门式起重机抗倾覆稳定性分析

2017-06-05陈卓林

中国设备工程 2017年10期

关键词：主梁风力起重机

陈卓林

（广东省特种设备检测研究院江门检测院，广东江门 529000）

门式起重机抗倾覆稳定性分析

陈卓林

（广东省特种设备检测研究院江门检测院，广东江门 529000）

门式起重机目前有着广泛应用，是一种比较常见的起重机械，其在应用中使许多施工变得更加便利，但是同时也存在一定的危险性。倾覆是门式起重机应用过程中最危险的一种情况，在具体应用中，一旦发生倾覆，易造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此，衡量门式起重机械安全性的一项重要参数指标就是抗倾覆性。

门式起重机；抗倾覆稳定性；安全生产

起重机是在现代工业、建筑行业、物流运输业都有着广泛应用的一种特种设备，其在应用中的可靠性和安全性都决定了其在具体应用中发生故障的几率大小。由此可见，需要加强对起重机事故风险和安全性能的重点关注。起重机在应用中一旦发生事故，有可能会造成人员伤亡，通过大量起重机事故的统计数据可以看出，不少事故都是因为倾覆造成的。基于此，应当加强对倾覆事故的分析，从而降低事故发生几率。

1 起重机的发展现状及门式起重机介绍

1.1 起重机发展现状

我国第一台起重机是在20世纪50年代从国外引进的，自从引进第一台起重机之后，我国就不断加强对其的研究，并不断对其应用进行推广。前30年起重机的发展处于起步阶段，发展相对来说比较缓慢，随后进入了快速发展阶段，从目前的发展情况来看，未来一段时间，起重机行业将会进入到技术革命阶段。20世纪80年代，我国成立起重机行业协会，针对起重机未来的发展进行了科学规划，并且针对起重机的具体应用情况编写了相应的标准，从而使起重机在具体发展过程中能够有所依据，这也是我国起重机在发展过程中的一个重要转折点，从此我国起重机进入了快速发展阶段。

目前，我国已经具有上千家起重机制造厂家，每年都会生产各种不同类型的起重机数十万台，相关从业人员达到了几十万，各种不同规模的起重机数百种。在未来的一段时间里，起重机的发展仍然处于稳健发展时期。起重机也将会逐渐向智能化、大型化、可靠化方向发展，在安全性方法，要最大程度降低起重机在具体应用过程中的安全事故，降低经济损失和人员伤亡。

1.2 门式起重机

门式起重机，也被称作龙门吊，主要用于室外料场货、货场、散伙等装卸作业。其金属结构如同门型框架，在承载主梁下放安装了两条支脚，因此在应用中，能够在地面的轨道上移动，主梁两端有外伸悬臂梁。门式起重机在具体应用过程中，具有作业范围大、场地利用率高、适应面广、通用性强等诸多特点，因此其应用十分广泛。

2 起重机抗倾覆稳定研究

我国针对起重机抗倾覆稳定的研究较晚，早先对于起重机的研究主要借鉴国外的研究经验，依据相关的经验选取安全系数，从而完成相应的设计工作。在进入到20世纪80年代后，我国研究人员引入发达国家在起重机抗倾覆稳定性的计算方法，然后在依据我国起重机的具体发展情况进行适当调整，从而在我国进行推广应用。过去一段时间，在起重机的研究上，为了确保安全性，安全系数的设定显得相对比较保守，生产的起重机应用起来比较笨重，这不仅会在应用中的效率偏低，而且还会浪费大量的钢材与能源。近几年，随着我国针对起重机以及抗倾覆稳定性研究的不断深入，在研究上也取得了一定的进步，在起重机的具体设计上，逐渐依据计算及校核情况进行，从而生产出结构合理、安全性更高的起重机。

早在20世纪初期，欧洲一些国家就意识到了抗倾覆稳定性对起重机运行安全性的重要意义，因此加强了针对该方面的研究与分析，并且对应进行了推广。在不断的研究过程中，研究人员意识到，将计算机技术在起重机抗倾覆性计算中应用，可以使计算变得更加简单与准确，因此就将计算机技术应用在其中。到了20世纪80年代，计算机技术逐渐成熟，有限元分析技术的不断发展，起重机抗倾覆稳定计算逐渐进入到计算机辅助时代，计算机辅助计算、计算机辅助设施、计算机辅助分析、计算机辅助制造都成为了起重机在具体设计过程中不可或缺的工具。目前，我国的各大起重机制造商，都加强了该方面的研究，并且增加了针对性的投入，依据自身的实际情况，开发出了与自身情况相符的计算机软件，一方面降低了成本，另一方面也使计算过程变得更加简单。

起重机的抗倾覆稳定性指的是起重机在自重和荷载的双重作用下抗倾覆的能力，是对起重机安全性影响最为重要的一项参数，同时也是确保起重机安全运行的基础。起重机抗倾覆稳定性需要贯穿其设计与安全生产整个过程，其决定了起重机在应用中的倾覆风险，对起重机的安全性起到决定的控制作用。通过大量的经验可以发现，起重机的抗倾覆性稳定性达不到要求，在具体应用中有可能会出现倾覆事故，不仅会对设备造成破坏，而且有可能会引起人员伤亡，由此可见，确保起重机具有足够的倾覆稳定性，是设计、生产起重机过程中的一项基本任务。影响起重机抗倾覆稳定性的因素有荷载作用性质、施工现场的具体条件等。在对起重机的抗倾覆稳定性进行设计时，要依据相应的标准，进行详细计算，确保最终设计的合理性。

3 门式起重机抗倾覆稳定性计算

以升起高度为50m的门式起重机为例进行分析，针对如此高的升起高度，在具体应用中，必须要针对门式起重机的抗倾覆稳定性进行准确计算，只有这样才能确保作业任务的顺利开展，最大程度减少作业过程中各种安全事故的发生，降低经济损失，减少人员伤亡。由于门式起重机的横向（大车运行方向）在具体操作过程中，受到的风荷载较大，这也就导致了具有较大的倾覆力矩，因此在分析过程中，通过力矩法对该门式起重机非工作状态下风力10级，以及空载风暴侵袭锚固状态风力12级横向工况的抗倾覆稳定性进行校核，并且通过计算，获取风暴侵袭锚固状态时，能够达到锚固条件的要求，为日后具体设计提供参考。

3.1 计算参数

该门式起重机设的计算参数如下：（1）起重量Q=80t，起吊高度H=50m，跨度L=30m，前后两根支腿跨距B=25.6m，桥架与小车衔接起点h1=52.3m，齿轮压力22t，走台重量大小为5t。（2）起升冲击系数φ1=1.1，动载系数φ2=1.25。（3）工作状态风压P2=250N/m2，非工作状态10级风力情况下，风压P3=800N/m2，12级风压P4=1500N/m2。（4）C为风力系数，C主梁=1.68，C支腿=1.18。（5） K为风压高度系数变化，K主梁=1.66，K支腿=1.47。（6）A主梁迎风面积=114.99m2，A支腿总迎风面积=96.5m2。（7）f垂直静挠度L为跨度，依据f≥L/750的要求，允许挠度[f]=40mm。（8）门式起重机材料的屈服强度σ=235MPa，安全系数n=1.5，允许应力[σ]=156.7MPa。

3.2 横向工况1

横向工况1指的是大车走行方向，非工作状态风力级状况。在非工作状态下，起重机沿着大车的运行轨道造成了最大风力为10级风暴的侵袭，这对门式起重机的抗倾覆稳定性来说是一项考验，因此对该情况进行分析是必要的。抗倾覆稳定性校核计算如公式（1）所示。