浅谈起重机的安全状态控制问题

2014-12-02陈爱民

山东工业技术 2014年19期

陈爱民,陈杰

（江苏省特种设备安全监督检验研究院扬州分院,江苏扬州 225009）

1 引言

起重机的工作循环可概括为取料、移动、卸载等交替运动。其特点是间歇性的循环工作，经常处在起动、停止和正反运动等状态下。起重机由起升机构、变幅机构、回转机构、金属机构、动力装置和必要的辅助装置组合而成。起重机用途比较广泛，如船厂中经常看到的龙门吊、港口装卸用的桥吊、船舶上经常见到的臂驾式起重机、公路上经常见到的吊车等。其通用性较强，配备不同形式的装置可吊运散装货物或液态物料，如配备抓斗可进行土石方抓取作业。

图1 A型断裂

2 起重机的整体构造

起重机的类型较多，究其本质由起升机构、运行机构、调幅机构、回转机构和金属结构等组合成。

（1）起升机构：起重机的起升机构有通过动力源（如绞车）与吊挂系统组成的（此类较常见），也有通过液压系统与吊运装置组成的。吊挂系统通常由滑轮组、钢丝绳、吊具装置等组成。

（2）运行机构：通常由电动机、车轮、减速器和制动器组成，做纵向运动移动重物或调整工作位置。

（3）变幅机构：仅在臂架式起重机上配备，用来改变作业幅度，使吊运物品沿臂架径向水平位移的机构。臂架俯下时幅度变大，仰起时幅度变小。按性能可分为平衡变幅与非平衡变幅两种形式。按性能要求可分为平衡变幅和非平衡变幅两种。平衡变幅即在变幅过程中重物能沿水平状态或接近水平的状态移动，臂架系统的重心不变或者沿水平移动。此种变幅系统可以降低能耗。非平衡变幅与平衡变幅相对，即不沿水平状态移动，臂架系统的重心位置在发生变化。这种变幅系统在臂架幅度减小时，会消耗较大驱动功率；臂架幅度变大时会引起较大的惯性载荷不利于安全作业。通常带载条件下，起重机采用平衡变幅，避免较大的惯性载荷，降低发生危险的可能性。

（4）回转机构：通过回转支撑装置与驱动装置使臂架回转。回转支撑装置由起重机的转动部位支持在非转动部位上，驱动装置带动起重机的转动部分回转。

（5）金属结构：即起重机的骨架。不同形式的起重机有不同类型的金属结构形式。其主要承载件如臂架、桥架与门架等。在起重机的外形尺寸和总重量中，金属结构占很大部分。研发新性起重机的一项重要性能指标即为在金属结构不发生破坏、不发生过度形变和振动情况下，优化金属结构减轻结构重量提升使用寿命。

起重机金属结构的重量通常占整机重量的 60～70%；对于具有大型金属结构的起重机，如各类装卸桥，金属结构比重可以上升到80～90%。可以见作为起重机的“骨架”在，在起重机系统里的作用是非常重要的。

3 起重机结构裂纹形式与分类

断裂情况根据受力的方向不同，可笼统分为三种断裂类型的组合，分别称作 A 型断裂、B 型断裂与 C 型断裂。A 型断裂属于张开型断裂见图 1，如板块上有一条垂直于拉力方向的裂纹；长圆筒在内压作用下的纵向裂纹。B 型断裂属于滑移型断裂见图 2，如在齿轮或花键根部受剪切产生的切向裂纹；在扭矩作用下受扭薄壁圆筒上筒壁的环向裂纹。C 型断裂属于滑移断裂见图 3，如圆轴上的环型切槽或表面环形裂纹。

A 型、B 型、C 型断裂中，A 型断裂最为普便，也是最危险的。在多个港口的调查情况表明：港口机械金属结构最主要的故障之一就是裂纹，有裂纹并不意味着金属结构的立即失效，也不意味着它已丧失了承载能力，只要对产生的裂纹进行有效地预防和控制，防止裂纹的快速扩展，就可以保证结构的安全性，从而延长机械的使用寿命。

图2 B型断裂

图3 C型断裂

4 机械结构技术性能状态的主要指标

当然这些理论计算和试验与实际情况还是有一定差距，毕竟实际情况要复杂得多。但可以对起重机的安全状态监控起到指导作用，从而可以对起重机的安全管理从技术层面和安全管理程序层面起到一定作用。描述起重机金属结构技术性能的指标很多，主要可归纳为两大类，即可见事实类和理论计算/试验数值类。可见事实类有：有无开裂及其程度；有无变形及其程度如象鼻梁变形情况、大拉杆或小拉杆变形情况、臂架变形情况等；有无震颤及其程度；有无锈蚀及其程度；探伤情况；材料性能情况；结构抗断能力情况；有无修理及其修理后的使用状况，如小修情况、是否中修过、中修后的使用情况、是否大修过、大修后的使用情况。理论计算/试验数值类有：计算和试验得出的静强度；计算和试验得出的动应力；计算和试验得出的静刚度，如装卸桥桥架下挠和门座起重机象鼻梁的下挠的测试结果与计算结果；计算和试验得出的动刚度，如门座起重机的固有频率（平衡梁的固频、大拉杆的固频、门架的固频）、装卸桥整机的固有频率（一阶固频、二阶固频、三阶固频）、装卸桥前桥的固有频率。上述各状态与数值指标是反映结构技术性能状态的参考数据，从而能够综合对结构件情况进行衡量。