关于起重机抗倾覆稳定性的分析

胡婷

（湖北特种设备检验检测研究院潜江分院，湖北 潜江 433100）

起重机起升作业在工程建设过程中起着重要作用。近年来，施工机械化水平不断提高，对起重机安全提出了更高的要求。本文将探讨起重机倾覆原因以及基于物理仿真引擎技术的起重机倾覆稳定性系统设计等方面的内容。

1 起重机倾覆原因分析

目前起重机的使用寿命并不短，它是许多建设项目的重要组成部分，在性能显示以及完成工作任务方面都非常出色。通过对起重机倾覆原因的分析，发现起重机倾覆表现在很多方面，但经过总结分析，只是由于地面不牢固，或者在使用起重机的过程中，存在超载问题，最终导致起重机倾覆，导致起重机翻倒。在分析起重机翻转的原因时，通常会受到计算工具等多种条件的限制。传统的起重机设计一般采用静力分析方法，即在分析起重机受力时，将瞬时作用的动载荷视为连续作用的静力。从我国现行规范出发，针对各种动载系数，从静力设计的角度对其中的大部分内容进行了分析和处理。可是该项方法在实施的过程中，并没有办法得到准确的结果，自身的分析计算过程即便表现为简单的状态，但是对于起重机的真实工作状况而言，做不到一个特别正确的反应，给起重机抗倾覆原因分析带来较大的影响。传统方法的缺陷问题。对于小吨位的起重机并不是特别的明显，可是在大吨位的起重机当中，传统方法展现出的缺陷是特别突出的。针对起重机后翻稳定性的动载系数，我国现行规范做了明确的规定，倘若依此进行设计，那么对于150t及以上的起重机而言，其在轨迹的标准上需要≥8m的标准。对于国外的标准而言，150t及以上的起重机在轨迹上需要保持在6m及以下的标准上。从实际作业的方法来看，倘若没有对起重臂的臂长做出一个准确的估量，或者是在载荷重量的确定过程中出现了差错的现象，很容易导致载荷的重量超过起重机本身能够承受的限度，进而造成倾覆。

2 基于物理仿真引擎技术的起重机倾覆稳定性系统设计

基于物理仿真引擎技术的起重机防倾覆稳定系统设计的模块化设计方法，主要体现在对相关系统内部功能进行分析比较的基础上，对各种相关功能进行集中管理，进而形成新的模块。

2.1 起重机模型倾覆分析

如果物体的力是不平衡的，不能满足某些特定的条件，当越过重力垂直线交叉的支撑点，对象将颠覆。例如在静态翻转条件下，对长方体进行了研究和分析。在起重机模型中长方体开始的水平力作用下，从平衡到左边，和重心越过支撑点，那么长方体将颠覆。这三种状态下的水平力：f1、f2、f3是静态摩擦力；L2、L3是重力支撑作用线之间的距离。当物体的底边翘起时，出现失稳状况，但是倾覆状况不一定发生，但当物体的重心越过支撑点时，倾覆状况便会发生。而如果物体重心这一作用线因为主臂产生回转、变幅或伸缩已经和支撑点较为靠近时，那么产生倾覆就要起重机模型的情况容易的多。因此当物体的底边翘起时，产生倾覆的可能性则是不可避免的。

2.2 力矩不等式法

扭矩不等式法不仅被GB/T3811—2008起重机设计规范采用，而且在欧美等发达国家也得到了广泛的应用。力矩不等式方法检验抗倾覆稳定性的基本原则有以下几点。（1）稳定性计算的分组或分类。其分组或分类主要依据结构外观、工作条件和稳定性的要求。（2）确定计算条件。主要包括工作状态和非工作状态、动静态、试验状态或风荷载。（3）选择最不利的载荷组合。因为各种载荷变化作用具有随机性，对起重机的稳定性有实际的影响，计算时应对各种载荷分别给予相应的载荷增大系数。（4）稳定性计算。当所有力矩的代数和大于等于零时，则可以判定起重机的稳定性是足够的，不会发生倾覆事故。（5）危险倾覆边的确定。带载水平运行的起重机，倾覆边为横向和纵向；运行机构只作非吊重移位的定点吊装的起重机，倾覆边为其支撑多边形。

2.3 稳定性安全系数法

稳定性安全系数法适用于各种移动式起重机的稳定性计算。将稳定性安全系数法的概念作为衡量和评价起重机稳定性的一个定量指标。这种方法仍在一些欧洲国家使用。稳定性安全系数法的基本原理如下。（1）稳定性安全系数法是指起重机在各种外部载荷作用下，危险倾覆边缘的稳定力矩与倾覆力矩之比。（2）起重机稳定性的工作条件通常包括非工作稳定性和工作稳定性，起重机的实际抗倾覆能力由稳定性系数指数K反映，该指数也是起重机不倾覆的概率。在各种计算条件下，稳定系数的允许值如表1所示。（3）各种作用载荷应按相关标准规定其属性，稳定性力矩和倾覆力矩应按起重机可能处于的最不利情况、承受最不利载荷组合进行计算。

表1 稳定安全系数法许用值

2.4 起重机的额定工作技术要求

稳定系数定义为起重机所受的各种外力对倾覆边产生的稳定力矩与倾覆力矩的比值，稳定系数作为起重机抗倾覆能力的判据，不能小于规定值。稳定系数有三种规定值：工作状态考虑附加载荷的载重稳定系数为1.15；工作状态不考虑附加的载重稳定系数为1.4；自重稳定系数为1.15。

关于起重机的额定工作技术，我们提出以下几点要求。一是严格按起重机的额定重量表和起升高度曲线作业。起吊物品不能超过规定的工作幅度和相应的额定重量，严禁超载作业。二是不允许用起重机吊拔起重量和拉力不清的埋置物体，冬季不能吊拔冻住的物体。三是不要斜拉和斜吊，否则容易造成起重机倾翻；不要随便增加平衡重或减少变幅钢丝绳。四是避免上车突然起动或制动，起吊起重量大、尺寸大、起升高度大时更应注意。

3 结语

综上所述，本文分析了起重机翻转的原因，我们指出起重机倾覆稳定性系统通常会受到计算工具等多种条件的限制。传统的起重机设计一般采用静力分析方法，即在分析起重机受力时，将瞬时作用的动载荷视为连续作用的静力。本文指出要对起重机模型进行倾覆分析、力矩不等式法、稳定性安全系数法以及额定工作技术要求方面的分析，以此来促进起重机抗倾覆稳定性能的提升。