汽車起重機吊裝作業(yè)前如何計算

文/馬杰

汽車起重機是工程建設(shè)項目施工現(xiàn)場最常見的吊裝設(shè)備，使用頻繁，危險性較大。近年來，許多施工現(xiàn)場發(fā)生了多起吊裝事故，本文就重點對常見汽車起重機在吊裝作業(yè)前如何根據(jù)實際情況進行計算，以在工程建設(shè)施工現(xiàn)場根據(jù)吊物情況正確選擇合適的起重機型號與索具。

近年來，施工現(xiàn)場發(fā)生汽車起重機翻車致使人員傷亡的事故屢見報端，這些事故中除了因操作不當所導(dǎo)致外，部分事故是由于吊裝前未根據(jù)實際情況進行計算，甚至僅憑經(jīng)驗來判斷選擇起重機型號和索具。

汽車起重機是裝在普通汽車底盤或特制汽車底盤上的一種起重機，其駕駛室與起重操縱室分開設(shè)置。目前國內(nèi)常用的起重機噸位從8 t到1 000 t，噸位是指該起重機使用基本臂且處于最小幅度時所吊重物的最大質(zhì)量值，在實際使用過程中，所吊重物往往都會小于所用起重機的噸位值。

起重機選型

起重機選型主要根據(jù)起重機最大受力、起重機站位、重物提升高度來綜合判斷，其中起重機最大受力要綜合吊物、索具以及相關(guān)荷載因素，起重機站位需要核算起重機的工作半徑，重物所要提升的高度需要考慮起重機臂長的計算，如圖1為國內(nèi)常見汽車起重機吊裝過程尺寸示意圖。以下就上述三個判斷因素分別進行探討。

起重機最大受力計算

圖1 國內(nèi)常見汽車起重機吊裝過程尺寸示意圖

起重機在吊裝時所計算的最大受力不僅要考慮吊物本身的質(zhì)量，還要將所使用的索具也計算進去，索具包含鋼絲繩、吊鉤、卡環(huán)、吊裝扁擔等，并且一些設(shè)備在吊裝過程中需要預(yù)先安裝一些配管、作業(yè)平臺等附件，這些在計算過程中都需要考慮，不要遺漏，計算公式如下：

其中：

P—起重機最大載質(zhì)量，單位：t；

K—動載系數(shù)，取1.1；

Q—吊物本體質(zhì)量，單位：t；

Q1—吊物附件質(zhì)量，若沒有，則為0，單位：t；

Q3— 索具質(zhì)量，含鉤頭、鋼絲繩、吊裝扁擔、卡環(huán)、梯子、保溫管等質(zhì)量之和，單位：t；

Qn— 吊鉤所承受的其他物體質(zhì)量，單位 ：t。

起重機工作半徑計算

起重機站位的選擇應(yīng)該根據(jù)吊物就位時的施工環(huán)境來綜合判斷，根據(jù)現(xiàn)場的作業(yè)面位置，考慮設(shè)備質(zhì)量、外形尺寸等因素，選擇適合于吊裝的工作半徑。這里的工作半徑是指起重機回轉(zhuǎn)中心線到吊鉤中心線的水平距離，計算工作半徑的公式如下：

其中：

R— 工作半徑，單位：m；

R0— 吊臂根部與吊鉤中心線之間的水平距離，單位：m；

E— 起重機回轉(zhuǎn)中心與吊臂根部的水平距離，可從起重機性能表中查詢，單位：m。

在實際施工中發(fā)現(xiàn)，吊臂根部的位置與起重機回轉(zhuǎn)中心線的位置并不重合，而且大部分吊臂根部位置都較起重機回轉(zhuǎn)中心線距離吊物方向靠后。如果將吊臂根部與吊鉤中心線的水平距離理解為工作半徑，就會錯誤判斷起重機的工作半徑較大。由于工作半徑越大，汽車吊的吊裝能力越小，對起重機的實際工況所對應(yīng)的吊載能力判斷偏小，進而出現(xiàn)“大車小吊”情況的出現(xiàn)，導(dǎo)致資源浪費。

相反，如果吊臂根部較起重機回轉(zhuǎn)中心距離吊物方向靠前，若將吊臂根部與吊鉤中心線水平距離作為工作半徑的話，就會錯誤判斷起重機的工作半徑較小，過高估計了起重機的吊載能力，尤其是當在計算中安全系數(shù)預(yù)留不足時，容易導(dǎo)致吊裝過程中由于超載而發(fā)生事故。

起重機臂長計算

起重機臂長根據(jù)吊物就位過程中吊臂達到最大仰角和預(yù)定工況時，吊臂最頂端距離水平地面的距離與工作半徑共同決定。吊臂最頂端距離水平地面的距離，不僅包含設(shè)備本體的長度，還要將設(shè)備基礎(chǔ)的高度、索具長度、吊鉤長度、預(yù)埋螺栓高度都計算進去，此外還要預(yù)留吊裝間隙。

當?shù)醣圻_到最大仰角位置時，吊臂最頂端距離水平地面距離的計算公式如下：

其中：

H— 吊臂最頂端距離水平地面距離，單位：m；

h1—吊物本體高度，單位：m；

h2—吊裝空隙，一般取0.2～0.5，單位：m；

h3— 索具長度，單位：m；

h4— 吊鉤長度，單位：m；

hn—影響吊臂最頂端高度的其他因素，如吊物基礎(chǔ)的高度、預(yù)埋螺栓高度、吊物放置地點阻礙物高度等，需要根據(jù)實際情況增加，使之符合現(xiàn)場吊裝實際過程，單位：m。

當?shù)醣圻_到最大仰角和預(yù)定工況時，吊臂長、吊臂最頂端與吊臂根部水平線垂直距離與工作半徑三者構(gòu)成一個直角三角形，根據(jù)勾股定理可得吊臂達到最大仰角時，吊臂長度計算公式如下：

其中：

L—吊臂達到最大仰角和預(yù)定工況時，吊臂伸出長度，單位：m；

R—工作半徑，單位：m；

H—吊臂最頂端距離水平地面距離，單位：m ；

h0— 起重機回轉(zhuǎn)中心與水平地面之間的垂直距離，單位：m。

起重機噸位初選

經(jīng)過計算得出的工作半徑與吊臂最大仰角和預(yù)定工況時的臂長，可查詢起重機性能表，確定所選起重機噸位。例如，表1為100 t汽車起重機主臂起重性能表（不同制造廠、型號、噸位的性能表均不同，本性能表僅作為范例，實際工作中應(yīng)找出所用起重機自帶的性能表進行查詢）。

假如計算起重機工作半徑為15 m，吊臂最大仰角和預(yù)定工況時的臂長為38 m，那么從表1中可以查出（如性能表中沒有計算數(shù)值，則取高一級數(shù)值）這臺起重機就位時額定起重量為15.1 t，但目前使用的汽車起重機都裝有起重量限制器，即在達到性能表中所設(shè)定工況對應(yīng)的額定起重量的一定比例就會報警（通常為額定起重量的90%以上，有些起重機設(shè)定為80%）或鎖死（通常為額定起重量的110%以上，有些起重機設(shè)定為100%），所以在選擇起重機時，應(yīng)根據(jù)性能表中對應(yīng)額定起重量，取其80%～90%來選擇。例如，依據(jù)表1，工作半徑15 m，吊臂臂長38 m對應(yīng)的額定起重量為15.1 t，則在實際吊裝作業(yè)中，起重機最大受力應(yīng)控制在12.08 t（15.1×80%）～13.59 t（15.1×90%）之間，如果起重機最大受力超過了性能表所顯示的范圍，則再選擇更高噸位的起重機，查詢性能表如同上述過程。

另外，起重機性能表中還含有起重機在各種工況下的最大與最小仰角，可根據(jù)吊臂預(yù)定臂長與工作半徑來計算起重機實際仰角，進而與最大與最小仰角進行比較，數(shù)值應(yīng)位于二者之間。即如下公式：

表1 100 t汽車起重機主臂起重性能表

其中：

L— 吊臂達到最大仰角和預(yù)定工況時，吊臂伸出長度，單位：m；

H— 吊臂最頂端距離水平地面距離，單位：m；

h0— 起重機回轉(zhuǎn)中心與水平地面之間的垂直距離，單位：m。

此外，在選擇起重機時，還須考慮吊物尤其是長度較長的吊物的頂端與吊臂之間的間距，否則就有可能在吊裝過程中吊物觸碰吊臂，在SH/T 3515-2017《石油化工大型設(shè)備吊裝工程施工技術(shù)規(guī)范》中對C（C是吊裝間距，指吊物與設(shè)備的安全距離）有具體要求，C≥500 mm。此間距可依據(jù)吊臂長度L、回轉(zhuǎn)半徑R、吊臂頂端距離吊臂根部水平線之間的垂直距離（h1+h2+h3+h4）與吊臂頂端與吊物頂端垂直距離（h2+h3+h4）、吊臂與吊物頂端之間水平距離C所構(gòu)成的相似比進行計算，公式如下：

其中：

C—吊物頂端與吊臂水平距離，單位：m；

R—工作半徑，單位：m；

h1—吊物本體高度，單位：m；

h2—吊裝空隙，一般取0.2～0.5，單位：m；

h3—索具長度，單位：m；

h4— 吊鉤長度，單位：m。

起重機索具選擇

起重機在吊裝前除了需要對所選起重機車型進行計算選擇外，還要對所用的吊裝索具進行計算選擇。目前現(xiàn)場在使用汽車起重機吊裝過程中，一般會使用鋼絲繩、吊帶，個別地區(qū)還會使用麻繩、鎖鏈，最常使用的是鋼絲繩和吊帶。

鋼絲繩

鋼絲繩是國內(nèi)施工現(xiàn)場使用率最高的吊裝索具，鋼絲繩一般多采用高強度碳素鋼絲捻絲而成，常見規(guī)格有6×19，6×37，6×61三種，其中6指的是股數(shù)，19、37、61指的是每股中含有的鋼絲數(shù)。作為起重吊裝使用的鋼絲繩，多選用6×37，6×61這兩種規(guī)格，其中6×37較6×61更柔軟，多用于在吊裝過程中鋼絲繩需要彎曲的場合。此外，鋼絲繩在捻制過程中有5種捻制方式：左同向捻、右同向捻、左交互捻、右交互捻、混合捻，為了考慮避免在吊裝過程中，吊物發(fā)生旋轉(zhuǎn)的情況，所以吊裝所采用的索具不使用易卷曲扭結(jié)的同相捻鋼絲繩，即采用左交互捻、右交互捻、混合捻這3種捻制方式之一。

鋼絲按照國家標準規(guī)定分為5級， 即 1 400 MPa、1 550 MPa、1 700 MPa、1 850 MPa和 2 000 MPa,根據(jù)工況，選擇不同直徑、不同工程抗拉強度的鋼絲繩作為索具。在吊裝作業(yè)前，應(yīng)根據(jù)所吊重物質(zhì)量選擇鋼絲繩，重物質(zhì)量總和應(yīng)控制在鋼絲繩容許拉力之內(nèi)，鋼絲繩容許拉力應(yīng)根據(jù)如下公式進行計算：

其中：

T— 鋼絲繩容許拉力，單位：N，此數(shù)值應(yīng)不小于所吊重物質(zhì)量之和；P— 所選用的鋼絲繩破斷拉力，單位：N，如P采用鋼絲繩破斷拉力總和，則須乘“換算系數(shù)”c，6×37規(guī)格鋼絲繩的換算系數(shù)為0.82，6×61規(guī)格鋼絲繩的換算系數(shù)為0.80；

K— 鋼絲繩的安全系數(shù)，鋼絲繩在吊裝過程中如果無彎曲，則取6～7，如果有彎曲則取8～10；

鋼絲繩破斷拉力可以通過查詢標準GB 8918-2006《重要用途鋼絲繩》來獲得，但在施工現(xiàn)場，如何較為快速、安全地判斷鋼絲繩破斷拉力，在此提供一個筆者使用多年的經(jīng)驗公式

D—鋼絲繩直徑，單位：mm；

P—所選用的鋼絲繩破斷拉力，單位：N。

該公式計算出來的破斷拉力主要針對目前工程建設(shè)施工現(xiàn)場常用的1 550～1 885 MPa規(guī)格起重用鋼絲繩，計算結(jié)果偏保守，可作為現(xiàn)場快速選型時的安全再校核。

在吊裝前，根據(jù)吊物質(zhì)量，結(jié)合鋼絲繩破斷拉力數(shù)值表，依據(jù)公式7進行計算，判斷選擇采用直徑多少的鋼絲繩或者現(xiàn)有的鋼絲繩能否滿足吊裝的需要。特別指出的是，由于鋼絲繩在吊裝過程中磨損嚴重，如果存在斷絲、銹蝕的現(xiàn)象，則根據(jù)表2，判斷鋼絲繩是否報廢。

表2 每節(jié)距內(nèi)最多斷絲根數(shù)表（超出即為報廢）

吊帶

與鋼絲繩相比，吊裝帶具有攜帶輕便、質(zhì)地柔軟、不導(dǎo)電、無腐蝕、維護方便和良好的抗化學(xué)性，以及具有重量輕、強度高、不易損傷吊裝物體表面等優(yōu)異特點，越來越受工程現(xiàn)場的青睞并在許多方面逐步替代了鋼絲繩索具。吊裝帶的種類很多，常規(guī)吊裝帶（按吊帶外觀）分為4類：環(huán)形穿芯、環(huán)形扁平、雙眼穿芯和雙眼扁平。

圖2 吊帶吊載能力色標卡

吊帶的強度根據(jù)吊帶種類有所不同，扁平吊裝帶一般承受拉力為1 t～30 t，圓型吊裝帶一般承受拉力為1 t～ 300 t。

國際上通用的吊帶以色標來區(qū)分承受拉力，見圖2，不同顏色表示吊帶的極限拉力，對于極限拉力大于12 000 kg的均采用橘紅色，同時帶體及標牌均有載荷標識。

起重機索具安全使用注意事項

在索具實際使用過程中，應(yīng)加強對索具的定期保養(yǎng)和儲存，鋼絲繩要定期涂油，并放置在工具箱等不易受到風吹雨淋和日曬的地方，同時在使用過程中，盡量不放置在沙土地面上，以免沙子進入鋼絲繩，在吊裝受力時，磨損鋼絲。無論是吊帶還是鋼絲繩，在使用時，都要對可能接觸到的尖銳邊角進行有效保護，一旦在吊裝過程中，被尖銳或鋒利邊角摩擦，會很容易被破壞甚至是發(fā)生斷裂。從施工經(jīng)驗來看，鋼絲繩較吊帶的受力安全性比較高，但在使用前，必須對鋼絲繩通身進行安全檢查，發(fā)現(xiàn)斷絲、斷股達到報廢標準的，或吊帶邊沿發(fā)現(xiàn)有裂口或縱面有嚴重折痕的情況下，要堅決予以報廢，不能降低噸位繼續(xù)使用。在施工現(xiàn)場，經(jīng)常遇到使用手拉葫蘆（或稱倒鏈）進行吊物一端的吊裝，以便在吊裝過程中，調(diào)整吊物的安裝姿態(tài)，在使用前，一定要確定倒鏈噸位，檢查倒鏈盒內(nèi)摩擦片、棘爪、鏈條、掛鉤、安全鎖片等是否完好、正常，同鋼絲繩和吊帶不同，鋼絲繩往往安全余量較高，吊帶其次，但倒鏈安全余量很低，一旦超出額定拉力5%～10%，就極有可能發(fā)生破斷或損壞，這在使用中尤其需要注意。