分析起重机械在各类载荷条件下的抗倾覆稳定性

翟昊星

（菏泽市产品检验检测研究院，菏泽 274000）

2017年底，我国已有3500余家起重机械生产设计厂家，1800余家企业具备起重机械安装、拆卸许可证，其中，起重机械种类多达百余种，年产量几十万台，年产值两千多亿。“十三五”期间，起重机械行业仍将处于稳健发展期，起重机械发展趋势为智能化、超大型化、安全性高、性能可靠等，势必在最大程度上降低因起重机械自身原因而引起的事故发生率。

以1999～2015年的60起比较典型的起重机械事故为案例，发现起重机械发生倾覆性事故占较大比例。例如，2009年8月，上海市一台10t门式起重机发生倾覆，造成4死3伤；2016年东莞一台门式起重机发生倾覆，造成18人死亡、33人受伤的重大悲剧，直接经济损失1861万元。惨痛的事故实例说明，起重机的抗倾覆性问题，作为最基本的安全性能要求及其重要性日益凸显。为了更大程度地确保起重机作业时的安全性，防止事故的发生，必须要求起重机有足够的抗倾覆稳定性，这也是起重机设计的基本要求。

1 载荷的分类

起重机的抗倾覆稳定性指，起重机在自重和外载荷作用下具备抗翻倒的能力。其中外载荷分类有：常规载荷、偶然载荷和特殊载荷。

1.1 常规载荷

常规载荷是指，始终或经常作用和发生在起重机械上的载荷。包括由自身重量而产生的自重载荷、由吊运物品和吊具重量而产生的起升载荷、由驱动机构启停、制动器启停而引起的惯性载荷、由起重机械自身结构变形或移位所引起的载荷，以及这些载荷的动作过程中的动载荷（包括部分起升货物突然卸载时的动载荷、起重机械在不平道路或轨道接缝上运动时的运动冲击载荷、驱动机构加速引起的动载荷等）。

1.2 偶然载荷

偶然载荷是指，在起重机械正常工作条件下，不经常发生并作用的偶然载荷。主要有工作时的最大风载荷、偏斜运行时的水平侧向载荷以及根据起重机实际使用状况而决定考虑的坡道载荷、温度载荷等。

1.3 特殊载荷

特殊载荷是指，在非工作状态或非正常工作时，可能发生并作用的最大载荷。主要有非工作时的最大风载荷、非正常工作时的碰撞载荷、倾翻水平载荷、机构或部件失效引起的载荷以及安装、拆卸和运输环节不当引起的载荷。

2 起重机械抗倾覆稳定性分析的要求

2.1 验算原则

起重机械抗倾覆稳定性验算是，通过计算并确认起重机械在各种工况下最不利的载荷组合，选取相对于危险倾覆边的稳定力矩必须大于倾覆力矩。对于每一工况条件下的，起重机全部载荷所产生的力矩与能起倾覆作用的力矩之和应满足：∑M＞0，才能保证起重机是处于稳定的。在计算与确认起重机载荷时，需考虑起重机自身与部件位置以及使用情况对载荷的影响，应选取最不利方向和作用效果的载荷组合。对于无轨运行的起重机，当起重机需要在斜面上工作时，必须考虑起重机支撑面斜度对稳定性的影响。

2.2 危险倾覆边选取

起重机的倾覆边是指，发生倾覆时起重机绕边翻转的轴线。一般而言，起重机自身结构、俯仰或回转位置、载荷验算工况等，与选取起重机的危险倾覆边有关。抗倾覆稳定性校核应按照载荷力矩总和为危险倾覆情况进行计算。

3 各类起重机械抗倾覆稳定性验算

3.1 门座式和轨道式塔式起重机

一般选取轨距或轴距中数值较小者为危险倾覆方向。危险倾覆线多选取为一侧轨道，或是车轮中心线。臂架在水平平面内的位置应垂直于倾覆线。

3.2 在轨道上带载运行的塔式起重机

在轨道上带载运行的塔式起重机，在工况Ⅱ中还应当考虑，轨道允许的最大垂直高低差和坡度所引起的载荷。考虑风载荷的作用时，无论何种工作状态，风载荷均按最不利方向施加作用。制造商应提供所有工况下，塔式起重机对地面或基础作用的载荷。

3.3 除流动式、塔式和浮式起重机以外的起重机

对除流动式、塔式和浮式起重机以外的起重机进行计算，并确认起重机械在各种工况下最不利的载荷组合时，其自重载荷作为稳定力矩计算，而倾覆力矩应参照起重机设计规范GB3811-2008标准中的表54给出的计算载荷来进行验算。对其处于卸载状态，所有可移动工作部件都缩回到最靠近向后倾覆线的位置时，可按照力矩法和重力法来校核其抗倾覆稳定性。

3.4 岸边集装箱起重机

对于岸边集装箱起重机的抗倾覆稳定性分析时，校准沿大车轨道方向的横向稳定性，不取决于有无悬臂，而是选取左右车轮中心连线为倾覆边。当采用平衡梁为车架时，可选取平衡梁销轴中心连线为倾覆边。校准大车轨道方向的纵向稳定性，倾覆边的选取与悬臂有无、风向、俯仰状态有关，一般选取大车一侧轨道中心线。

4 结束语

起重机抗倾覆稳定性能始终贯穿于起重机的设计生产安装及使用的全过程，决定着起重机的倾覆风险，关乎着起重机的安全使用性能。当起重机械抗倾覆稳定性不足时，极易造成重大的人身和设备安全的倾覆事故，所以，保证起重机具有足够的抗倾覆稳定性，以及在使用过程中正确验算并确定各类工况的载荷，确保选取相对于危险倾覆边的稳定力矩始终大于倾覆力矩，是设计制造和生产使用工作过程中最基本的要求之一。