起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性分析

張運(yùn)生，武杰，馮海軍

（甘肅省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，甘肅 蘭州 730000）

起重機(jī)作為現(xiàn)代化工業(yè)以及建筑業(yè)等行業(yè)內(nèi)不可或缺的一種設(shè)備，廣泛地存在于物料吊運(yùn)工作中，不只是可以增強(qiáng)勞動(dòng)成效，緩解勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以控制作業(yè)期間事故的產(chǎn)生。而部分起重機(jī)在使用期間存在傾覆危險(xiǎn)，故抗傾覆能力是基礎(chǔ)性能，要想更好地使起重機(jī)工作期間具備安全性，控制安全事故的發(fā)生，那么，起重機(jī)必須具有較強(qiáng)的抗傾覆穩(wěn)定性，還應(yīng)當(dāng)作為起重機(jī)設(shè)計(jì)的必要條件。針對(duì)起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性，以下為筆者給予的相關(guān)分析與建議。

1 起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性基本概述

1.1 基礎(chǔ)含義

抗傾覆穩(wěn)定性主要是處于在起重機(jī)自重與外載荷力的影響下具備抗傾覆能力，制約抗傾覆穩(wěn)定性的因素涉及載荷作用大小與方向、作業(yè)環(huán)境、自然風(fēng)載荷力與坡度大小等，起重機(jī)運(yùn)行期間內(nèi)，抗傾覆穩(wěn)定性是使其安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一?？箖A覆穩(wěn)定性集中表現(xiàn)在生產(chǎn)與安裝等諸多環(huán)節(jié)中，若起重機(jī)在安裝、運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法保障抗傾覆穩(wěn)定性，可能引起嚴(yán)重的設(shè)備與安全事故，因此，要做好起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性工作。

1.2 存在傾覆可能的典型起重機(jī)作業(yè)類(lèi)型。

（1）塔式起重機(jī)。塔式起重機(jī)都具有變幅結(jié)構(gòu)，在塔式起重機(jī)具體運(yùn)作期間，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)會(huì)在風(fēng)載荷、水平載荷與傾斜力矩作用下存在變形趨勢(shì)；起重臂的主要受力構(gòu)件由斜腹桿和主弦桿組成，其中，主弦桿承受起重機(jī)的壓力載荷與拉力載荷，斜腹桿傳遞扭矩與剪力。塔式起重機(jī)出現(xiàn)傾覆現(xiàn)象比較常見(jiàn)，是防控的重點(diǎn)方向，避免其傾覆引發(fā)事故損失。

（2）流動(dòng)式起重機(jī)。流動(dòng)式起重機(jī)傾覆事故往往是“翻車(chē)”，其整體抗傾覆穩(wěn)定性不足是產(chǎn)生事故的主要原因之一，流動(dòng)式起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性要依靠自重進(jìn)行維持，因此，具有很大的局限性。此外，地面硬度不夠，導(dǎo)致支腿受力不均或操縱失誤等因素，導(dǎo)致流動(dòng)式起重機(jī)失去抗傾覆穩(wěn)定性，從而產(chǎn)生事故。

（3）門(mén)座式起重機(jī)。該類(lèi)型起重機(jī)由于存有變幅機(jī)構(gòu)，在其變幅過(guò)程中，因自重與起吊載荷的影響產(chǎn)生傾覆力矩，從而可能發(fā)生傾覆事故。雖然門(mén)座式起重機(jī)相對(duì)于流動(dòng)式起重機(jī)與塔式起重機(jī)傾覆概率較小，但如果發(fā)生傾覆事故會(huì)造成嚴(yán)重后果，故使其具有很好的抗傾覆穩(wěn)定性是重中之重。

（4）起重機(jī)傾覆產(chǎn)生的原因。大多數(shù)起重機(jī)使用壽命都比較長(zhǎng)，其作為一些建筑項(xiàng)目的組成分支，對(duì)于性能彰顯和工作任務(wù)完成上具備優(yōu)勢(shì)。在研究起重機(jī)傾覆因素的問(wèn)題上，起重機(jī)傾覆會(huì)凸顯在諸多層面，然而，因?yàn)榈孛娌粔蚶喂?，或者起重機(jī)實(shí)際使用期間隱藏超載因素，以致于起重機(jī)傾覆。傳統(tǒng)起重機(jī)設(shè)計(jì)往往選擇靜力分析模式，也就是起重機(jī)受力分析期間，把瞬時(shí)作用的動(dòng)載荷視作持續(xù)作用靜力。

結(jié)合我國(guó)現(xiàn)有的規(guī)定，對(duì)于多種動(dòng)載指數(shù)，圍繞靜力視角對(duì)涉及的內(nèi)容進(jìn)行處理。但是，在此種方式執(zhí)行中，無(wú)法保障結(jié)果的精準(zhǔn)性，自身研究計(jì)算過(guò)程也就是簡(jiǎn)便的狀態(tài)，在起重機(jī)實(shí)際工作情況上，對(duì)起重機(jī)抗傾覆因素的分析產(chǎn)生了較大影響。傳統(tǒng)理念下的缺陷問(wèn)題，小噸位起重機(jī)不是十分顯著，對(duì)于大噸位的起重機(jī)，傳統(tǒng)理念存有的缺陷比較凸顯。另外，起重機(jī)后翻穩(wěn)定性的系數(shù)計(jì)算上，將此內(nèi)容視作基礎(chǔ)，重量在150t 以及以上起重機(jī)運(yùn)行軌跡的判斷指數(shù)要大于等于8；國(guó)外的相關(guān)規(guī)定，此種形式起重機(jī)運(yùn)行軌跡控制在6 米范圍內(nèi)。若沒(méi)有準(zhǔn)確地評(píng)估起重臂實(shí)際臂長(zhǎng)，或者載荷重量明確期間產(chǎn)生差錯(cuò)，會(huì)造成起重機(jī)載荷重量大于其自身承受的限度，因此，出現(xiàn)傾覆結(jié)果。

2 起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）起重機(jī)模型傾覆。若物體所受的力處于不平衡狀態(tài)，無(wú)法適應(yīng)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件，在超過(guò)重力垂直線(xiàn)交叉支持點(diǎn)的情況下，起重機(jī)會(huì)出現(xiàn)傾覆。以靜態(tài)翻轉(zhuǎn)視作前提條件，分析長(zhǎng)方體模型，在長(zhǎng)方體起始水平的影響下，在平衡點(diǎn)到左側(cè)以及重心超過(guò)支持點(diǎn)，此時(shí)，長(zhǎng)方體會(huì)出現(xiàn)傾覆情況。三種形式狀態(tài)下水平力均是靜態(tài)摩擦力，且第二種形式與第三種形式對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度便是重力支持作用線(xiàn)距離。若物體底邊呈現(xiàn)翹起狀態(tài)，產(chǎn)生失穩(wěn)情況，然而，不一定出現(xiàn)傾覆結(jié)果，但是，在物體重心超過(guò)支持點(diǎn)，傾覆現(xiàn)象便會(huì)出現(xiàn)。物體重心作用線(xiàn)由于主臂生成回轉(zhuǎn)或者伸縮和支持點(diǎn)比較臨近，會(huì)增加傾覆出現(xiàn)的概率。所以，物體底邊翹起期間，難以避免傾覆產(chǎn)生。

（2）力矩不等式。力矩不等式分析起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性作用的范圍相對(duì)廣泛，包括根據(jù)GB/T3811-2008 設(shè)計(jì)的各種類(lèi)型的起重機(jī)等，此種方式檢驗(yàn)穩(wěn)定性的要點(diǎn)如下：首先，是穩(wěn)定性類(lèi)別組合，結(jié)合外觀形狀和工作環(huán)境以及穩(wěn)定性進(jìn)行明確；其次，是明確計(jì)算范圍，涉及工作情況與非工作情況和風(fēng)載荷；再次是選取載荷組合，由于多種類(lèi)型載荷變動(dòng)產(chǎn)生隨機(jī)性，給起重機(jī)自身的穩(wěn)定性帶來(lái)影響，計(jì)算過(guò)程中，要思考不同載荷對(duì)應(yīng)的增大系數(shù)；最后，是計(jì)算穩(wěn)定性與危險(xiǎn)傾覆邊明確，前者是在一切的力矩代數(shù)和處于等于零或者大于零的狀態(tài)時(shí)，那么，起重機(jī)穩(wěn)定性一定，往往不會(huì)產(chǎn)生傾覆事故；后者是待載水平形式的起重機(jī)，把傾覆邊設(shè)置為橫向與縱向，運(yùn)行單位僅僅充當(dāng)非吊重移位的起重機(jī)類(lèi)型，這樣傾覆邊支撐多邊形。因此，在力矩不等式法的運(yùn)用上要思考載荷取量，提高起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。

（3）穩(wěn)定性安全系數(shù)法。此種方式比較適合流動(dòng)式起重機(jī)自身穩(wěn)定性能的計(jì)算，把穩(wěn)定性安全數(shù)值法定義視作衡量起重機(jī)穩(wěn)定性的指標(biāo)，基礎(chǔ)原理包含幾點(diǎn)：首先，是穩(wěn)定性安全系數(shù)法主要是起重機(jī)處于外部載荷環(huán)境中，危險(xiǎn)傾覆邊緣穩(wěn)定力矩和傾覆力矩之間的比例；其次，是起重機(jī)穩(wěn)定工作狀態(tài)，往往包含工作穩(wěn)定性與非穩(wěn)定性，這樣通過(guò)穩(wěn)定性指數(shù)可以反映起重機(jī)不出現(xiàn)傾覆現(xiàn)象的概率；最后，是多種作用載荷要結(jié)合對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)屬性，在計(jì)算穩(wěn)定性力矩與傾覆力矩期間按照起重機(jī)運(yùn)行最不利載荷組合進(jìn)行計(jì)算。

穩(wěn)定系數(shù)是指起重機(jī)受到外力給傾覆邊帶來(lái)穩(wěn)定力矩以及傾覆力矩之間的數(shù)值，穩(wěn)定指數(shù)可以被計(jì)算在起重機(jī)抗傾覆性能水平過(guò)程中的參考條件，不可以小低于規(guī)定數(shù)值。穩(wěn)定系數(shù)包含三種類(lèi)型規(guī)定數(shù)值，即運(yùn)行過(guò)程中思考附加載荷穩(wěn)定系數(shù)是1.15，工作情況不思考附加穩(wěn)定系數(shù)是1.4，自重穩(wěn)定系數(shù)大小是1.15。需要注意的是，起重機(jī)額定工作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置，首先，要全方位結(jié)合起重機(jī)額定重量表以及起升高度進(jìn)行曲線(xiàn)作業(yè)，起吊物品不可以大于設(shè)置的工作幅度與額定重量，不可以進(jìn)行超載作業(yè)；其次，是不要通過(guò)起重機(jī)起吊重量不清晰的埋置物體，冬季不要吊拔已經(jīng)被凍住的物體；再次，是不可以斜拉與斜吊，不然，會(huì)引起起重機(jī)傾覆事故，不要擅自提高平衡重重量；最后，是控制上車(chē)起動(dòng)與制動(dòng)情況，尤其關(guān)注起吊過(guò)程重量大與尺寸大的情況。

（4）定額定超重量法。按照試驗(yàn)與計(jì)算分析出起重機(jī)臨界傾覆載荷，確保起重機(jī)具備穩(wěn)定性。然而，試驗(yàn)過(guò)程中，要維持起重機(jī)運(yùn)行路面為水平狀態(tài)，同時(shí)，工作在不同臂長(zhǎng)與幅度上，適當(dāng)增加吊鉤重物，在另一端支撐壓力數(shù)值是零時(shí)，停止吊鉤重物的增加。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，開(kāi)展起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性研究課題具有重要的意義與現(xiàn)實(shí)價(jià)值，傳統(tǒng)起重機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中引進(jìn)靜力研究，在研究起重機(jī)所受力期間，把瞬時(shí)動(dòng)載荷視作持續(xù)作用靜力，可以通過(guò)起重機(jī)模型傾覆、力矩不等式、穩(wěn)定性安全系數(shù)法、定額定超重量法等方式強(qiáng)化起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性能，最大化地保障起重機(jī)運(yùn)作安全。