起重机倾覆稳定性分析

2016-02-05陈钰锋吴锋郑炯辉宁波市特种设备检验研究院浙江宁波315400

中国设备工程 2016年8期

陈钰锋，吴锋，郑炯辉（宁波市特种设备检验研究院，浙江宁波 315400）

起重机倾覆稳定性分析

陈钰锋，吴锋，郑炯辉
（宁波市特种设备检验研究院，浙江宁波 315400）

起重机是工程建设、工业生产、农业领域的主要工具，其倾覆稳定性决定着起重机的使用情况。而倾覆稳定性分析可为常规使用提供重要保障。为规避倾覆事故，提升作业安全性，防范不良风险，一定要有效保障作业安全，这不仅是设计制造的主要要求，而且是维护作业安全的有效手段。笔者将围绕起重机，重点剖析倾覆稳定性问题，希望可提升倾覆稳定性。

起重机；倾覆；稳定性；分析

一直以来，应用起重机时总会出现各种倾覆事故，而倾覆问题代表着起重机的主要性能，为提升作业安全性，规避事故的出现，一定要深入研究倾覆稳定性。因此，本文有关倾覆稳定性相应问题的分析具有重要意义。

1 起重机抗倾覆稳定性概述

在起重机中，其抗倾覆稳定性主要指代经由自重以及外荷载的双重作用，对应的抗翻倒性能，这是评判其安全性能的基本指标，并影响着安全运行情况。抗倾覆稳定性可全程贯穿整个生产，影响着倾覆风险，决定着安全性能。若抗倾覆稳定性存在不足，则非常容易出现倾覆事故，引发人身伤亡等事故，因此，在设计以及制造环节应切实保障抗倾覆稳定性。

2 起重机的发展与抗倾覆稳定性探索现状

（1）发展现状。我国在20世纪中期引入首台起重机，从那以后，起重机便开始了漫长的自主生产之路。分析发展过程可知，主要经历了起步和快速发展这两个阶段，在未来将步入技术革命时期。我国据此组建了与起重机械有关的行业协会，编制了可行的发展规范，公布了行业标准，使得起重机械探索有据可依，进而将起重机械研究带入新的时期。

（2）探索现状。我国应用起重机的时间不是太长，其中在抗倾覆稳定性方面的探索起步较晚，早期阶段主要借鉴苏联的经验，依据经验公式设定安全系数，开展相关设计活动。在以往活动中，因考虑到安全性，所以在安全系数选取中表现出一定的保守性，使得最终生产研发的起重机看起来十分笨重，增加了钢材使用，加大了能源消耗。近些年，随着研究理论的完善，我国也着手依照计算和校核来开展设计活动，研制出了结构优良、安全系数高的起重机。

从20世纪中期开始，欧美国家便着手探索起重机，以抗倾覆稳定性为主，并得到广泛推广，随后，把计算机看作一种工具引入到稳定性计算内容。随着信息技术以及有限元技术的高度发展，CAD、CAM、CAE共同应用到了起重机设计活动中。现阶段，国外著名的起重机生产商研制出了专属自己、合理的计算软件，这使得稳定性计算变得更加简洁。

3 倾覆稳定性分析的现实意义

抗倾覆稳定性影响着起重机的使用情况，是评判安全性的基本指标。借助刚性稳定性以及实际承载计算能够维持抗稳定性，尤其是室外起重机，应明确抗风载荷性。经由计算探究其稳定性较为可行。同时，国标中也面向抗倾覆稳定性提出具体要求：无论是工作过程，还是非工作状态下可能出现倾覆危险的起重机，均应经由计算校核自身整体抗倾覆稳定性要达到的标准。

分布其余装置中的起重机，因外在因素制约可能出现倾覆，产生倾覆现象的原因包含大风与超载等。在起重机中，若抗倾覆稳定性低下，即起重机的重力以及总承担外力相较于支承平面自身的倾覆边产生倾覆力矩超过稳定力矩情形，则起重机便围绕倾覆线出现倾翻现象，引发安全事故，带来严重后果。由此可知，分析、研究抗倾覆稳定性十分必要，具有巨大意义，其中在履带式以及流动式起重机中更为突显。

4 倾覆稳定性的具体分析

起重机械的种类较多，例如，塔式与桥式起重机。在众多起重机中，塔式起重机自身安全风险较高，这是因为其结构特殊、作业环境复杂，容易引发倾覆事故。

塔式起重机属于上回转结构，其塔身包含若干标准节。在实际工作过程，风力矩以及倾斜力矩等会对标准节产生干扰。主弦杆与水平框架等共同组成了吊臂，而主弦杆一般负载压力及拉力，而水平腹杆负责传送扭矩与剪力。在塔式起重机中非常容易出现倾覆事故，另外，特种设备也常常出现事故，且每当出现事故，将带来严重伤亡，我们应重视上述问题。

截止到目前，围绕抗倾覆稳定性展开的研究较多，有关稳定性计算尚不成熟，规范内容不健全，亟待进一步研究。抗倾覆稳定性研究分析主要假设起重机在平稳、结实的地面上工作。若起重机一定要在坡面工作，则应在具体核算过程应思量地面坡度的具体影响。通过长期总结得出，对于抗倾覆稳定，其判断依据为：若稳定力矩总和超出倾覆力矩综合，则可得出抗倾覆性能较为稳定的结论。

现阶段，通常应用稳定系数、力矩不等式及依据临界倾覆载荷规范额定超重这三种分析计算法。

（1）稳定系数法。稳定系数法主要应用在移动式起重机中，以此来计算其稳定性。通常借助稳定性安全系数来评判起重机自身的稳定性。目前，部分欧洲国家仍然通过这一方法计算稳定性，其基本原则为：①稳定系数法主要指代起重机担负的外载荷相较于危险倾覆边形成的稳定力矩以及倾覆力矩之间的比值；②稳定性的情形主要指代非工作状态的稳定性和工作状态下的稳定性。而起重机自身抗倾覆能力一般经由稳定系数指标展现，同时，也代表不出现倾覆的可能性；③每一种作用载荷需依据规范设立属性。无论是稳定性力矩，还是倾覆力矩均应参照工作最不利情形展开计算；其四，稳定性计算。K是稳定系数，这是评判抗倾覆能力的基本指标，不允许低于规范要求，一般参照对应公式准确计算稳定系数。另外，应注意稳定系数法具有不足，验算不同工作情形时的概念不具体，无法准确描述突然卸载情形，也不能清晰呈现吊具脱落情形。（2）力矩不等式法。力矩不等式法除收录到国标外，还在欧美得到大面积应用。依托力矩不等式法分析研究抗倾覆稳定性时应参照下述原则：其一，针对稳定性计算展开分组。一般参照结构外形、运转环境和稳定性来分组；其二，落实计算工况。通常指代工作和非工作情形、动态和静态等；其三，确定最不利载荷组别。由于负载变化作用并不固定，且会降低起重机自身的稳定性，在实际计算过程，应面向各种荷载设立适宜载荷增大系数；其四，稳定性计算。若力矩总和不小于零时，那么可明确起重机稳定性较为充足，一般不会出现倾覆事故；其五，危险倾覆边的落实。附带荷载，且水平运行起重机对应倾覆边包含横向与纵向这两种。运行机构仅仅充当非吊重移位过程的起重机，对应倾覆边主要是自身支撑多边形。（3）依据临界倾覆载荷规范额定超重量法。欧美国家主要应用此法来研究抗倾覆稳定性，具体是借助试验或计算明确起重机的实际临界倾覆载荷。再此之上，提升稳定性和安全性。然而，在试验过程需把起重机设置在坚实、稳固、平整的路面，同时，变换工作臂长及幅度，慢慢增加吊钩承载的重物，待另一端支撑压力达到零值即可。