關(guān)于起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性的分析

胡婷

（湖北特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院潛江分院，湖北 潛江 433100）

起重機(jī)起升作業(yè)在工程建設(shè)過程中起著重要作用。近年來，施工機(jī)械化水平不斷提高，對(duì)起重機(jī)安全提出了更高的要求。本文將探討起重機(jī)傾覆原因以及基于物理仿真引擎技術(shù)的起重機(jī)傾覆穩(wěn)定性系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的內(nèi)容。

1 起重機(jī)傾覆原因分析

目前起重機(jī)的使用壽命并不短，它是許多建設(shè)項(xiàng)目的重要組成部分，在性能顯示以及完成工作任務(wù)方面都非常出色。通過對(duì)起重機(jī)傾覆原因的分析，發(fā)現(xiàn)起重機(jī)傾覆表現(xiàn)在很多方面，但經(jīng)過總結(jié)分析，只是由于地面不牢固，或者在使用起重機(jī)的過程中，存在超載問題，最終導(dǎo)致起重機(jī)傾覆，導(dǎo)致起重機(jī)翻倒。在分析起重機(jī)翻轉(zhuǎn)的原因時(shí)，通常會(huì)受到計(jì)算工具等多種條件的限制。傳統(tǒng)的起重機(jī)設(shè)計(jì)一般采用靜力分析方法，即在分析起重機(jī)受力時(shí)，將瞬時(shí)作用的動(dòng)載荷視為連續(xù)作用的靜力。從我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范出發(fā)，針對(duì)各種動(dòng)載系數(shù)，從靜力設(shè)計(jì)的角度對(duì)其中的大部分內(nèi)容進(jìn)行了分析和處理。可是該項(xiàng)方法在實(shí)施的過程中，并沒有辦法得到準(zhǔn)確的結(jié)果，自身的分析計(jì)算過程即便表現(xiàn)為簡(jiǎn)單的狀態(tài)，但是對(duì)于起重機(jī)的真實(shí)工作狀況而言，做不到一個(gè)特別正確的反應(yīng)，給起重機(jī)抗傾覆原因分析帶來較大的影響。傳統(tǒng)方法的缺陷問題。對(duì)于小噸位的起重機(jī)并不是特別的明顯，可是在大噸位的起重機(jī)當(dāng)中，傳統(tǒng)方法展現(xiàn)出的缺陷是特別突出的。針對(duì)起重機(jī)后翻穩(wěn)定性的動(dòng)載系數(shù)，我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范做了明確的規(guī)定，倘若依此進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么對(duì)于150t及以上的起重機(jī)而言，其在軌跡的標(biāo)準(zhǔn)上需要≥8m的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)而言，150t及以上的起重機(jī)在軌跡上需要保持在6m及以下的標(biāo)準(zhǔn)上。從實(shí)際作業(yè)的方法來看，倘若沒有對(duì)起重臂的臂長(zhǎng)做出一個(gè)準(zhǔn)確的估量，或者是在載荷重量的確定過程中出現(xiàn)了差錯(cuò)的現(xiàn)象，很容易導(dǎo)致載荷的重量超過起重機(jī)本身能夠承受的限度，進(jìn)而造成傾覆。

2 基于物理仿真引擎技術(shù)的起重機(jī)傾覆穩(wěn)定性系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于物理仿真引擎技術(shù)的起重機(jī)防傾覆穩(wěn)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模塊化設(shè)計(jì)方法，主要體現(xiàn)在對(duì)相關(guān)系統(tǒng)內(nèi)部功能進(jìn)行分析比較的基礎(chǔ)上，對(duì)各種相關(guān)功能進(jìn)行集中管理，進(jìn)而形成新的模塊。

2.1 起重機(jī)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(dāng)越過重力垂直線交叉的支撐點(diǎn)，對(duì)象將顛覆。例如在靜態(tài)翻轉(zhuǎn)條件下，對(duì)長(zhǎng)方體進(jìn)行了研究和分析。在起重機(jī)模型中長(zhǎng)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(diǎn)，那么長(zhǎng)方體將顛覆。這三種狀態(tài)下的水平力：f1、f2、f3是靜態(tài)摩擦力；L2、L3是重力支撐作用線之間的距離。當(dāng)物體的底邊翹起時(shí)，出現(xiàn)失穩(wěn)狀況，但是傾覆狀況不一定發(fā)生，但當(dāng)物體的重心越過支撐點(diǎn)時(shí)，傾覆狀況便會(huì)發(fā)生。而如果物體重心這一作用線因?yàn)橹鞅郛a(chǎn)生回轉(zhuǎn)、變幅或伸縮已經(jīng)和支撐點(diǎn)較為靠近時(shí)，那么產(chǎn)生傾覆就要起重機(jī)模型的情況容易的多。因此當(dāng)物體的底邊翹起時(shí)，產(chǎn)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(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范采用，而且在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家也得到了廣泛的應(yīng)用。力矩不等式方法檢驗(yàn)抗傾覆穩(wěn)定性的基本原則有以下幾點(diǎn)。（1）穩(wěn)定性計(jì)算的分組或分類。其分組或分類主要依據(jù)結(jié)構(gòu)外觀、工作條件和穩(wěn)定性的要求。（2）確定計(jì)算條件。主要包括工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)、動(dòng)靜態(tài)、試驗(yàn)狀態(tài)或風(fēng)荷載。（3）選擇最不利的載荷組合。因?yàn)楦鞣N載荷變化作用具有隨機(jī)性，對(duì)起重機(jī)的穩(wěn)定性有實(shí)際的影響，計(jì)算時(shí)應(yīng)對(duì)各種載荷分別給予相應(yīng)的載荷增大系數(shù)。（4）穩(wěn)定性計(jì)算。當(dāng)所有力矩的代數(shù)和大于等于零時(shí)，則可以判定起重機(jī)的穩(wěn)定性是足夠的，不會(huì)發(fā)生傾覆事故。（5）危險(xiǎn)傾覆邊的確定。帶載水平運(yùn)行的起重機(jī)，傾覆邊為橫向和縱向；運(yùn)行機(jī)構(gòu)只作非吊重移位的定點(diǎn)吊裝的起重機(jī)，傾覆邊為其支撐多邊形。

2.3 穩(wěn)定性安全系數(shù)法

穩(wěn)定性安全系數(shù)法適用于各種移動(dòng)式起重機(jī)的穩(wěn)定性計(jì)算。將穩(wěn)定性安全系數(shù)法的概念作為衡量和評(píng)價(jià)起重機(jī)穩(wěn)定性的一個(gè)定量指標(biāo)。這種方法仍在一些歐洲國(guó)家使用。穩(wěn)定性安全系數(shù)法的基本原理如下。（1）穩(wěn)定性安全系數(shù)法是指起重機(jī)在各種外部載荷作用下，危險(xiǎn)傾覆邊緣的穩(wěn)定力矩與傾覆力矩之比。（2）起重機(jī)穩(wěn)定性的工作條件通常包括非工作穩(wěn)定性和工作穩(wěn)定性，起重機(jī)的實(shí)際抗傾覆能力由穩(wěn)定性系數(shù)指數(shù)K反映，該指數(shù)也是起重機(jī)不傾覆的概率。在各種計(jì)算條件下，穩(wěn)定系數(shù)的允許值如表1所示。（3）各種作用載荷應(yīng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其屬性，穩(wěn)定性力矩和傾覆力矩應(yīng)按起重機(jī)可能處于的最不利情況、承受最不利載荷組合進(jìn)行計(jì)算。

表1 穩(wěn)定安全系數(shù)法許用值

2.4 起重機(jī)的額定工作技術(shù)要求

穩(wěn)定系數(shù)定義為起重機(jī)所受的各種外力對(duì)傾覆邊產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩與傾覆力矩的比值，穩(wěn)定系數(shù)作為起重機(jī)抗傾覆能力的判據(jù)，不能小于規(guī)定值。穩(wěn)定系數(shù)有三種規(guī)定值：工作狀態(tài)考慮附加載荷的載重穩(wěn)定系數(shù)為1.15；工作狀態(tài)不考慮附加的載重穩(wěn)定系數(shù)為1.4；自重穩(wěn)定系數(shù)為1.15。

關(guān)于起重機(jī)的額定工作技術(shù)，我們提出以下幾點(diǎn)要求。一是嚴(yán)格按起重機(jī)的額定重量表和起升高度曲線作業(yè)。起吊物品不能超過規(guī)定的工作幅度和相應(yīng)的額定重量，嚴(yán)禁超載作業(yè)。二是不允許用起重機(jī)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(jī)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(dòng)或制動(dòng)，起吊起重量大、尺寸大、起升高度大時(shí)更應(yīng)注意。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文分析了起重機(jī)翻轉(zhuǎn)的原因，我們指出起重機(jī)傾覆穩(wěn)定性系統(tǒng)通常會(huì)受到計(jì)算工具等多種條件的限制。傳統(tǒng)的起重機(jī)設(shè)計(jì)一般采用靜力分析方法，即在分析起重機(jī)受力時(shí)，將瞬時(shí)作用的動(dòng)載荷視為連續(xù)作用的靜力。本文指出要對(duì)起重機(jī)模型進(jìn)行傾覆分析、力矩不等式法、穩(wěn)定性安全系數(shù)法以及額定工作技術(shù)要求方面的分析，以此來促進(jìn)起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性能的提升。