門(mén)式起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性分析

陳卓林

（廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院江門(mén)檢測(cè)院，廣東 江門(mén) 529000）

門(mén)式起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性分析

陳卓林

（廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院江門(mén)檢測(cè)院，廣東 江門(mén) 529000）

門(mén)式起重機(jī)目前有著廣泛應(yīng)用，是一種比較常見(jiàn)的起重機(jī)械，其在應(yīng)用中使許多施工變得更加便利，但是同時(shí)也存在一定的危險(xiǎn)性。傾覆是門(mén)式起重機(jī)應(yīng)用過(guò)程中最危險(xiǎn)的一種情況，在具體應(yīng)用中，一旦發(fā)生傾覆，易造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，衡量門(mén)式起重機(jī)械安全性的一項(xiàng)重要參數(shù)指標(biāo)就是抗傾覆性。

門(mén)式起重機(jī)；抗傾覆穩(wěn)定性；安全生產(chǎn)

起重機(jī)是在現(xiàn)代工業(yè)、建筑行業(yè)、物流運(yùn)輸業(yè)都有著廣泛應(yīng)用的一種特種設(shè)備，其在應(yīng)用中的可靠性和安全性都決定了其在具體應(yīng)用中發(fā)生故障的幾率大小。由此可見(jiàn)，需要加強(qiáng)對(duì)起重機(jī)事故風(fēng)險(xiǎn)和安全性能的重點(diǎn)關(guān)注。起重機(jī)在應(yīng)用中一旦發(fā)生事故，有可能會(huì)造成人員傷亡，通過(guò)大量起重機(jī)事故的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，不少事故都是因?yàn)閮A覆造成的?；诖耍瑧?yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)傾覆事故的分析，從而降低事故發(fā)生幾率。

1 起重機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及門(mén)式起重機(jī)介紹

1.1 起重機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)第一臺(tái)起重機(jī)是在20世紀(jì)50年代從國(guó)外引進(jìn)的，自從引進(jìn)第一臺(tái)起重機(jī)之后，我國(guó)就不斷加強(qiáng)對(duì)其的研究，并不斷對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行推廣。前30年起重機(jī)的發(fā)展處于起步階段，發(fā)展相對(duì)來(lái)說(shuō)比較緩慢，隨后進(jìn)入了快速發(fā)展階段，從目前的發(fā)展情況來(lái)看，未來(lái)一段時(shí)間，起重機(jī)行業(yè)將會(huì)進(jìn)入到技術(shù)革命階段。20世紀(jì)80年代，我國(guó)成立起重機(jī)行業(yè)協(xié)會(huì)，針對(duì)起重機(jī)未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行了科學(xué)規(guī)劃，并且針對(duì)起重機(jī)的具體應(yīng)用情況編寫(xiě)了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，從而使起重機(jī)在具體發(fā)展過(guò)程中能夠有所依據(jù)，這也是我國(guó)起重機(jī)在發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，從此我國(guó)起重機(jī)進(jìn)入了快速發(fā)展階段。

目前，我國(guó)已經(jīng)具有上千家起重機(jī)制造廠家，每年都會(huì)生產(chǎn)各種不同類(lèi)型的起重機(jī)數(shù)十萬(wàn)臺(tái)，相關(guān)從業(yè)人員達(dá)到了幾十萬(wàn)，各種不同規(guī)模的起重機(jī)數(shù)百種。在未來(lái)的一段時(shí)間里，起重機(jī)的發(fā)展仍然處于穩(wěn)健發(fā)展時(shí)期。起重機(jī)也將會(huì)逐漸向智能化、大型化、可靠化方向發(fā)展，在安全性方法，要最大程度降低起重機(jī)在具體應(yīng)用過(guò)程中的安全事故，降低經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

1.2 門(mén)式起重機(jī)

門(mén)式起重機(jī)，也被稱(chēng)作龍門(mén)吊，主要用于室外料場(chǎng)貨、貨場(chǎng)、散伙等裝卸作業(yè)。其金屬結(jié)構(gòu)如同門(mén)型框架，在承載主梁下放安裝了兩條支腳，因此在應(yīng)用中，能夠在地面的軌道上移動(dòng)，主梁兩端有外伸懸臂梁。門(mén)式起重機(jī)在具體應(yīng)用過(guò)程中，具有作業(yè)范圍大、場(chǎng)地利用率高、適應(yīng)面廣、通用性強(qiáng)等諸多特點(diǎn)，因此其應(yīng)用十分廣泛。

2 起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定研究

我國(guó)針對(duì)起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定的研究較晚，早先對(duì)于起重機(jī)的研究主要借鑒國(guó)外的研究經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)選取安全系數(shù)，從而完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作。在進(jìn)入到20世紀(jì)80年代后，我國(guó)研究人員引入發(fā)達(dá)國(guó)家在起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性的計(jì)算方法，然后在依據(jù)我國(guó)起重機(jī)的具體發(fā)展情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，從而在我國(guó)進(jìn)行推廣應(yīng)用。過(guò)去一段時(shí)間，在起重機(jī)的研究上，為了確保安全性，安全系數(shù)的設(shè)定顯得相對(duì)比較保守，生產(chǎn)的起重機(jī)應(yīng)用起來(lái)比較笨重，這不僅會(huì)在應(yīng)用中的效率偏低，而且還會(huì)浪費(fèi)大量的鋼材與能源。近幾年，隨著我國(guó)針對(duì)起重機(jī)以及抗傾覆穩(wěn)定性研究的不斷深入，在研究上也取得了一定的進(jìn)步，在起重機(jī)的具體設(shè)計(jì)上，逐漸依據(jù)計(jì)算及校核情況進(jìn)行，從而生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)合理、安全性更高的起重機(jī)。

早在20世紀(jì)初期，歐洲一些國(guó)家就意識(shí)到了抗傾覆穩(wěn)定性對(duì)起重機(jī)運(yùn)行安全性的重要意義，因此加強(qiáng)了針對(duì)該方面的研究與分析，并且對(duì)應(yīng)進(jìn)行了推廣。在不斷的研究過(guò)程中，研究人員意識(shí)到，將計(jì)算機(jī)技術(shù)在起重機(jī)抗傾覆性計(jì)算中應(yīng)用，可以使計(jì)算變得更加簡(jiǎn)單與準(zhǔn)確，因此就將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用在其中。到了20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸成熟，有限元分析技術(shù)的不斷發(fā)展，起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算逐漸進(jìn)入到計(jì)算機(jī)輔助時(shí)代，計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)施、計(jì)算機(jī)輔助分析、計(jì)算機(jī)輔助制造都成為了起重機(jī)在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中不可或缺的工具。目前，我國(guó)的各大起重機(jī)制造商，都加強(qiáng)了該方面的研究，并且增加了針對(duì)性的投入，依據(jù)自身的實(shí)際情況，開(kāi)發(fā)出了與自身情況相符的計(jì)算機(jī)軟件，一方面降低了成本，另一方面也使計(jì)算過(guò)程變得更加簡(jiǎn)單。

起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性指的是起重機(jī)在自重和荷載的雙重作用下抗傾覆的能力，是對(duì)起重機(jī)安全性影響最為重要的一項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)也是確保起重機(jī)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性需要貫穿其設(shè)計(jì)與安全生產(chǎn)整個(gè)過(guò)程，其決定了起重機(jī)在應(yīng)用中的傾覆風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)起重機(jī)的安全性起到?jīng)Q定的控制作用。通過(guò)大量的經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，起重機(jī)的抗傾覆性穩(wěn)定性達(dá)不到要求，在具體應(yīng)用中有可能會(huì)出現(xiàn)傾覆事故，不僅會(huì)對(duì)設(shè)備造成破壞，而且有可能會(huì)引起人員傷亡，由此可見(jiàn)，確保起重機(jī)具有足夠的傾覆穩(wěn)定性，是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)起重機(jī)過(guò)程中的一項(xiàng)基本任務(wù)。影響起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性的因素有荷載作用性質(zhì)、施工現(xiàn)場(chǎng)的具體條件等。在對(duì)起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要依據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，確保最終設(shè)計(jì)的合理性。

3 門(mén)式起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算

以升起高度為50m的門(mén)式起重機(jī)為例進(jìn)行分析，針對(duì)如此高的升起高度，在具體應(yīng)用中，必須要針對(duì)門(mén)式起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，只有這樣才能確保作業(yè)任務(wù)的順利開(kāi)展，最大程度減少作業(yè)過(guò)程中各種安全事故的發(fā)生，降低經(jīng)濟(jì)損失，減少人員傷亡。由于門(mén)式起重機(jī)的橫向（大車(chē)運(yùn)行方向）在具體操作過(guò)程中，受到的風(fēng)荷載較大，這也就導(dǎo)致了具有較大的傾覆力矩，因此在分析過(guò)程中，通過(guò)力矩法對(duì)該門(mén)式起重機(jī)非工作狀態(tài)下風(fēng)力10級(jí)，以及空載風(fēng)暴侵襲錨固狀態(tài)風(fēng)力12級(jí)橫向工況的抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行校核，并且通過(guò)計(jì)算，獲取風(fēng)暴侵襲錨固狀態(tài)時(shí)，能夠達(dá)到錨固條件的要求，為日后具體設(shè)計(jì)提供參考。

3.1 計(jì)算參數(shù)

該門(mén)式起重機(jī)設(shè)的計(jì)算參數(shù)如下：（1）起重量Q=80t，起吊高度H=50m，跨度L=30m，前后兩根支腿跨距B=25.6m，橋架與小車(chē)銜接起點(diǎn)h1=52.3m，齒輪壓力22t，走臺(tái)重量大小為5t。（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，非工作狀態(tài)10級(jí)風(fēng)力情況下，風(fēng)壓P3=800N/m2，12級(jí)風(fēng)壓P4=1500N/m2。（4）C為風(fēng)力系數(shù)，C主梁=1.68，C支腿=1.18。（5） K為風(fēng)壓高度系數(shù)變化，K主梁=1.66，K支腿=1.47。（6）A主梁迎風(fēng)面積=114.99m2，A支腿總迎風(fēng)面積=96.5m2。（7）f垂直靜撓度L為跨度，依據(jù)f≥L/750的要求，允許撓度[f]=40mm。（8）門(mén)式起重機(jī)材料的屈服強(qiáng)度σ=235MPa，安全系數(shù)n=1.5，允許應(yīng)力[σ]=156.7MPa。

3.2 橫向工況1

橫向工況1指的是大車(chē)走行方向，非工作狀態(tài)風(fēng)力級(jí)狀況。在非工作狀態(tài)下，起重機(jī)沿著大車(chē)的運(yùn)行軌道造成了最大風(fēng)力為10級(jí)風(fēng)暴的侵襲，這對(duì)門(mén)式起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)考驗(yàn)，因此對(duì)該情況進(jìn)行分析是必要的?？箖A覆穩(wěn)定性校核計(jì)算如公式（1）所示。

在公式（1）中，PW機(jī)=CKbP3A機(jī)，將計(jì)算參數(shù)中各項(xiàng)參數(shù)帶入到公式（1）中，可以發(fā)現(xiàn)最終的計(jì)算結(jié)果大于0，因此起重機(jī)在非工作狀態(tài)風(fēng)力10級(jí)下，抗傾覆性滿(mǎn)足要求。

3.3 橫向工況2

橫向工況2指的是，在大車(chē)行走方向遭遇到暴風(fēng)侵襲，最大風(fēng)力為12級(jí)，其抗傾覆計(jì)算公式：

公式（2）中F表示為錨固力；PW機(jī)=CKhP3A機(jī)，將計(jì)算參數(shù)帶入到公式（2）中，最終的計(jì)算結(jié)果約為800kN，因此為了確保門(mén)式起重機(jī)的抗傾覆性能夠達(dá)標(biāo)準(zhǔn)要求，錨固力應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)為850kN。

4 結(jié)語(yǔ)

起重機(jī)在許多領(lǐng)域中都有著廣泛應(yīng)用，其中門(mén)式起重機(jī)因?yàn)槠渥陨砭哂械膬?yōu)勢(shì)而得到了廣泛應(yīng)用，在對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用過(guò)程中，為了確保其安全性，需要對(duì)其抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行針對(duì)分析。同時(shí)要依據(jù)其使用的具體環(huán)境，設(shè)定相應(yīng)的錨固力，從而確保設(shè)計(jì)的合理性，避免安全事故的發(fā)生。

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