一種汽車式起重機(jī)防傾翻方法的研究

周衛(wèi)兵 楊禮鵬 黎波

摘要：通過對(duì)汽車起重機(jī)傾翻事故分析，提出通過實(shí)時(shí)計(jì)算汽車起重機(jī)上部重心并把重心坐標(biāo)與四支腿連接的矩形框進(jìn)行比較。如果在矩形框內(nèi)，起重機(jī)是安全的;超出矩形框，即存在傾翻危險(xiǎn)。簡(jiǎn)化目前常用的防傾翻措施，提高汽車起重機(jī)的安全性。

關(guān)鍵詞：汽車式起重機(jī);重心;矩形框;安全性

汽車式起重機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn)，在工程施工中得到廣泛應(yīng)用。由于在施工作業(yè)中，起重機(jī)操作人員不按照安全操作規(guī)程操作使用、違章超載作業(yè)、非駕駛?cè)藛T操作和非信號(hào)指揮人員指揮作業(yè)、作業(yè)中不重視支腿基礎(chǔ)設(shè)置等原因，造成汽車式起重機(jī)傾翻事故時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致人員受傷、財(cái)產(chǎn)損失，嚴(yán)重者機(jī)毀人亡，給企業(yè)、個(gè)人以及全社會(huì)造成重大影響。通過對(duì)起重機(jī)傾翻事故的研究，提出一種新的防傾翻方法，如實(shí)反映其所處的安全狀態(tài)，對(duì)提高設(shè)備作業(yè)安全性具有十分重要的意義。

一 ?汽車式起重機(jī)的安全性

汽車式起重機(jī)最為嚴(yán)重的事故是“翻車”事故，翻車分為行駛中發(fā)生和吊裝過程發(fā)生，其中吊裝過程中的翻車事故最為常見。本文主要研究吊裝過程中的翻車事故的預(yù)防方法。

影響汽車起重機(jī)安全性的主要因素：

1、非起重機(jī)駕駛員操作

在很多汽車起重機(jī)翻車的事故中，有不少是非駕駛?cè)藛T進(jìn)行操作，由于他們對(duì)起重機(jī)性能知道甚微，不懂機(jī)器操作，不懂得各類具體情況處理，有的甚至連吊車自身起重力矩表都看不懂，在盲目超載狀況下作業(yè)，導(dǎo)致傾翻事故發(fā)生其原因之一。

2、汽車式起重機(jī)支腿基礎(chǔ)不穩(wěn)

汽車式起重機(jī)屬于行走式起重機(jī)流動(dòng)性強(qiáng)，機(jī)動(dòng)靈活，其基礎(chǔ)設(shè)置沒有固定的地點(diǎn)或者行走軌道，基礎(chǔ)設(shè)置靈活、流動(dòng)，因?yàn)槠囀狡鹬貦C(jī)支腿基礎(chǔ)的不穩(wěn)定，時(shí)常導(dǎo)致傾翻事故發(fā)生。常見的錯(cuò)誤基礎(chǔ)有：墊木腐爛;不穩(wěn)固的基坑邊坡;未經(jīng)處理的地下管溝;支腿損壞等。

3、超載作業(yè)

在汽車式起重機(jī)實(shí)際使用過程中，超載現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，超載也是導(dǎo)致汽車式起重機(jī)翻車事故最為主要的原因。汽車式起重機(jī)傾翻就是一瞬間發(fā)生的，當(dāng)達(dá)到力矩的臨界點(diǎn)，再向危險(xiǎn)方向運(yùn)動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致傾翻。

4、非信號(hào)指揮人員指揮吊裝

汽車式起重機(jī)傾翻事故不但駕駛?cè)藛T是主要責(zé)任者，信號(hào)指揮人員更是關(guān)鍵，現(xiàn)在有很多的施工現(xiàn)場(chǎng)沒有經(jīng)過嚴(yán)格培訓(xùn)取得特種操作證的有經(jīng)驗(yàn)的正式信號(hào)指揮工，多數(shù)是只經(jīng)過簡(jiǎn)單培訓(xùn)，或者沒有培訓(xùn)就上崗指揮汽車式起重機(jī)進(jìn)行吊裝和吊運(yùn)作業(yè)，有的甚至連信號(hào)都比劃不準(zhǔn)確，更重要的是這些人員根本沒有對(duì)吊物的估重能力，所以很多時(shí)候都在違章指揮或者超載指揮，一旦設(shè)備的力矩限制器失效，后果不堪設(shè)想，這是導(dǎo)致傾翻事故發(fā)生原因之一。

5、報(bào)廢的汽車式起重機(jī)繼續(xù)使用

在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，目前仍有很多已經(jīng)報(bào)廢的起重機(jī)再繼續(xù)使用。個(gè)別人員將已經(jīng)報(bào)廢汽車式起重機(jī)整機(jī)買下來，對(duì)機(jī)器外觀重新噴漆，經(jīng)過簡(jiǎn)單的“梳洗打扮”一番，重新投入市場(chǎng)使用。對(duì)內(nèi)部構(gòu)件銹蝕，結(jié)構(gòu)損壞，安全裝置失效，未做任何處理。在使用過程中，缺乏有效的檢測(cè)、監(jiān)督環(huán)節(jié)，以低價(jià)承攬吊裝和物體吊運(yùn)工程，往往導(dǎo)致傾翻事故發(fā)生。

二 常用的防傾翻方法

目前常用的防傾翻方法是力矩限制保護(hù)器。通過實(shí)時(shí)計(jì)算吊臂及重物的力矩，使其力矩小于汽車式起重機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)可以達(dá)到的力矩，對(duì)汽車式起重機(jī)進(jìn)行保護(hù)。然而，力矩限制保護(hù)器價(jià)格較貴，一些小型的起重設(shè)備為了節(jié)省成本，幾乎沒有保護(hù)措施，完全靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)。

目前常用的力矩限制保護(hù)器需要單獨(dú)的控制單元、長(zhǎng)度傳感器、多個(gè)角度傳感器、多個(gè)壓力傳感器等關(guān)鍵元件組成。起重機(jī)臂在執(zhí)行吊載情況下會(huì)存在的較大變形，導(dǎo)致計(jì)算存在較大偏差。在吊裝作業(yè)重，力矩限制器無法計(jì)算風(fēng)載力的影響。另外對(duì)于折臂吊，塔吊等吊臂工作情況復(fù)雜的設(shè)備，計(jì)算更加復(fù)雜，誤差更大。同時(shí)由于操作人員強(qiáng)制超載運(yùn)行，導(dǎo)致傾翻事故常有發(fā)生。

三 新的汽車式起重機(jī)防傾翻方法

通過對(duì)目前常用的防傾翻方法的研究，本文提出了一種新的防傾翻方法：通過實(shí)時(shí)計(jì)算吊臂，配重，回轉(zhuǎn)中心及重物等總重量的重心坐標(biāo)，并與汽車起重機(jī)支腿連接起來的矩形區(qū)域進(jìn)行比較。如果重心坐標(biāo)投影在支腿所形成的矩形區(qū)域內(nèi)或邊界線上時(shí)，汽車式起重機(jī)是安全的;如果超出了矩形區(qū)域，汽車式起重機(jī)是危險(xiǎn)的，應(yīng)限制危險(xiǎn)方向動(dòng)作。（危險(xiǎn)方向：重物提升，吊臂伸出，吊臂下落）。

1、力學(xué)模型分析

汽車式起重機(jī)在實(shí)際工作過程中，除了起重機(jī)自身重量、起重載荷外，還受到風(fēng)力、坡度、慣性力、回轉(zhuǎn)力等情況。為了便于計(jì)算，風(fēng)力、慣性力和回轉(zhuǎn)力可以直接簡(jiǎn)化為計(jì)算出的吊載重量來考慮。設(shè)定吊臂、配重、回轉(zhuǎn)中心及重物的重心坐標(biāo)為X（x，y，z）。其受力圖如下：

2、重心坐標(biāo)計(jì)算

設(shè)定吊臂質(zhì)量m1，支撐油缸及液壓油質(zhì)量m2，配重質(zhì)量m4，回轉(zhuǎn)平臺(tái)質(zhì)量m3，吊重載荷m吊，他們的總質(zhì)量為M。起重機(jī)吊臂質(zhì)量及其在不同臂長(zhǎng)時(shí)的重心位置，在設(shè)計(jì)時(shí)候已經(jīng)確定，可以直接使用。配重和回轉(zhuǎn)中心質(zhì)量及他們各自的重心坐標(biāo)是確定的，支撐油缸及內(nèi)部液壓油可以計(jì)算求得其質(zhì)量和重心坐標(biāo)。吊載重物的重心及其重量可以通過吊臂長(zhǎng)度及液壓缸的壓力和吊臂角度求得。有各個(gè)部分的重量和坐標(biāo)，可以計(jì)算求得它們的重心坐標(biāo)。

已知：，重心坐標(biāo)為X（x，y，z），各部分的重心坐標(biāo)為（x1，y1，z1），（x2，y2，z2），（x3，y3，z3），（x4，y4，z4），（x吊，y吊，z吊）。因?yàn)橹恍枰容^重心坐標(biāo)與支腿連接的矩形區(qū)域的位置關(guān)系，可以不用考慮Z的位置。

根據(jù)重心坐標(biāo)的計(jì)算公式，可以計(jì)算出總的坐標(biāo)：

計(jì)算出總的重心坐標(biāo)后，與四個(gè)支腿所構(gòu)成的矩形區(qū)域進(jìn)行比較，判斷是否在安全區(qū)域，并根據(jù)判斷結(jié)果對(duì)起重機(jī)動(dòng)作進(jìn)行控制。

3、輔助措施

采用重心坐標(biāo)判斷起重機(jī)的穩(wěn)定狀態(tài)，方法比較簡(jiǎn)單有效。但是需要其他的檢測(cè)條件才可以使用。

首先，支腿及支腿基礎(chǔ)需要穩(wěn)固，且水平?？梢栽谥壬厦姘惭b壓力傳感器，判斷每個(gè)支腿的受力狀態(tài)，當(dāng)即將超過支腿的受力極限時(shí)，需要限制汽車式起重機(jī)的危險(xiǎn)方向動(dòng)作。

第二，汽車式起重機(jī)的回轉(zhuǎn)平臺(tái)需要水平。當(dāng)回轉(zhuǎn)平臺(tái)傾斜的時(shí)候，判斷會(huì)存在較大的誤差。需要利用水平傾角傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)平臺(tái)的狀態(tài)。當(dāng)超出工作范圍時(shí)，限制設(shè)備動(dòng)作。

第三，確保起重機(jī)駕駛員操作起重機(jī)，嚴(yán)禁無證人員誤操作。

四 結(jié)論

通過實(shí)時(shí)計(jì)算汽車式起重機(jī)吊臂、配重、回轉(zhuǎn)中心、重物的重心坐標(biāo)，并與支腿所形成的矩形區(qū)域進(jìn)行比較。當(dāng)在矩形區(qū)域內(nèi)或者邊界上時(shí)，機(jī)器是安全的，不存在傾翻的危險(xiǎn)。當(dāng)超出矩形區(qū)域時(shí)，機(jī)器存在傾翻的危險(xiǎn)，應(yīng)立即限制機(jī)器危險(xiǎn)方向動(dòng)作。該方法簡(jiǎn)單方便，簡(jiǎn)化復(fù)雜的力矩計(jì)算，對(duì)于提高汽車起重機(jī)的安全性有重要的作用。

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（作者單位：1 益陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院;2藍(lán)思智能機(jī)器人（長(zhǎng)沙）有限公司;3 三一集團(tuán)汽車起重機(jī)有限公司）