淺談起重機的安全狀態控制問題

陳愛民,陳 杰

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院揚州分院,江蘇 揚州 225009）

1 引言

起重機的工作循環可概括為取料、移動、卸載等交替運動。其特點是間歇性的循環工作，經常處在起動、停止和正反運動等狀態下。起重機由起升機構、變幅機構、回轉機構、金屬機構、動力裝置和必要的輔助裝置組合而成。起重機用途比較廣泛，如船廠中經常看到的龍門吊、港口裝卸用的橋吊、船舶上經常見到的臂駕式起重機、公路上經常見到的吊車等。其通用性較強，配備不同形式的裝置可吊運散裝貨物或液態物料，如配備抓斗可進行土石方抓取作業。

圖1 A型斷裂

2 起重機的整體構造

起重機的類型較多，究其本質由起升機構、運行機構、調幅機構、回轉機構和金屬結構等組合成。

（1）起升機構：起重機的起升機構有通過動力源（如絞車）與吊掛系統組成的（此類較常見），也有通過液壓系統與吊運裝置組成的。吊掛系統通常由滑輪組、鋼絲繩、吊具裝置等組成。

（2）運行機構：通常由電動機、車輪、減速器和制動器組成，做縱向運動移動重物或調整工作位置。

（3）變幅機構：僅在臂架式起重機上配備，用來改變作業幅度，使吊運物品沿臂架徑向水平位移的機構。臂架俯下時幅度變大，仰起時幅度變小。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程中重物能沿水平狀態或接近水平的狀態移動，臂架系統的重心不變或者沿水平移動。此種變幅系統可以降低能耗。非平衡變幅與平衡變幅相對，即不沿水平狀態移動，臂架系統的重心位置在發生變化。這種變幅系統在臂架幅度減小時，會消耗較大驅動功率；臂架幅度變大時會引起較大的慣性載荷不利于安全作業。通常帶載條件下，起重機采用平衡變幅，避免較大的慣性載荷，降低發生危險的可能性。

（4）回轉機構：通過回轉支撐裝置與驅動裝置使臂架回轉。回轉支撐裝置由起重機的轉動部位支持在非轉動部位上，驅動裝置帶動起重機的轉動部分回轉。

（5）金屬結構：即起重機的骨架。不同形式的起重機有不同類型的金屬結構形式。其主要承載件如臂架、橋架與門架等。在起重機的外形尺寸和總重量中，金屬結構占很大部分。研發新性起重機的一項重要性能指標即為在金屬結構不發生破壞、不發生過度形變和振動情況下，優化金屬結構減輕結構重量提升使用壽命。

起重機金屬結構的重量通常占整機重量的 60～70%；對于具有大型金屬結構的起重機，如各類裝卸橋，金屬結構比重可以上升到80～90%。可以見作為起重機的“骨架”在，在起重機系統里的作用是非常重要的。

3 起重機結構裂紋形式與分類

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

A 型、B 型、C 型斷裂中，A 型斷裂最為普便，也是最危險的。在多個港口的調查情況表明：港口機械金屬結構最主要的故障之一就是裂紋，有裂紋并不意味著金屬結構的立即失效，也不意味著它已喪失了承載能力，只要對產生的裂紋進行有效地預防和控制，防止裂紋的快速擴展，就可以保證結構的安全性，從而延長機械的使用壽命。

圖2 B型斷裂

圖3 C型斷裂

4 機械結構技術性能狀態的主要指標

當然這些理論計算和試驗與實際情況還是有一定差距，畢竟實際情況要復雜得多。但可以對起重機的安全狀態監控起到指導作用，從而可以對起重機的安全管理從技術層面和安全管理程序層面起到一定作用。描述起重機金屬結構技術性能的指標很多，主要可歸納為兩大類，即可見事實類和理論計算/試驗數值類。可見事實類有：有無開裂及其程度；有無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；有無震顫及其程度；有無銹蝕及其程度；探傷情況；材料性能情況；結構抗斷能力情況；有無修理及其修理后的使用狀況，如小修情況、是否中修過、中修后的使用情況、是否大修過、大修后的使用情況。理論計算/試驗數值類有：計算和試驗得出的靜強度；計算和試驗得出的動應力；計算和試驗得出的靜剛度，如裝卸橋橋架下撓和門座起重機象鼻梁的下撓的測試結果與計算結果；計算和試驗得出的動剛度，如門座起重機的固有頻率（平衡梁的固頻、大拉桿的固頻、門架的固頻）、裝卸橋整機的固有頻率（一階固頻、二階固頻、三階固頻）、裝卸橋前橋的固有頻率。上述各狀態與數值指標是反映結構技術性能狀態的參考數據，從而能夠綜合對結構件情況進行衡量。

5 總結

隨著信號分析、計算機技術與數據處理技術、油液監測技術、控制理論、噪聲理論、振動理論等相關學科的發展與成熟，使起重機機械安全狀態的監測變得更加可靠、快捷。

這些技術的綜合運用會使起重機械的管理及穩定、可靠、安全、長久、高效的運行提供強有力的技術支持，也給企業帶來了巨大的經濟效益。盡管在技術層面上對起重機械的安全監控提供了有力的保障，但人的因素在起重機械的安全狀態上也起著不可忽視的作用。

[1]萬力.起重機械安裝使用維修檢驗手冊[M].北京：冶金工業出版社,2000.

[2]王福棉.起重機械技術檢驗[M].北京：學苑出版社,2000.

[3]謝光志,曹紅霞.大型鑄造起重機升級改造實踐[J].安徽冶金,2006(04) .

[4]張波.自激動力制動在起重機中的應用[J].安徽電氣工程職業技術學院學報, 2005(01) .

[5]向溢,譚家華. 特種起重吊鉤的有限元分析[J].港口裝卸,2001(01) .