的碰撞載荷、傾翻水平載荷、機(jī)構(gòu)或部件失效引起的載荷以及安裝、拆卸和運(yùn)輸環(huán)節(jié)不當(dāng)引起的載荷。

2 起重機(jī)械抗傾覆穩(wěn)定性分析的要求

2.1 驗(yàn)算原則

起重機(jī)械抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算是，通過計(jì)算并確認(rèn)起重機(jī)械在各種工況下最不利的載荷組合，選取相對(duì)于危險(xiǎn)傾覆邊的穩(wěn)定力矩必須大于傾覆力矩。對(duì)于每一工況條件下的，起重機(jī)全部載荷所產(chǎn)生的力矩與能起傾覆作用的力矩之和應(yīng)滿足：∑M＞0，才能保證起重機(jī)是處于穩(wěn)定的。在計(jì)算與確認(rèn)起重機(jī)載荷時(shí)，需考慮起重機(jī)自身與部件位置以及使用情況對(duì)載荷的影響，應(yīng)選取最不利方向和作用效果的載荷組合。對(duì)于無軌運(yùn)行的起重機(jī)，當(dāng)起重機(jī)需要在斜面上工作時(shí)，必須考慮起重機(jī)支撐面斜度對(duì)穩(wěn)定性的影響。

2.2 危險(xiǎn)傾覆邊選取

起重機(jī)的傾覆邊是指，發(fā)生傾覆時(shí)起重機(jī)繞邊翻轉(zhuǎn)的軸線。一般而言，起重機(jī)自身結(jié)構(gòu)、俯仰或回轉(zhuǎn)位置、載荷驗(yàn)算工況等，與選取起重機(jī)的危險(xiǎn)傾覆邊有關(guān)?？箖A覆穩(wěn)定性校核應(yīng)按照載荷力矩總和為危險(xiǎn)傾覆情況進(jìn)行計(jì)算。

3 各類起重機(jī)械抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

3.1 門座式和軌道式塔式起重機(jī)

一般選取軌距或軸距中數(shù)值較小者為危險(xiǎn)傾覆方向。危險(xiǎn)傾覆線多選取為一側(cè)軌道，或是車輪中心線。臂架在水平平面內(nèi)的位置應(yīng)垂直于傾覆線。

3.2 在軌道上帶載運(yùn)行的塔式起重機(jī)

在軌道上帶載運(yùn)行的塔式起重機(jī)，在工況Ⅱ中還應(yīng)當(dāng)考慮，軌道允許的最大垂直高低差和坡度所引起的載荷。考慮風(fēng)載荷的作用時(shí)，無論何種工作狀態(tài)，風(fēng)載荷均按最不利方向施加作用。制造商應(yīng)提供所有工況下，塔式起重機(jī)對(duì)地面或基礎(chǔ)作用的載荷。

3.3 除流動(dòng)式、塔式和浮式起重機(jī)以外的起重機(jī)

對(duì)除流動(dòng)式、塔式和浮式起重機(jī)以外的起重機(jī)進(jìn)行計(jì)算，并確認(rèn)起重機(jī)械在各種工況下最不利的載荷組合時(shí)，其自重載荷作為穩(wěn)定力矩計(jì)算，而傾覆力矩應(yīng)參照起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB3811-2008標(biāo)準(zhǔn)中的表54給出的計(jì)算載荷來進(jìn)行驗(yàn)算。對(duì)其處于卸載狀態(tài)，所有可移動(dòng)工作部件都縮回到最靠近向后傾覆線的位置時(shí)，可按照力矩法和重力法來校核其抗傾覆穩(wěn)定性。

3.4 岸邊集裝箱起重機(jī)

對(duì)于岸邊集裝箱起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性分析時(shí)，校準(zhǔn)沿大車軌道方向的橫向穩(wěn)定性，不取決于有無懸臂，而是選取左右車輪中心連線為傾覆邊。當(dāng)采用平衡梁為車架時(shí)，可選取平衡梁銷軸中心連線為傾覆邊。校準(zhǔn)大車軌道方向的縱向穩(wěn)定性，傾覆邊的選取與懸臂有無、風(fēng)向、俯仰狀態(tài)有關(guān)，一般選取大車一側(cè)軌道中心線。

4 結(jié)束語

起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性能始終貫穿于起重機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)安裝及使用的全過程，決定著起重機(jī)的傾覆風(fēng)險(xiǎn)，關(guān)乎著起重機(jī)的安全使用性能。當(dāng)起重機(jī)械抗傾覆穩(wěn)定性不足時(shí)，極易造成重大的人身和設(shè)備安全的傾覆事故，所以，保證起重機(jī)具有足夠的抗傾覆穩(wěn)定性，以及在使用過程中正確驗(yàn)算并確定各類工況的載荷，確保選取相對(duì)于危險(xiǎn)傾覆邊的穩(wěn)定力矩始終大于傾覆力矩，是設(shè)計(jì)制造和生產(chǎn)使用工作過程中最基本的要求之一。