起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性分析

婁凱明

（廣東正和特種設(shè)備檢測有限公司，廣東 廣州 510000）

起重機(jī)的吊裝作業(yè)作為現(xiàn)代工程項(xiàng)目中的重要內(nèi)容，在不斷地發(fā)揮著重要的作用，起重機(jī)在進(jìn)行吊運(yùn)過程中，各種的控制操作都可能會對起重機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)帶來突發(fā)性變化，這樣就極易對起重機(jī)的穩(wěn)定性帶來強(qiáng)大的影響。這樣就有必要對各種起重機(jī)械的抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行分析。目前履帶式起重機(jī)的抗傾覆的研究主要是針對靜態(tài)方面的穩(wěn)定性的校核，對動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性方面研究的相對一般。對于塔式起重機(jī)的傾覆因?yàn)槠涫鹿暑l發(fā)則相當(dāng)重視，露天的門式起重機(jī)主要是考慮到非工作狀態(tài)下風(fēng)的影響。下面就對三種起重機(jī)械進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行有效的分析。

1 履帶式起重機(jī)起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性分析

1.1 履帶式起重機(jī)傾覆原因

履帶式起重機(jī)發(fā)生傾覆一般情況下有兩個(gè)原因，地面塌陷或超載。目前傳統(tǒng)的分析方法中主要依靠靜態(tài)分析方法，設(shè)計(jì)規(guī)范也將靜態(tài)設(shè)計(jì)角度當(dāng)做動(dòng)載系數(shù)，缺點(diǎn)是很難確切的表達(dá)出實(shí)際工況。小噸位不明顯，但是大噸位的履帶式起重機(jī)就顯得尤為突出。在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定有關(guān)后翻穩(wěn)定性的的設(shè)計(jì)中，一百五十噸的履帶式起重機(jī)的軌跡應(yīng)不小于八米 ，國外同噸位產(chǎn)品中的軌跡在六米以下。工作過程中，一旦臂長不準(zhǔn)確，或者載荷無法準(zhǔn)確測量，都可能會產(chǎn)生傾覆的情況，導(dǎo)致傾覆事故發(fā)生。為了解決上述問題就要首先考慮受力分析。

1.2 履帶式起重機(jī)受力分析

1.2.1 靜態(tài)穩(wěn)定性

當(dāng)起重機(jī)起升重物，其狀態(tài)為靜止或者勻速起升時(shí)，就可以通過計(jì)算其力矩的大小來確定是否會發(fā)生傾覆的危險(xiǎn)。當(dāng)穩(wěn)定力矩比傾覆力矩大時(shí)，則起重機(jī)處于穩(wěn)定狀態(tài)，相反，則說明有傾覆的危險(xiǎn)。這樣就需要對穩(wěn)定力矩和傾覆力矩進(jìn)行計(jì)算，穩(wěn)定力矩通過起重機(jī)自重載荷決定，傾覆力矩則則需要通過公式進(jìn)行計(jì)算，M＝KG MG +KPMP+Ki MI+KF MF≥0

式中，MG——起重機(jī)自重；

MP——起重機(jī)起升載荷；

KG——起重機(jī)自重載荷系數(shù)；

KP——起重機(jī)起升載荷系數(shù)。

無風(fēng)靜載計(jì)算公式

M＝KG MG +K p M p＝φ1G(b+c)- φ2 Q(R-b)

式中，Q 取 1.25PQ+0.1F；

PQ——不同幅度條件下起重機(jī)的最大起升載荷；

F——根據(jù)力矩相等原理,F=1/2Gb，Gb表示主臂質(zhì)量；

b——1/2傾覆邊長度；

c——整機(jī)重心與回轉(zhuǎn)中心的距離；

G——整機(jī)的質(zhì)量；

R——幅度。

此時(shí)，穩(wěn)定力矩為φ1G(b+c)；傾覆力矩為φ2(1.25PQ+0.05Gb)(R-b)。

2 塔式起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性分析

塔機(jī)近些年事故頻發(fā)，其主要的事故類型有折臂、傾覆、吊物脫鉤、斷繩、斷折、變形、脫軌和操作失控等。塔機(jī)整體傾覆事故所占的比例最大為40%左右；塔身斷折變形約占28%，如表1塔式起重機(jī)常見事故情況。通過對事故樣本進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)出事故問題，總結(jié)如下兩點(diǎn)：①由于違反操作規(guī)程所引起的安全事故能夠占到80%以上，違反規(guī)程主要包括超載運(yùn)行、使用人員無證上崗，塔吊的基礎(chǔ)未按要求建設(shè)，以及技術(shù)方法的問題等；②未定期進(jìn)行維修保養(yǎng)占比例為14%，這種情況主要是由于金屬疲勞造所造成鋼材母材及主要受力焊縫產(chǎn)生的裂紋，連接高強(qiáng)螺栓發(fā)生疲勞、松動(dòng)以及銷軸脫落的現(xiàn)象，或者是鋼絲繩斷裂及安全裝置損壞等。

表1 塔式起重機(jī)常見事故情況

3 門式起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性分析

起重機(jī)械中發(fā)生傾覆事件多發(fā)生于塔吊和履帶式起重機(jī)，但是由于門式起重機(jī)的門型框架，當(dāng)其在地面的軌道上移動(dòng)的時(shí)候，由于外界因素的影響也容易發(fā)生傾覆的情況，因此在具體的使用過程中要對抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，才能確保門式起重機(jī)械的安全使用。門式起重機(jī)在的橫向運(yùn)行過程時(shí)，所受的風(fēng)荷載最大，產(chǎn)生很大的傾覆力矩，因此需要對風(fēng)速10級以上的非工作狀態(tài)，對力矩法抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行分析，看錨的固定情況是否達(dá)標(biāo)，下面就對傾覆條件進(jìn)行分析。

（1）某門式起重機(jī)的參數(shù)如下所示：①起重量80t，起吊高度50m，跨度30m，橋架與小車銜接起點(diǎn)h1=52.3m；②起升沖擊系數(shù)φ1=1.1，動(dòng)載系數(shù)φ2=1.25；③工作狀態(tài)風(fēng)壓P2=250N/m2，10級風(fēng)壓P3=800N/m2；④為風(fēng)力系數(shù)C主梁=1.68，C支腿=1.18；⑤f垂直靜撓度L為跨度，依據(jù)f≥L/750的要求，允許撓度[f]=40mm。屈服強(qiáng)度σ=235MPa，安全系數(shù) n=1.5，允許應(yīng)力 [σ]=156.7MPa。

（2）在非工作狀態(tài)下，起重機(jī)沿著大車的運(yùn)行軌道造成了最大風(fēng)力為10級風(fēng)暴對門式起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行考驗(yàn)，因此對該情況進(jìn)行分析是必要的?？箖A覆穩(wěn)定性校核計(jì)算如下式所示。

∑ M=KG[0.5（G橋 =G ?。?KfPW 機(jī)h1]≥ 0 （1）

在公式（1）中，PW機(jī)=CKbP3A機(jī)，進(jìn)行計(jì)算對比看是否大于零，起重機(jī)在非工作狀態(tài)風(fēng)力10級下，能否滿足抗傾覆性的要求。

4 結(jié)語

通過加強(qiáng)對本文中所提到的三種形式的起重機(jī)械進(jìn)行行之有效的管理，就能夠有效地預(yù)防傾覆事件，防患于未然。只要我們能嚴(yán)格遵照檢驗(yàn)規(guī)范的各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施，加強(qiáng)對履帶式、塔機(jī)和門式起重機(jī)械的的安全監(jiān)督工作，以及在使用過程中及時(shí)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，就能夠有效避免相關(guān)的安全事故發(fā)生。本文分別針對這三種形式進(jìn)行了逐一分析，對履帶式起重機(jī)的傾覆原因以及受力進(jìn)行了研究，用公式對靜態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，再對塔吊的事故情況進(jìn)行了有效分類，對樣本進(jìn)行了分析，最后對門式起重機(jī)的在10級風(fēng)速的非工作條件下，進(jìn)行了抗傾覆計(jì)算。