淺析輪式起重機(jī)的作業(yè)穩(wěn)定性計(jì)算

王豐

（徐州重型機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221000）

當(dāng)輪式起重機(jī)在開(kāi)展作業(yè)的過(guò)程中，往往會(huì)因?yàn)槠鸬踺^重的物體，致使起重機(jī)所受到的壓力或載荷過(guò)大，致使它失去穩(wěn)定性，從而引發(fā)翻倒的情況發(fā)生。這主要是因?yàn)槠鹬貦C(jī)的穩(wěn)定性完全依賴(lài)自身重量進(jìn)行維持，因此使得具有一定的局限性，由此便可以了解到穩(wěn)定性在起重機(jī)中占據(jù)著重要的作用。

1 穩(wěn)定臨界狀態(tài)

如圖1中的內(nèi)容所示，可以了解到穩(wěn)定臨界狀態(tài)是建立穩(wěn)定性計(jì)算公式的重要依據(jù)，也是我們判斷起重機(jī)穩(wěn)定性是否良好的標(biāo)準(zhǔn)。例如，當(dāng)起重機(jī)在開(kāi)展作用時(shí)，如果發(fā)生傾翻，那么，它的B‘、B支腿便會(huì)離開(kāi)地面，另外的A‘、A便會(huì)圍繞進(jìn)行翻轉(zhuǎn)直到傾翻倒地為止。

由此，通過(guò)圖1中的內(nèi)容，我們從理論的角度分析，該起重機(jī)在運(yùn)作時(shí)必然出現(xiàn)了一個(gè)處于穩(wěn)定和失衡的狀態(tài)中。通俗地說(shuō)來(lái)，便是在這一個(gè)過(guò)程中起重機(jī)的重量被A‘、A所撐住，而B(niǎo)‘、B離開(kāi)地面，雖然起重機(jī)既不出現(xiàn)傾翻，也不恢復(fù)穩(wěn)定，這便是起重機(jī)的中間狀態(tài)。另外，若是傾翻邊緣A‘、A是一個(gè)平衡點(diǎn)，如果我們?cè)谒磳l(fā)生傾翻或穩(wěn)定時(shí)施加一個(gè)重量，將會(huì)使得這個(gè)平衡遭受到破壞，馬上讓起重機(jī)出現(xiàn)傾翻或反復(fù)狀態(tài)，那么，該情況統(tǒng)稱(chēng)為穩(wěn)定臨界狀態(tài)。造成這一種情況的發(fā)生，主要是因?yàn)槠鹬貦C(jī)屬于剛體，特別是對(duì)于一些車(chē)架剛性較強(qiáng)的設(shè)備，這一種理論是實(shí)際存在的。但是在操作中，往往會(huì)因?yàn)樵O(shè)備的剛性不足從而出現(xiàn)較大的彈性變形，便導(dǎo)致這一種情況不一定發(fā)生，往往會(huì)出現(xiàn)下面兩種情況：第一，在進(jìn)行起吊后，起重機(jī)的B‘、B兩個(gè)支腿并不是同時(shí)離地的，而是當(dāng)其中一條支腿在離開(kāi)地面后，雖然吊力變大不斷離地，直到另一支腿要離地或根本不離。第二，在進(jìn)行起吊后，起重機(jī)B‘、B都出現(xiàn)離地的情況，在這個(gè)過(guò)程中，若是將起吊幅度加大或減小，可能依舊會(huì)保持住一種平衡狀態(tài)。因此面對(duì)這兩種情況，我們很難找尋出穩(wěn)定臨界狀態(tài)。那么，我們只能稱(chēng)這兩種狀態(tài)為穩(wěn)定狀態(tài)：第一，起重機(jī)全部支腿均已經(jīng)落地。第二，起重機(jī)至少有著三只腿均已落地，但是，這種狀態(tài)只能存在于某種特殊的場(chǎng)合，若是當(dāng)支腿與地面存在部分松動(dòng)，起重機(jī)則會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的傾斜狀態(tài)。

圖1 穩(wěn)定狀態(tài)與穩(wěn)定臨界狀態(tài)

2 靜態(tài)穩(wěn)定性計(jì)算

在這個(gè)過(guò)程中，我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)起重機(jī)在起吊臨界起重量的過(guò)程中，因?yàn)槠鹬貦C(jī)正處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，即在傾翻線(xiàn)（A‘、A）中，它外側(cè)的靜力距便會(huì)出現(xiàn)平衡情況。

K主要是表示著起重機(jī)的安全參數(shù)，它是起重機(jī)位于傾翻線(xiàn)內(nèi)側(cè)的穩(wěn)定力矩MS與外側(cè)的力矩MT之比。如果當(dāng)它的K等于1的時(shí)候，便可以表示起重機(jī)正處于臨界狀態(tài)。顯然，在實(shí)際操作過(guò)程中，K必然會(huì)大于1，但是，在實(shí)際使用的過(guò)程中，對(duì)于K的限制數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)規(guī)定多大，就需要從實(shí)際的情況出發(fā)。

3 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性

一般說(shuō)來(lái)，在進(jìn)行靜態(tài)穩(wěn)定性的計(jì)算后，我們便無(wú)須在開(kāi)展動(dòng)態(tài)的計(jì)算，主要原因有以下幾個(gè)方面：第一，我們?cè)谶M(jìn)行靜態(tài)穩(wěn)定性安全系數(shù)數(shù)值時(shí)，便需要充分地考慮動(dòng)態(tài)方面的影響效果。第二，使用的動(dòng)態(tài)計(jì)算方式十分的復(fù)雜。第三，對(duì)得出的動(dòng)態(tài)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，會(huì)面對(duì)驗(yàn)證困難的情況發(fā)生。第四，在整個(gè)公式中，需要考慮所有的附加因素參與計(jì)算過(guò)程。

4 起重機(jī)總中心軌跡校驗(yàn)穩(wěn)定性

綜上所述，在以上的起重機(jī)靜、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性計(jì)算過(guò)程中，都是在基于一個(gè)假設(shè)，而失穩(wěn)狀況便是發(fā)生于吊臂在起重機(jī)的正側(cè)方時(shí)，因此在面對(duì)這一種情況時(shí)，我們開(kāi)展的任何計(jì)算都是以起重機(jī)吊臂正側(cè)方進(jìn)行的，但是這個(gè)過(guò)程會(huì)忽略在吊臂頭部的水平側(cè)向力工作。

另外，裝卸用的輪胎式起重機(jī)在進(jìn)行回轉(zhuǎn)以及制動(dòng)的過(guò)程中，因?yàn)樗剞D(zhuǎn)的速度較高，便會(huì)在一定程度上使物品所受切向慣性力變大，導(dǎo)致作用在吊臂頭部的水平側(cè)向力不可忽視。

因此面對(duì)這種情況，我們需要對(duì)起重機(jī)在進(jìn)行回轉(zhuǎn)工作時(shí)的穩(wěn)定性進(jìn)行重新計(jì)算。而且最危險(xiǎn)的失穩(wěn)工況，并非都是當(dāng)起重機(jī)的吊臂位在正側(cè)方的工況，而是當(dāng)起重機(jī)在隨著水平側(cè)向力大小、支承尺寸而出現(xiàn)改變的。因此，接下來(lái)，我們主要是分析起重機(jī)在水平側(cè)向力作用下，其起重機(jī)穩(wěn)定性的簡(jiǎn)易計(jì)算方式，有效地利用起重機(jī)上的水平、垂直荷載的合力軌跡來(lái)對(duì)吊臂在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的穩(wěn)定性。那么在這一過(guò)程中，我們需要先假設(shè)吊臂方位的計(jì)算，當(dāng)起重機(jī)進(jìn)行吊重回轉(zhuǎn)時(shí)，若是它的合力軌跡位于支承內(nèi)，則表示起重機(jī)在各個(gè)方向的數(shù)據(jù)都較為穩(wěn)定。而當(dāng)起重機(jī)在確定的幅度下進(jìn)行吊重回轉(zhuǎn)時(shí)，那么它的所有荷載合力軌跡都呈現(xiàn)出一個(gè)圓。由此，通過(guò)這一系列的數(shù)據(jù)分析，我們便可以充分地了解到起重機(jī)的合理軌跡是否處于支承輪廓，若是處于則起重機(jī)便不會(huì)出現(xiàn)傾翻情況發(fā)生。

5 起重機(jī)的穩(wěn)定起重特點(diǎn)

關(guān)于起重機(jī)的穩(wěn)定起重量，它會(huì)在一定程度上隨著工作幅度改變從而出現(xiàn)變化，因此其關(guān)系式可以寫(xiě)作為：

式中，Q為吊具重量；a為傾翻線(xiàn)的水平距離；r為回轉(zhuǎn)中心的水平距離；G1為重機(jī)除吊臂、配重外的轉(zhuǎn)動(dòng)部分的總重量合力。L1為據(jù)回轉(zhuǎn)中心的水平距離；G3為配重重量；L3為距回轉(zhuǎn)中心的水平距離；R為幅度；G2為起重機(jī)的總垂直再和；K為沖擊系數(shù)；并且在上個(gè)式子中的值，會(huì)隨著臂長(zhǎng)以及幅度R而出現(xiàn)改變。

因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先，應(yīng)當(dāng)對(duì)起重機(jī)內(nèi)部各個(gè)機(jī)械的重量以及位置進(jìn)行計(jì)算，在確定支腿、力矩等各項(xiàng)參數(shù)后，采用設(shè)計(jì)要求的起重量和臂長(zhǎng)、幅度等進(jìn)行計(jì)算，這樣才能夠得到相應(yīng)的配重重量。接著，我們還應(yīng)當(dāng)從起重機(jī)的穩(wěn)定性角度出發(fā)，從穩(wěn)定性公式中求出不同的幅度、不同的臂長(zhǎng)起重量，下面介紹三種方式：第一，提高起重機(jī)的配重，通俗地說(shuō)，便是增大起重機(jī)的與吊重載荷相反方向的重量，但是在操作過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意如果配重較大，則可能會(huì)導(dǎo)致起重機(jī)的吊臂向后出現(xiàn)傾翻。因此，面對(duì)這種情況，我們應(yīng)當(dāng)對(duì)起重機(jī)的后翻穩(wěn)定性重新計(jì)算。另外，起重機(jī)在不工作時(shí)，它并沒(méi)有載荷，因此，它的自重合力在吊臂上起時(shí)便不會(huì)落在傾翻線(xiàn)外面，并且為了能夠保障具有一定的安全度，我們還應(yīng)當(dāng)規(guī)定吊臂在處于正側(cè)方以及正后方的時(shí)候，吊臂一側(cè)的支腿參數(shù)之和不得小于15%的自重合力。第二，將起重機(jī)的支腿跨距加大，以此達(dá)到增加外移傾翻線(xiàn)的目標(biāo)，但是在提高的過(guò)程中，我們應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步保障起重機(jī)的各方向作業(yè)性能的平衡。第三，有效地減少吊臂的自重，在這個(gè)過(guò)程中，我們可以通過(guò)選擇一些高強(qiáng)度的鋼材，同時(shí)對(duì)吊臂截面進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到在相同重量下起重臂性能的提升，這樣能夠有效地加強(qiáng)它的起重重量。

6 結(jié)論以及說(shuō)明的問(wèn)題

第一，我們?cè)趯?shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，需要在面對(duì)不同的情況時(shí)使用不同的計(jì)算方式。并且對(duì)于安裝型起重機(jī)而言，不論是對(duì)于大型、中型還是小型的起重機(jī)來(lái)講，都可以使用靜態(tài)穩(wěn)定系數(shù)。但是對(duì)于裝卸型起重機(jī)而言，我們則需要按照它的總中心軌跡來(lái)檢驗(yàn)出它在側(cè)向力作用下的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)。第二，在本文中，我們主要是對(duì)起重機(jī)支腿吊重情況以及數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，但是，當(dāng)我們不對(duì)支腿吊重進(jìn)行計(jì)算時(shí)，而對(duì)起重機(jī)輪胎計(jì)算時(shí)，它的計(jì)算方式與支腿的計(jì)算方式存在不同的方法，因此，我們?cè)趯?duì)這一個(gè)參數(shù)開(kāi)展計(jì)算的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)取穩(wěn)定系數(shù)K值取大一些。第三，其中作業(yè)幅度增量的計(jì)算，這一種增量的由來(lái)，主要是因?yàn)槠鹬貦C(jī)內(nèi)部的彈性變形以及各個(gè)零部件之間所存在的間隙，但是這個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)于總體的計(jì)算結(jié)果影響不大，因此，我們可以不用考慮。

7 結(jié)語(yǔ)

大致說(shuō)來(lái)，關(guān)于輪式起重機(jī)的穩(wěn)定性計(jì)算方式，有著多種計(jì)算方式，我們需要按照實(shí)際的情況進(jìn)行選擇，這樣才能夠更加無(wú)誤地得到精確數(shù)據(jù)。