關于起重機抗傾覆穩定性的分析

胡婷

（湖北特種設備檢驗檢測研究院潛江分院，湖北 潛江 433100）

起重機起升作業在工程建設過程中起著重要作用。近年來，施工機械化水平不斷提高，對起重機安全提出了更高的要求。本文將探討起重機傾覆原因以及基于物理仿真引擎技術的起重機傾覆穩定性系統設計等方面的內容。

1 起重機傾覆原因分析

目前起重機的使用壽命并不短，它是許多建設項目的重要組成部分，在性能顯示以及完成工作任務方面都非常出色。通過對起重機傾覆原因的分析，發現起重機傾覆表現在很多方面，但經過總結分析，只是由于地面不牢固，或者在使用起重機的過程中，存在超載問題，最終導致起重機傾覆，導致起重機翻倒。在分析起重機翻轉的原因時，通常會受到計算工具等多種條件的限制。傳統的起重機設計一般采用靜力分析方法，即在分析起重機受力時，將瞬時作用的動載荷視為連續作用的靜力。從我國現行規范出發，針對各種動載系數，從靜力設計的角度對其中的大部分內容進行了分析和處理。可是該項方法在實施的過程中，并沒有辦法得到準確的結果，自身的分析計算過程即便表現為簡單的狀態，但是對于起重機的真實工作狀況而言，做不到一個特別正確的反應，給起重機抗傾覆原因分析帶來較大的影響。傳統方法的缺陷問題。對于小噸位的起重機并不是特別的明顯，可是在大噸位的起重機當中，傳統方法展現出的缺陷是特別突出的。針對起重機后翻穩定性的動載系數，我國現行規范做了明確的規定，倘若依此進行設計，那么對于150t及以上的起重機而言，其在軌跡的標準上需要≥8m的標準。對于國外的標準而言，150t及以上的起重機在軌跡上需要保持在6m及以下的標準上。從實際作業的方法來看，倘若沒有對起重臂的臂長做出一個準確的估量，或者是在載荷重量的確定過程中出現了差錯的現象，很容易導致載荷的重量超過起重機本身能夠承受的限度，進而造成傾覆。

2 基于物理仿真引擎技術的起重機傾覆穩定性系統設計

基于物理仿真引擎技術的起重機防傾覆穩定系統設計的模塊化設計方法，主要體現在對相關系統內部功能進行分析比較的基礎上，對各種相關功能進行集中管理，進而形成新的模塊。

2.1 起重機模型傾覆分析

如果物體的力是不平衡的，不能滿足某些特定的條件，當越過重力垂直線交叉的支撐點，對象將顛覆。例如在靜態翻轉條件下，對長方體進行了研究和分析。在起重機模型中長方體開始的水平力作用下，從平衡到左邊，和重心越過支撐點，那么長方體將顛覆。這三種狀態下的水平力：f1、f2、f3是靜態摩擦力；L2、L3是重力支撐作用線之間的距離。當物體的底邊翹起時，出現失穩狀況，但是傾覆狀況不一定發生，但當物體的重心越過支撐點時，傾覆狀況便會發生。而如果物體重心這一作用線因為主臂產生回轉、變幅或伸縮已經和支撐點較為靠近時，那么產生傾覆就要起重機模型的情況容易的多。因此當物體的底邊翹起時，產生傾覆的可能性則是不可避免的。

2.2 力矩不等式法

扭矩不等式法不僅被GB/T3811—2008起重機設計規范采用，而且在歐美等發達國家也得到了廣泛的應用。力矩不等式方法檢驗抗傾覆穩定性的基本原則有以下幾點。（1）穩定性計算的分組或分類。其分組或分類主要依據結構外觀、工作條件和穩定性的要求。（2）確定計算條件。主要包括工作狀態和非工作狀態、動靜態、試驗狀態或風荷載。（3）選擇最不利的載荷組合。因為各種載荷變化作用具有隨機性，對起重機的穩定性有實際的影響，計算時應對各種載荷分別給予相應的載荷增大系數。（4）穩定性計算。當所有力矩的代數和大于等于零時，則可以判定起重機的穩定性是足夠的，不會發生傾覆事故。（5）危險傾覆邊的確定。帶載水平運行的起重機，傾覆邊為橫向和縱向；運行機構只作非吊重移位的定點吊裝的起重機，傾覆邊為其支撐多邊形。

2.3 穩定性安全系數法

穩定性安全系數法適用于各種移動式起重機的穩定性計算。將穩定性安全系數法的概念作為衡量和評價起重機穩定性的一個定量指標。這種方法仍在一些歐洲國家使用。穩定性安全系數法的基本原理如下。（1）穩定性安全系數法是指起重機在各種外部載荷作用下，危險傾覆邊緣的穩定力矩與傾覆力矩之比。（2）起重機穩定性的工作條件通常包括非工作穩定性和工作穩定性，起重機的實際抗傾覆能力由穩定性系數指數K反映，該指數也是起重機不傾覆的概率。在各種計算條件下，穩定系數的允許值如表1所示。（3）各種作用載荷應按相關標準規定其屬性，穩定性力矩和傾覆力矩應按起重機可能處于的最不利情況、承受最不利載荷組合進行計算。

表1 穩定安全系數法許用值

2.4 起重機的額定工作技術要求

穩定系數定義為起重機所受的各種外力對傾覆邊產生的穩定力矩與傾覆力矩的比值，穩定系數作為起重機抗傾覆能力的判據，不能小于規定值。穩定系數有三種規定值：工作狀態考慮附加載荷的載重穩定系數為1.15；工作狀態不考慮附加的載重穩定系數為1.4；自重穩定系數為1.15。

關于起重機的額定工作技術，我們提出以下幾點要求。一是嚴格按起重機的額定重量表和起升高度曲線作業。起吊物品不能超過規定的工作幅度和相應的額定重量，嚴禁超載作業。二是不允許用起重機吊拔起重量和拉力不清的埋置物體，冬季不能吊拔凍住的物體。三是不要斜拉和斜吊，否則容易造成起重機傾翻；不要隨便增加平衡重或減少變幅鋼絲繩。四是避免上車突然起動或制動，起吊起重量大、尺寸大、起升高度大時更應注意。

3 結語

綜上所述，本文分析了起重機翻轉的原因，我們指出起重機傾覆穩定性系統通常會受到計算工具等多種條件的限制。傳統的起重機設計一般采用靜力分析方法，即在分析起重機受力時，將瞬時作用的動載荷視為連續作用的靜力。本文指出要對起重機模型進行傾覆分析、力矩不等式法、穩定性安全系數法以及額定工作技術要求方面的分析，以此來促進起重機抗傾覆穩定性能的提升。