起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性分析

湯尉

（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 225200）

起重機(jī)是特種設(shè)備的范疇，其穩(wěn)定性和可靠性直接決定著起重機(jī)能否安全運(yùn)行。同時(shí)，起重機(jī)的體積相對(duì)較大，具有一定的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性，一旦發(fā)生安全事故，后果嚴(yán)重。對(duì)于起重機(jī)來(lái)說(shuō)，事故產(chǎn)生的種類有很多，傾覆是起重機(jī)運(yùn)行常見(jiàn)的一個(gè)事故，其危險(xiǎn)及損失也相對(duì)較大，并且起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性是衡量設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。因此，要想保證起重機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，避免傾覆現(xiàn)象的發(fā)生，需要對(duì)起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行重點(diǎn)分析，根據(jù)不同類型的起重機(jī)，以及不同的工況，分析和設(shè)置起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性參數(shù)，以此實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)，最大程度上保障起重機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

1 起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性分析

起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性主要是指設(shè)備自身自重和外荷載的作用下，起到抵抗翻倒的作用，若是起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性失衡，很容易引發(fā)起重機(jī)運(yùn)行安全事故的發(fā)生，造成經(jīng)濟(jì)效益和人員等方面的損失。由此看來(lái)，分析和研究抗傾覆穩(wěn)定性是保證起重機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。同時(shí)，抗傾覆穩(wěn)定性參數(shù)始終貫穿于起重設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，若是參數(shù)不足或者出現(xiàn)較大的偏差，都會(huì)引起起重機(jī)傾覆現(xiàn)象的發(fā)生。另外，在起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性分析的時(shí)候，需要明確引發(fā)起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性失衡的主要因素，例如：運(yùn)行荷載、附加載荷、風(fēng)載荷、特殊載荷等。同時(shí)，在作業(yè)或者非作業(yè)的時(shí)候，傾覆現(xiàn)象都很有可能發(fā)生，需要通過(guò)計(jì)算的方式，對(duì)起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，進(jìn)而滿足起重機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的需求。

2 引發(fā)起重機(jī)傾覆現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

其實(shí)，在起重機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，引發(fā)傾覆運(yùn)行故障產(chǎn)生的原因有很多，例如：違規(guī)安裝拆卸、保養(yǎng)不當(dāng)、違規(guī)操作等現(xiàn)象。下面就對(duì)引發(fā)起重機(jī)傾覆現(xiàn)象產(chǎn)生的因素，進(jìn)行分析和闡述。

2.1 人員違規(guī)操作

在已發(fā)生的起重機(jī)傾覆事故中，可以發(fā)現(xiàn)很多事故都是由人員操作不當(dāng)引起的，如起重機(jī)起吊荷載超出設(shè)計(jì)范圍，進(jìn)而導(dǎo)致起重機(jī)傾覆，造成人員受傷或經(jīng)濟(jì)損失，工程的進(jìn)度也會(huì)受到影響。

2.2 安裝拆卸過(guò)程違規(guī)

很多施工單位為了降低成本，在起重機(jī)安裝和拆卸過(guò)程中違規(guī)作業(yè)，多次使用高強(qiáng)度螺栓連接，起重機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生較多交變荷載，當(dāng)其持續(xù)作用在連接螺栓處，容易造成螺栓的應(yīng)力集中部位缺陷，這樣起重機(jī)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行就會(huì)出現(xiàn)材料疲勞的狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致螺栓的斷裂，造成起重機(jī)傾覆。

2.3 保養(yǎng)不當(dāng)

起重機(jī)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行出現(xiàn)疲勞的狀態(tài)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件很容易產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象。那么，在起重機(jī)保養(yǎng)的時(shí)候，若是保養(yǎng)方式出現(xiàn)偏差，或者保養(yǎng)力度不當(dāng)，都會(huì)很容易引發(fā)起重機(jī)傾覆的發(fā)生。

2.4 作業(yè)環(huán)境

起重機(jī)常見(jiàn)處于露天的工作狀態(tài)，因此起重機(jī)經(jīng)常受到外界環(huán)境的影響，例如：大風(fēng)、地震、低溫等方面。若是起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性分析的時(shí)候，對(duì)該方面沒(méi)有進(jìn)行充分的考慮，穩(wěn)定性出現(xiàn)失衡的狀態(tài)，這樣也會(huì)增加起重機(jī)傾覆發(fā)生的概率。

3 起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算分析

穩(wěn)定性參數(shù)的平衡性是保證起重機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。因此，在起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性分析的時(shí)候，一定要對(duì)其穩(wěn)定性參數(shù)值進(jìn)行有效的計(jì)算，根據(jù)其參數(shù)值分析起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性是否處于均衡的狀態(tài)，以及傾覆運(yùn)行事故發(fā)生的概率。

3.1 案例分析

本文就以門式起重機(jī)為例，起升高度為50m，針對(duì)該高度的門式起重機(jī)，在具體使用的過(guò)程中，一定要對(duì)起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性參數(shù)值進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，保證起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性參數(shù)的均衡性，這樣才能保證起重機(jī)處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，降低安全事故的發(fā)生，提高經(jīng)濟(jì)效益。門式起重機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)受到風(fēng)荷載的影響，這也就導(dǎo)致了具有較大的傾覆力矩。因此，在相關(guān)單位分析的過(guò)程中，通過(guò)力矩法對(duì)該門式起重機(jī)非工作狀態(tài)下風(fēng)力10級(jí)，以及空載暴風(fēng)侵襲錨固狀態(tài)風(fēng)力12級(jí)橫向工況下的抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行校核，并且利用相應(yīng)的計(jì)算公式分析，從而滿足起重機(jī)安全使用的需求。

3.2 明確參數(shù)值計(jì)算

為了保證門式起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性參數(shù)值的準(zhǔn)確性，需要根據(jù)相關(guān)內(nèi)容，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算內(nèi)容如下。

（1）若是起重機(jī)的重量Q為80t，起吊高度H為50m，跨度為L(zhǎng)為30，根據(jù)相應(yīng)計(jì)算前后兩根支腿跨距B為25.6m，并且橋架與小車銜接起點(diǎn)h1=52.3m，齒輪壓力為22t，走臺(tái)重量為5t。（2）起重機(jī)起升沖擊系數(shù)的φ1為1.1，動(dòng)載系數(shù)φ2為1.25。（3）起重機(jī)的工作狀態(tài)的風(fēng)壓系數(shù)為P2為250N/m2，非工作風(fēng)壓系數(shù)為P3為800N/m2。（4）起重機(jī)運(yùn)行的風(fēng)力系數(shù)：C主梁=1.68，C支腿=1.18。（5）起重機(jī)風(fēng)壓高度系數(shù)變化為：K主梁=1.66，K支腿=1.47。同時(shí)，根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算，A主梁迎風(fēng)面積=114.99m2，A支腿總迎風(fēng)面積=96.5m2。（6）f垂直靜撓度L為跨度，并且基于f≥L/750的標(biāo)準(zhǔn)，撓度允許值[f]為40mm。（7）起重機(jī)的材料的強(qiáng)度σ是一般為235MPa，安全系數(shù)n為1.5，根據(jù)其參數(shù)得出起重機(jī)允許應(yīng)力參數(shù)值為 [σ]=156.7MPa。

3.3 橫向工況1計(jì)算

在起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性分析的時(shí)候，橫向工況是穩(wěn)定性參數(shù)值計(jì)算的重點(diǎn)。橫向工況一般都是指大車的運(yùn)行方向，非工作狀態(tài)風(fēng)級(jí)狀況。同時(shí)，在非工作狀態(tài)下，起重機(jī)會(huì)根據(jù)運(yùn)行軌道運(yùn)行造成了最大風(fēng)力為 10 級(jí)風(fēng)暴的侵襲，這樣很容易導(dǎo)致起重機(jī)傾覆的現(xiàn)象產(chǎn)生。因此，在起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算的過(guò)程中，需要對(duì)該方面進(jìn)行計(jì)算，需要根據(jù)其計(jì)算公式，分析起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性是否處于均衡的狀態(tài)，其公式為：。公式中，PW機(jī)=CKbP3A機(jī)，將上述的各項(xiàng)參數(shù)代入計(jì)算公式中，可以知道計(jì)算結(jié)果大于0。這樣看來(lái)，起重機(jī)在非工作狀態(tài)10級(jí)的情況下，起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 橫向工況2計(jì)算

橫向工況2主要是指起重機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候，導(dǎo)致暴風(fēng)的侵襲，其風(fēng)力大約在12級(jí)。根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式，分析起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性的均衡性，其計(jì)算公式為：。公式中的F代表錨固力，PW機(jī)=CKbP3A機(jī)，將上述參數(shù)代入計(jì)算公式中，最終計(jì)算的結(jié)果大約為800kN，這樣可以根據(jù)計(jì)算參數(shù)設(shè)定錨固力的參數(shù)為850kN，僅為判斷起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性處于相關(guān)的狀態(tài)。

3.5 起重機(jī)荷載計(jì)算

荷載計(jì)算是起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性分析的一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容，并且在計(jì)算的時(shí)候需要考慮的是各類載荷對(duì)傾覆穩(wěn)定性的影響程度，那么在這樣的情況下，需要各個(gè)的荷載力矩前乘以一個(gè)荷載系數(shù)。但是，在計(jì)算的時(shí)候，需要對(duì)工況的不同，分析荷載系數(shù)的變化，根據(jù)變化的情況設(shè)定起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性參數(shù)值，盡可能保證起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性參數(shù)值處于標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，如表1所示。

表1 為 門式起重機(jī)抗翻穩(wěn)定性載荷系數(shù)及建議載荷值

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，以門式起重機(jī)為例，對(duì)起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了分析和闡述，主旨就是保證起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性的均衡性，降低起重機(jī)傾覆現(xiàn)象發(fā)生的概率，盡最大程度保證起重機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。