淺談起重機(jī)的安全狀態(tài)控制問(wèn)題

陳愛(ài)民,陳 杰

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院揚(yáng)州分院,江蘇 揚(yáng)州 225009）

1 引言

起重機(jī)的工作循環(huán)可概括為取料、移動(dòng)、卸載等交替運(yùn)動(dòng)。其特點(diǎn)是間歇性的循環(huán)工作，經(jīng)常處在起動(dòng)、停止和正反運(yùn)動(dòng)等狀態(tài)下。起重機(jī)由起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、金屬機(jī)構(gòu)、動(dòng)力裝置和必要的輔助裝置組合而成。起重機(jī)用途比較廣泛，如船廠中經(jīng)?？吹降凝堥T(mén)吊、港口裝卸用的橋吊、船舶上經(jīng)常見(jiàn)到的臂駕式起重機(jī)、公路上經(jīng)常見(jiàn)到的吊車(chē)等。其通用性較強(qiáng)，配備不同形式的裝置可吊運(yùn)散裝貨物或液態(tài)物料，如配備抓斗可進(jìn)行土石方抓取作業(yè)。

圖1 A型斷裂

2 起重機(jī)的整體構(gòu)造

起重機(jī)的類(lèi)型較多，究其本質(zhì)由起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、調(diào)幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)等組合成。

（1）起升機(jī)構(gòu)：起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)有通過(guò)動(dòng)力源（如絞車(chē)）與吊掛系統(tǒng)組成的（此類(lèi)較常見(jiàn)），也有通過(guò)液壓系統(tǒng)與吊運(yùn)裝置組成的。吊掛系統(tǒng)通常由滑輪組、鋼絲繩、吊具裝置等組成。

（2）運(yùn)行機(jī)構(gòu)：通常由電動(dòng)機(jī)、車(chē)輪、減速器和制動(dòng)器組成，做縱向運(yùn)動(dòng)移動(dòng)重物或調(diào)整工作位置。

（3）變幅機(jī)構(gòu)：僅在臂架式起重機(jī)上配備，用來(lái)改變作業(yè)幅度，使吊運(yùn)物品沿臂架徑向水平位移的機(jī)構(gòu)。臂架俯下時(shí)幅度變大，仰起時(shí)幅度變小。按性能可分為平衡變幅與非平衡變幅兩種形式。按性能要求可分為平衡變幅和非平衡變幅兩種。平衡變幅即在變幅過(guò)程中重物能沿水平狀態(tài)或接近水平的狀態(tài)移動(dòng)，臂架系統(tǒng)的重心不變或者沿水平移動(dòng)。此種變幅系統(tǒng)可以降低能耗。非平衡變幅與平衡變幅相對(duì)，即不沿水平狀態(tài)移動(dòng)，臂架系統(tǒng)的重心位置在發(fā)生變化。這種變幅系統(tǒng)在臂架幅度減小時(shí)，會(huì)消耗較大驅(qū)動(dòng)功率；臂架幅度變大時(shí)會(huì)引起較大的慣性載荷不利于安全作業(yè)。通常帶載條件下，起重機(jī)采用平衡變幅，避免較大的慣性載荷，降低發(fā)生危險(xiǎn)的可能性。

（4）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：通過(guò)回轉(zhuǎn)支撐裝置與驅(qū)動(dòng)裝置使臂架回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)支撐裝置由起重機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部位支持在非轉(zhuǎn)動(dòng)部位上，驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)起重機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分回轉(zhuǎn)。

（5）金屬結(jié)構(gòu)：即起重機(jī)的骨架。不同形式的起重機(jī)有不同類(lèi)型的金屬結(jié)構(gòu)形式。其主要承載件如臂架、橋架與門(mén)架等。在起重機(jī)的外形尺寸和總重量中，金屬結(jié)構(gòu)占很大部分。研發(fā)新性起重機(jī)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)即為在金屬結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞、不發(fā)生過(guò)度形變和振動(dòng)情況下，優(yōu)化金屬結(jié)構(gòu)減輕結(jié)構(gòu)重量提升使用壽命。

起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的重量通常占整機(jī)重量的 60～70%；對(duì)于具有大型金屬結(jié)構(gòu)的起重機(jī)，如各類(lèi)裝卸橋，金屬結(jié)構(gòu)比重可以上升到80～90%?？梢砸?jiàn)作為起重機(jī)的“骨架”在，在起重機(jī)系統(tǒng)里的作用是非常重要的。

3 起重機(jī)結(jié)構(gòu)裂紋形式與分類(lèi)

斷裂情況根據(jù)受力的方向不同，可籠統(tǒng)分為三種斷裂類(lèi)型的組合，分別稱作 A 型斷裂、B 型斷裂與 C 型斷裂。A 型斷裂屬于張開(kāi)型斷裂見(jiàn)圖 1，如板塊上有一條垂直于拉力方向的裂紋；長(zhǎng)圓筒在內(nèi)壓作用下的縱向裂紋。B 型斷裂屬于滑移型斷裂見(jiàn)圖 2，如在齒輪或花鍵根部受剪切產(chǎn)生的切向裂紋；在扭矩作用下受扭薄壁圓筒上筒壁的環(huán)向裂紋。C 型斷裂屬于滑移斷裂見(jiàn)圖 3，如圓軸上的環(huán)型切槽或表面環(huán)形裂紋。

A 型、B 型、C 型斷裂中，A 型斷裂最為普便，也是最危險(xiǎn)的。在多個(gè)港口的調(diào)查情況表明：港口機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)最主要的故障之一就是裂紋，有裂紋并不意味著金屬結(jié)構(gòu)的立即失效，也不意味著它已喪失了承載能力，只要對(duì)產(chǎn)生的裂紋進(jìn)行有效地預(yù)防和控制，防止裂紋的快速擴(kuò)展，就可以保證結(jié)構(gòu)的安全性，從而延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命。

圖2 B型斷裂

圖3 C型斷裂

4 機(jī)械結(jié)構(gòu)技術(shù)性能狀態(tài)的主要指標(biāo)

當(dāng)然這些理論計(jì)算和試驗(yàn)與實(shí)際情況還是有一定差距，畢竟實(shí)際情況要復(fù)雜得多。但可以對(duì)起重機(jī)的安全狀態(tài)監(jiān)控起到指導(dǎo)作用，從而可以對(duì)起重機(jī)的安全管理從技術(shù)層面和安全管理程序?qū)用嫫鸬揭欢ㄗ饔?。描述起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)技術(shù)性能的指標(biāo)很多，主要可歸納為兩大類(lèi)，即可見(jiàn)事實(shí)類(lèi)和理論計(jì)算/試驗(yàn)數(shù)值類(lèi)?？梢?jiàn)事實(shí)類(lèi)有：有無(wú)開(kāi)裂及其程度；有無(wú)變形及其程度如象鼻梁變形情況、大拉桿或小拉桿變形情況、臂架變形情況等；有無(wú)震顫及其程度；有無(wú)銹蝕及其程度；探傷情況；材料性能情況；結(jié)構(gòu)抗斷能力情況；有無(wú)修理及其修理后的使用狀況，如小修情況、是否中修過(guò)、中修后的使用情況、是否大修過(guò)、大修后的使用情況。理論計(jì)算/試驗(yàn)數(shù)值類(lèi)有：計(jì)算和試驗(yàn)得出的靜強(qiáng)度；計(jì)算和試驗(yàn)得出的動(dòng)應(yīng)力；計(jì)算和試驗(yàn)得出的靜剛度，如裝卸橋橋架下?lián)虾烷T(mén)座起重機(jī)象鼻梁的下?lián)系臏y(cè)試結(jié)果與計(jì)算結(jié)果；計(jì)算和試驗(yàn)得出的動(dòng)剛度，如門(mén)座起重機(jī)的固有頻率（平衡梁的固頻、大拉桿的固頻、門(mén)架的固頻）、裝卸橋整機(jī)的固有頻率（一階固頻、二階固頻、三階固頻）、裝卸橋前橋的固有頻率。上述各狀態(tài)與數(shù)值指標(biāo)是反映結(jié)構(gòu)技術(shù)性能狀態(tài)的參考數(shù)據(jù)，從而能夠綜合對(duì)結(jié)構(gòu)件情況進(jìn)行衡量。

5 總結(jié)

隨著信號(hào)分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)據(jù)處理技術(shù)、油液監(jiān)測(cè)技術(shù)、控制理論、噪聲理論、振動(dòng)理論等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展與成熟，使起重機(jī)機(jī)械安全狀態(tài)的監(jiān)測(cè)變得更加可靠、快捷。

這些技術(shù)的綜合運(yùn)用會(huì)使起重機(jī)械的管理及穩(wěn)定、可靠、安全、長(zhǎng)久、高效的運(yùn)行提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，也給企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。盡管在技術(shù)層面上對(duì)起重機(jī)械的安全監(jiān)控提供了有力的保障，但人的因素在起重機(jī)械的安全狀態(tài)上也起著不可忽視的作用。

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