起重機(jī)檢驗(yàn)中緩沖器選型問題的分析和探討

施育峰

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院張家港分院，江蘇張家港215600）

起重機(jī)檢驗(yàn)中緩沖器選型問題的分析和探討

施育峰

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院張家港分院，江蘇張家港215600）

分析了起重機(jī)檢驗(yàn)中遇到的起重機(jī)緩沖器選型問題，基于檢規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求推導(dǎo)了緩沖器容量和緩沖器行程的計(jì)算公式，以實(shí)際案例計(jì)算了緩沖器選型中所需的參數(shù)，為實(shí)際工作提供了理論依據(jù)。

起重機(jī)；緩沖器；緩沖器容量；緩沖行程

在起重機(jī)運(yùn)行過程中，當(dāng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行到終端或者接觸相鄰起重機(jī)時(shí)，自動(dòng)減速裝置會(huì)首先使起重機(jī)減速以免發(fā)生劇烈碰撞而造成設(shè)備損害和安全事故。而有時(shí)因起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)速度過快或行程開關(guān)失效，起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)仍然會(huì)以一定速度沖向止擋，此時(shí)緩沖器成為碰撞前的最后一道屏障。良好的緩沖器保護(hù)可以達(dá)到減緩沖擊，防止安全事故的目的。本文通過實(shí)例對(duì)常見緩沖器類型進(jìn)行分析，由推導(dǎo)計(jì)算判斷緩沖器選型的問題，為實(shí)際工作提供了指導(dǎo)和理論依據(jù)。

1 緩沖器的種類和原理

（1）實(shí)體式緩沖器。主要是橡膠和聚氨酯緩沖器。橡膠緩沖器以橡膠體作為其緩沖材料，因?yàn)槠湮漳芰枯^少，一般僅用于速度較低的場(chǎng)合。聚氨酯緩沖器結(jié)構(gòu)與橡膠緩沖器類似，該材料的微孔構(gòu)造使其工作過程類似于一個(gè)帶空氣阻尼的彈簧，其緩沖容量可以隨著碰撞速度提高而加大。實(shí)體式緩沖器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，工作可靠而且不產(chǎn)生火花，在目前起重機(jī)上被廣泛采用。圖1為常用的法蘭盤型聚氨酯緩沖器。

圖1 法蘭盤型聚氨酯緩沖器

（2）彈簧緩沖器。以彈簧作為其緩沖材料，可以儲(chǔ)存較大的能量，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，因此也得到較多應(yīng)用。圖2為一種端部安裝式彈簧緩沖器。

圖2 端部安裝式彈簧緩沖器

（3）液壓緩沖器。依靠液壓阻尼對(duì)作用在其上的物體進(jìn)行緩沖減速至停止，緩沖器被壓縮的過程是通過活塞擠壓液壓油做功的過程，這一過程可以消耗大量的動(dòng)能，起到緩沖作用。液壓緩沖器緩沖狀態(tài)平穩(wěn)可靠，緩沖效果良好。圖3為一種普通的起重機(jī)用液壓緩沖器。

圖3 起重機(jī)用液壓緩沖器

2 緩沖器檢驗(yàn)中的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

目前針對(duì)緩沖器的標(biāo)準(zhǔn)條款主要有以下幾條：

（1）TSG Q7016-2016《起重機(jī)械安裝改造重大修理監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》C11.7：檢查在軌道上運(yùn)行的起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起重小車的運(yùn)行機(jī)構(gòu)及起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)等均是否裝設(shè)緩沖器或者緩沖裝置（緩沖器或者緩沖裝置可以安裝在起重機(jī)上或者軌道端部止擋裝置上）。

（2）GB 6067.1-2010《起重機(jī)械安全規(guī)程第1部分：總則》9.2.10：在軌道上運(yùn)行的起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起重小車的運(yùn)行機(jī)構(gòu)及起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)等均應(yīng)裝設(shè)緩沖器或緩沖裝置。緩沖器或緩沖裝置可以安裝在起重機(jī)上或軌道端部止擋裝置上。

（3）GB 6067.5-2014《起重機(jī)械安全規(guī)程第5部分：橋式和門式起重機(jī)》4.3.6：有防爆要求的起重機(jī)緩沖器應(yīng)選用符合JB/T 10833規(guī)定的聚氨醋緩沖器或符合JB/T 8110.2規(guī)定的橡膠緩沖器。

（4）GB/T3811-2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》6.3.5緩沖器應(yīng)按碰撞動(dòng)能及最大碰撞力，并考慮緩沖行程來選用，允許的最大減速度為4 m/s2.

（5）GB50278-2010《起重設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》3.0.14：同一跨端軌道上的車擋與起重機(jī)的緩沖器均應(yīng)接觸良好。

通過這些檢規(guī)標(biāo)準(zhǔn)可以看出，目前現(xiàn)行的檢規(guī)對(duì)起重機(jī)緩沖器的安裝要求并不是很多，日常檢驗(yàn)中也僅為外觀檢查和動(dòng)作試驗(yàn)，而對(duì)起重機(jī)緩沖器的選型是否正確則一般沒有涉及。在日常檢驗(yàn)中，經(jīng)常可以看到隨意配搭緩沖器的情況，有些大型起重機(jī)配裝小塊緩沖器，這給起重機(jī)的日常運(yùn)行造成了一定的安全隱患。

3 緩沖器的選用和計(jì)算[1-3]

一般緩沖器的選用參數(shù)主要考慮緩沖器的緩沖容量和緩沖行程。

本文以某單位132/32 t起重機(jī)為例計(jì)算緩沖器的選用，圖4為該起重機(jī)示意圖，起重機(jī)總重量為200 t，大車重155 t，運(yùn)行速度70 m/min；鋼絲繩起吊重物，大車兩側(cè)各安裝2只緩沖器。

圖4 示例起重機(jī)示意圖

3.1 緩沖器的緩沖容量計(jì)算[1-3]

起重機(jī)在接觸緩沖器后的緩沖過程中，其動(dòng)能主要由緩沖器吸收，因此其緩沖過程的公式可簡(jiǎn)化為：

式中：m為起重機(jī)的質(zhì)量；V0為碰撞時(shí)起重機(jī)的初速度；n為起重機(jī)緩沖器的數(shù)量；E為單個(gè)緩沖器的緩沖容量。

根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，計(jì)算緩沖容量時(shí)，關(guān)于初速度的選取有如下要求：

（1）對(duì)于無自動(dòng)減速裝置和限位開關(guān)者，碰撞時(shí)的速度大車取85%額定速度，小車取額定速度。

（2）對(duì)于有自動(dòng)減速裝置和限位開關(guān)者，按減速后的實(shí)際碰撞速度計(jì)算，但不小于50%額定運(yùn)行速度。

（3）在計(jì)算碰撞載荷時(shí)，對(duì)于裝有導(dǎo)架以限制吊重?cái)[動(dòng)的起重機(jī)，要將吊重考慮在內(nèi)，對(duì)于吊重能自由擺動(dòng)的起重機(jī)，則不考慮吊重所具有的動(dòng)能。

具體到圖4示例額起重機(jī)計(jì)算實(shí)例，計(jì)算結(jié)果如下：

碰撞初速度按照50%額定運(yùn)行速度選取

V0=35 m/min=0.583 m/s

故

根據(jù)所計(jì)算出的能量，單支緩沖器的容量需大于17.01 kJ，然后參考緩沖器型號(hào)表來選取符合容量要求的緩沖器。

3.2 緩沖器的緩沖行程計(jì)算[1-3]

3.2.1 緩沖行程計(jì)算推導(dǎo)[1-3]

緩沖器壓縮的過程中，其緩沖過程的能量公式，根據(jù)其壓縮行程，可表述為以下公式：式中：A為緩沖器吸收的起重機(jī)動(dòng)能；p為緩沖力；s為緩沖器的緩沖行程。

緩沖器所吸收的起重機(jī)動(dòng)能A取決于緩沖力p隨緩沖行程s的變化。根據(jù)緩沖行程的變化，彈性緩沖器的緩沖力會(huì)發(fā)生變化，為方便計(jì)算，引入緩沖器特征系數(shù)k，可按平均緩沖力代入計(jì)算。

根據(jù)能量守恒定律，由式（2）得出能量方程式如下：

由牛頓第二定律得pmax＝mamax，代入式（3），最終得到以下公式：

式中：pmax為最大緩沖力；amax為最大允許減速度。3.2.2案例計(jì)算[1-2]

根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，為使緩沖載荷不至于過大，對(duì)緩沖器最大允許減速度做出了要求，最大允許減速度amax=4 m/s2.而緩沖器特征系數(shù)k的選取，可參照緩沖器廠家的緩沖力特征曲線來取值。一些技術(shù)文獻(xiàn)也對(duì)特征系數(shù)k有過描述。

本文選取文獻(xiàn)[2]中關(guān)于緩沖器特征系數(shù)k，參見表1.

表1 緩沖器特征系數(shù)

具體到案例計(jì)算中，如選用彈簧緩沖器：

如選用液壓緩沖器，取k=1.2

根據(jù)上述計(jì)算寄過，由表1可知，聚氨酯緩沖器和橡膠緩沖器所需的緩沖行程是最大的，因此在滿足同等緩沖條件下，聚氨酯緩沖器和橡膠緩沖器的尺寸也更大。無論從安全緩沖角度還是緩沖器尺寸角度考慮，緩沖行程的數(shù)值在起重機(jī)緩沖器的選型中均十分重要。

4 起重機(jī)緩沖器選型中其他問題的分析思考

除了需要滿足本文上述條件外，在起重機(jī)緩沖器選型中也應(yīng)考慮實(shí)際使用工況和緩沖器的造價(jià)。

比如在露天、高溫等惡劣使用環(huán)境下一般不適宜使用橡膠緩沖器和聚氨酯緩沖器。彈簧緩沖器一般不宜用于高速運(yùn)行的起重機(jī)上，以免其在壓縮后會(huì)將能量反彈給起重機(jī)，使起重機(jī)朝相反方向運(yùn)動(dòng)。

總之，在起重機(jī)緩沖器選型中，除了要考慮緩沖容量、緩沖力、緩沖行程等因素以外，也要從多方面綜合考慮。目前根據(jù)TSG Q7014-2008《起重機(jī)械安全保護(hù)裝置型式試驗(yàn)細(xì)則》，起重機(jī)緩沖器并未納入法定強(qiáng)制型式試驗(yàn)范圍，這使得市面上的緩沖器質(zhì)量出現(xiàn)了良莠不齊的情況，很多產(chǎn)品也并不符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。在起重機(jī)緩沖器的檢驗(yàn)中需要多加注意，嚴(yán)格核查，筑牢起重機(jī)運(yùn)行的這道重要安全防線。

[1]全國(guó)起重機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T3811-2008，《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》釋義與應(yīng)用[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2]徐洪澤，蘇冬.起重機(jī)緩沖器允許減速度的確定[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2003（12）：24-26.

[3]成尖端.門式起重機(jī)碰撞緩沖器的選型與設(shè)計(jì)計(jì)算[J].鐵道貨運(yùn)，2009（2）：43-45.

Analysis and Discussion on the Type Selection of the Buffer in the Inspection of the Crane

SHI Yu-feng
（Zhangjiagang Branch of Jiangsu Province Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute，Zhangjiagang Jiangsu 215600，China）

The article studies on choosing the buffer during inspecting crane，deducing the calculating formula of buffer capacity and buffer stroke based on inspection standard，and calculating the parameter for choosing buffer by actual cases.Thus，it provides the theoretical basis for the practice.

crane；buffer；buffer capacity；buffer stroke

TH21

A

1672-545X（2016）11-0036-03

2016-08-30

施育峰（1982-），男，江蘇張家港人，本科，工程師，主要從事特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)工作。