起重機傾覆穩定性分析

陳鈺鋒，吳鋒，鄭炯輝（寧波市特種設備檢驗研究院，浙江 寧波 315400）

起重機傾覆穩定性分析

陳鈺鋒，吳鋒，鄭炯輝
（寧波市特種設備檢驗研究院，浙江 寧波 315400）

起重機是工程建設、工業生產、農業領域的主要工具，其傾覆穩定性決定著起重機的使用情況。而傾覆穩定性分析可為常規使用提供重要保障。為規避傾覆事故，提升作業安全性，防范不良風險，一定要有效保障作業安全，這不僅是設計制造的主要要求，而且是維護作業安全的有效手段。筆者將圍繞起重機，重點剖析傾覆穩定性問題，希望可提升傾覆穩定性。

起重機；傾覆；穩定性；分析

一直以來，應用起重機時總會出現各種傾覆事故，而傾覆問題代表著起重機的主要性能，為提升作業安全性，規避事故的出現，一定要深入研究傾覆穩定性。因此，本文有關傾覆穩定性相應問題的分析具有重要意義。

1 起重機抗傾覆穩定性概述

在起重機中，其抗傾覆穩定性主要指代經由自重以及外荷載的雙重作用，對應的抗翻倒性能，這是評判其安全性能的基本指標，并影響著安全運行情況。抗傾覆穩定性可全程貫穿整個生產，影響著傾覆風險，決定著安全性能。若抗傾覆穩定性存在不足，則非常容易出現傾覆事故，引發人身傷亡等事故，因此，在設計以及制造環節應切實保障抗傾覆穩定性。

2 起重機的發展與抗傾覆穩定性探索現狀

（1）發展現狀。我國在20世紀中期引入首臺起重機，從那以后，起重機便開始了漫長的自主生產之路。分析發展過程可知，主要經歷了起步和快速發展這兩個階段，在未來將步入技術革命時期。我國據此組建了與起重機械有關的行業協會，編制了可行的發展規范，公布了行業標準，使得起重機械探索有據可依，進而將起重機械研究帶入新的時期。

（2）探索現狀。我國應用起重機的時間不是太長，其中在抗傾覆穩定性方面的探索起步較晚，早期階段主要借鑒蘇聯的經驗，依據經驗公式設定安全系數，開展相關設計活動。在以往活動中，因考慮到安全性，所以在安全系數選取中表現出一定的保守性，使得最終生產研發的起重機看起來十分笨重，增加了鋼材使用，加大了能源消耗。近些年，隨著研究理論的完善，我國也著手依照計算和校核來開展設計活動，研制出了結構優良、安全系數高的起重機。

從20世紀中期開始，歐美國家便著手探索起重機，以抗傾覆穩定性為主，并得到廣泛推廣，隨后，把計算機看作一種工具引入到穩定性計算內容。隨著信息技術以及有限元技術的高度發展，CAD、CAM、CAE共同應用到了起重機設計活動中。現階段，國外著名的起重機生產商研制出了專屬自己、合理的計算軟件，這使得穩定性計算變得更加簡潔。

3 傾覆穩定性分析的現實意義

抗傾覆穩定性影響著起重機的使用情況，是評判安全性的基本指標。借助剛性穩定性以及實際承載計算能夠維持抗穩定性，尤其是室外起重機，應明確抗風載荷性。經由計算探究其穩定性較為可行。同時，國標中也面向抗傾覆穩定性提出具體要求：無論是工作過程，還是非工作狀態下可能出現傾覆危險的起重機，均應經由計算校核自身整體抗傾覆穩定性要達到的標準。

分布其余裝置中的起重機，因外在因素制約可能出現傾覆，產生傾覆現象的原因包含大風與超載等。在起重機中，若抗傾覆穩定性低下，即起重機的重力以及總承擔外力相較于支承平面自身的傾覆邊產生傾覆力矩超過穩定力矩情形，則起重機便圍繞傾覆線出現傾翻現象，引發安全事故，帶來嚴重后果。由此可知，分析、研究抗傾覆穩定性十分必要，具有巨大意義，其中在履帶式以及流動式起重機中更為突顯。

4 傾覆穩定性的具體分析

起重機械的種類較多，例如，塔式與橋式起重機。在眾多起重機中，塔式起重機自身安全風險較高，這是因為其結構特殊、作業環境復雜，容易引發傾覆事故。

塔式起重機屬于上回轉結構，其塔身包含若干標準節。在實際工作過程，風力矩以及傾斜力矩等會對標準節產生干擾。主弦桿與水平框架等共同組成了吊臂，而主弦桿一般負載壓力及拉力，而水平腹桿負責傳送扭矩與剪力。在塔式起重機中非常容易出現傾覆事故，另外，特種設備也常常出現事故，且每當出現事故，將帶來嚴重傷亡，我們應重視上述問題。

截止到目前，圍繞抗傾覆穩定性展開的研究較多，有關穩定性計算尚不成熟，規范內容不健全，亟待進一步研究。抗傾覆穩定性研究分析主要假設起重機在平穩、結實的地面上工作。若起重機一定要在坡面工作，則應在具體核算過程應思量地面坡度的具體影響。通過長期總結得出，對于抗傾覆穩定，其判斷依據為：若穩定力矩總和超出傾覆力矩綜合，則可得出抗傾覆性能較為穩定的結論。

現階段，通常應用穩定系數、力矩不等式及依據臨界傾覆載荷規范額定超重這三種分析計算法。

（1）穩定系數法。穩定系數法主要應用在移動式起重機中，以此來計算其穩定性。通常借助穩定性安全系數來評判起重機自身的穩定性。目前，部分歐洲國家仍然通過這一方法計算穩定性，其基本原則為：①穩定系數法主要指代起重機擔負的外載荷相較于危險傾覆邊形成的穩定力矩以及傾覆力矩之間的比值；②穩定性的情形主要指代非工作狀態的穩定性和工作狀態下的穩定性。而起重機自身抗傾覆能力一般經由穩定系數指標展現，同時，也代表不出現傾覆的可能性；③每一種作用載荷需依據規范設立屬性。無論是穩定性力矩，還是傾覆力矩均應參照工作最不利情形展開計算；其四，穩定性計算。K是穩定系數，這是評判抗傾覆能力的基本指標，不允許低于規范要求，一般參照對應公式準確計算穩定系數。另外，應注意穩定系數法具有不足，驗算不同工作情形時的概念不具體，無法準確描述突然卸載情形，也不能清晰呈現吊具脫落情形。（2）力矩不等式法。力矩不等式法除收錄到國標外，還在歐美得到大面積應用。依托力矩不等式法分析研究抗傾覆穩定性時應參照下述原則：其一，針對穩定性計算展開分組。一般參照結構外形、運轉環境和穩定性來分組；其二，落實計算工況。通常指代工作和非工作情形、動態和靜態等；其三，確定最不利載荷組別。由于負載變化作用并不固定，且會降低起重機自身的穩定性，在實際計算過程，應面向各種荷載設立適宜載荷增大系數；其四，穩定性計算。若力矩總和不小于零時，那么可明確起重機穩定性較為充足，一般不會出現傾覆事故；其五，危險傾覆邊的落實。附帶荷載，且水平運行起重機對應傾覆邊包含橫向與縱向這兩種。運行機構僅僅充當非吊重移位過程的起重機，對應傾覆邊主要是自身支撐多邊形。（3）依據臨界傾覆載荷規范額定超重量法。歐美國家主要應用此法來研究抗傾覆穩定性，具體是借助試驗或計算明確起重機的實際臨界傾覆載荷。再此之上，提升穩定性和安全性。然而，在試驗過程需把起重機設置在堅實、穩固、平整的路面，同時，變換工作臂長及幅度，慢慢增加吊鉤承載的重物，待另一端支撐壓力達到零值即可。

5 結語

起重機是一種吊運作業工具，常常用來搬運機械，憑借工作效能突出、便于使用和適用性好等優點得到廣泛應用。分析其組成結構與作業模式不難發現，起重機發生傾覆事故的幾率較高。我們應全面探索抗傾覆穩定性，并嚴格驗算，進而規避安全事故的出現。

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