門式起重機抗傾覆穩定性分析

陳卓林

（廣東省特種設備檢測研究院江門檢測院，廣東 江門 529000）

門式起重機抗傾覆穩定性分析

陳卓林

（廣東省特種設備檢測研究院江門檢測院，廣東 江門 529000）

門式起重機目前有著廣泛應用，是一種比較常見的起重機械，其在應用中使許多施工變得更加便利，但是同時也存在一定的危險性。傾覆是門式起重機應用過程中最危險的一種情況，在具體應用中，一旦發生傾覆，易造成巨大的經濟損失和人員傷亡。因此，衡量門式起重機械安全性的一項重要參數指標就是抗傾覆性。

門式起重機；抗傾覆穩定性；安全生產

起重機是在現代工業、建筑行業、物流運輸業都有著廣泛應用的一種特種設備，其在應用中的可靠性和安全性都決定了其在具體應用中發生故障的幾率大小。由此可見，需要加強對起重機事故風險和安全性能的重點關注。起重機在應用中一旦發生事故，有可能會造成人員傷亡，通過大量起重機事故的統計數據可以看出，不少事故都是因為傾覆造成的。基于此，應當加強對傾覆事故的分析，從而降低事故發生幾率。

1 起重機的發展現狀及門式起重機介紹

1.1 起重機發展現狀

我國第一臺起重機是在20世紀50年代從國外引進的，自從引進第一臺起重機之后，我國就不斷加強對其的研究，并不斷對其應用進行推廣。前30年起重機的發展處于起步階段，發展相對來說比較緩慢，隨后進入了快速發展階段，從目前的發展情況來看，未來一段時間，起重機行業將會進入到技術革命階段。20世紀80年代，我國成立起重機行業協會，針對起重機未來的發展進行了科學規劃，并且針對起重機的具體應用情況編寫了相應的標準，從而使起重機在具體發展過程中能夠有所依據，這也是我國起重機在發展過程中的一個重要轉折點，從此我國起重機進入了快速發展階段。

目前，我國已經具有上千家起重機制造廠家，每年都會生產各種不同類型的起重機數十萬臺，相關從業人員達到了幾十萬，各種不同規模的起重機數百種。在未來的一段時間里，起重機的發展仍然處于穩健發展時期。起重機也將會逐漸向智能化、大型化、可靠化方向發展，在安全性方法，要最大程度降低起重機在具體應用過程中的安全事故，降低經濟損失和人員傷亡。

1.2 門式起重機

門式起重機，也被稱作龍門吊，主要用于室外料場貨、貨場、散伙等裝卸作業。其金屬結構如同門型框架，在承載主梁下放安裝了兩條支腳，因此在應用中，能夠在地面的軌道上移動，主梁兩端有外伸懸臂梁。門式起重機在具體應用過程中，具有作業范圍大、場地利用率高、適應面廣、通用性強等諸多特點，因此其應用十分廣泛。

2 起重機抗傾覆穩定研究

我國針對起重機抗傾覆穩定的研究較晚，早先對于起重機的研究主要借鑒國外的研究經驗，依據相關的經驗選取安全系數，從而完成相應的設計工作。在進入到20世紀80年代后，我國研究人員引入發達國家在起重機抗傾覆穩定性的計算方法，然后在依據我國起重機的具體發展情況進行適當調整，從而在我國進行推廣應用。過去一段時間，在起重機的研究上，為了確保安全性，安全系數的設定顯得相對比較保守，生產的起重機應用起來比較笨重，這不僅會在應用中的效率偏低，而且還會浪費大量的鋼材與能源。近幾年，隨著我國針對起重機以及抗傾覆穩定性研究的不斷深入，在研究上也取得了一定的進步，在起重機的具體設計上，逐漸依據計算及校核情況進行，從而生產出結構合理、安全性更高的起重機。

早在20世紀初期，歐洲一些國家就意識到了抗傾覆穩定性對起重機運行安全性的重要意義，因此加強了針對該方面的研究與分析，并且對應進行了推廣。在不斷的研究過程中，研究人員意識到，將計算機技術在起重機抗傾覆性計算中應用，可以使計算變得更加簡單與準確，因此就將計算機技術應用在其中。到了20世紀80年代，計算機技術逐漸成熟，有限元分析技術的不斷發展，起重機抗傾覆穩定計算逐漸進入到計算機輔助時代，計算機輔助計算、計算機輔助設施、計算機輔助分析、計算機輔助制造都成為了起重機在具體設計過程中不可或缺的工具。目前，我國的各大起重機制造商，都加強了該方面的研究，并且增加了針對性的投入，依據自身的實際情況，開發出了與自身情況相符的計算機軟件，一方面降低了成本，另一方面也使計算過程變得更加簡單。

起重機的抗傾覆穩定性指的是起重機在自重和荷載的雙重作用下抗傾覆的能力，是對起重機安全性影響最為重要的一項參數，同時也是確保起重機安全運行的基礎。起重機抗傾覆穩定性需要貫穿其設計與安全生產整個過程，其決定了起重機在應用中的傾覆風險，對起重機的安全性起到決定的控制作用。通過大量的經驗可以發現，起重機的抗傾覆性穩定性達不到要求，在具體應用中有可能會出現傾覆事故，不僅會對設備造成破壞，而且有可能會引起人員傷亡，由此可見，確保起重機具有足夠的傾覆穩定性，是設計、生產起重機過程中的一項基本任務。影響起重機抗傾覆穩定性的因素有荷載作用性質、施工現場的具體條件等。在對起重機的抗傾覆穩定性進行設計時，要依據相應的標準，進行詳細計算，確保最終設計的合理性。

3 門式起重機抗傾覆穩定性計算

以升起高度為50m的門式起重機為例進行分析，針對如此高的升起高度，在具體應用中，必須要針對門式起重機的抗傾覆穩定性進行準確計算，只有這樣才能確保作業任務的順利開展，最大程度減少作業過程中各種安全事故的發生，降低經濟損失，減少人員傷亡。由于門式起重機的橫向（大車運行方向）在具體操作過程中，受到的風荷載較大，這也就導致了具有較大的傾覆力矩，因此在分析過程中，通過力矩法對該門式起重機非工作狀態下風力10級，以及空載風暴侵襲錨固狀態風力12級橫向工況的抗傾覆穩定性進行校核，并且通過計算，獲取風暴侵襲錨固狀態時，能夠達到錨固條件的要求，為日后具體設計提供參考。

3.1 計算參數

該門式起重機設的計算參數如下：（1）起重量Q=80t，起吊高度H=50m，跨度L=30m，前后兩根支腿跨距B=25.6m，橋架與小車銜接起點h1=52.3m，齒輪壓力22t，走臺重量大小為5t。（2）起升沖擊系數φ1=1.1，動載系數φ2=1.25。（3）工作狀態風壓P2=250N/m2，非工作狀態10級風力情況下，風壓P3=800N/m2，12級風壓P4=1500N/m2。（4）C為風力系數，C主梁=1.68，C支腿=1.18。（5） K為風壓高度系數變化，K主梁=1.66，K支腿=1.47。（6）A主梁迎風面積=114.99m2，A支腿總迎風面積=96.5m2。（7）f垂直靜撓度L為跨度，依據f≥L/750的要求，允許撓度[f]=40mm。（8）門式起重機材料的屈服強度σ=235MPa，安全系數n=1.5，允許應力[σ]=156.7MPa。

3.2 橫向工況1

橫向工況1指的是大車走行方向，非工作狀態風力級狀況。在非工作狀態下，起重機沿著大車的運行軌道造成了最大風力為10級風暴的侵襲，這對門式起重機的抗傾覆穩定性來說是一項考驗，因此對該情況進行分析是必要的。抗傾覆穩定性校核計算如公式（1）所示。

在公式（1）中，PW機=CKbP3A機，將計算參數中各項參數帶入到公式（1）中，可以發現最終的計算結果大于0，因此起重機在非工作狀態風力10級下，抗傾覆性滿足要求。

3.3 橫向工況2

橫向工況2指的是，在大車行走方向遭遇到暴風侵襲，最大風力為12級，其抗傾覆計算公式：

公式（2）中F表示為錨固力；PW機=CKhP3A機，將計算參數帶入到公式（2）中，最終的計算結果約為800kN，因此為了確保門式起重機的抗傾覆性能夠達標準要求，錨固力應當設計為850kN。

4 結語

起重機在許多領域中都有著廣泛應用，其中門式起重機因為其自身具有的優勢而得到了廣泛應用，在對其進行應用過程中，為了確保其安全性，需要對其抗傾覆穩定性進行針對分析。同時要依據其使用的具體環境，設定相應的錨固力，從而確保設計的合理性，避免安全事故的發生。

[1]熊運星,徐生. 基于ANSYS的雙小車門式起重機有限元分析與應用[J]. 煤礦機械,2016,(06):188-190.

[2]閆耀天,張占輝,吳敏. 橋門式起重機型式試驗計算機輔助設計驗算的實現[J]. 有色金屬文摘,2016,(01):175-177.

[3]袁桂芳. 一臺改造門式起重機的監督檢驗[J]. 中國特種設備安全,2015,(05):71-74.

[4]王健. 室外起重機抗風防滑安全裝置的選型設計[J]. 起重運輸機械,2013,(04):74-77.

[5]朱慶,康敬東,劉書堂,楊沖. 門式起重機主梁行車阻力問題的研究[J]. 河南科技,2013,(04):132-133.

TH213

A

1671-0711（2017）05（下）-0077-02