浅析轮式起重机的作业稳定性计算

2021-06-10王丰

中国设备工程 2021年10期

王丰

（徐州重型机械有限公司，江苏徐州 221000）

当轮式起重机在开展作业的过程中，往往会因为起吊较重的物体，致使起重机所受到的压力或载荷过大，致使它失去稳定性，从而引发翻倒的情况发生。这主要是因为起重机的稳定性完全依赖自身重量进行维持，因此使得具有一定的局限性，由此便可以了解到稳定性在起重机中占据着重要的作用。

1 稳定临界状态

如图1中的内容所示，可以了解到稳定临界状态是建立稳定性计算公式的重要依据，也是我们判断起重机稳定性是否良好的标准。例如，当起重机在开展作用时，如果发生倾翻，那么，它的B‘、B支腿便会离开地面，另外的A‘、A便会围绕进行翻转直到倾翻倒地为止。

由此，通过图1中的内容，我们从理论的角度分析，该起重机在运作时必然出现了一个处于稳定和失衡的状态中。通俗地说来，便是在这一个过程中起重机的重量被A‘、A所撑住，而B‘、B离开地面，虽然起重机既不出现倾翻，也不恢复稳定，这便是起重机的中间状态。另外，若是倾翻边缘A‘、A是一个平衡点，如果我们在它即将发生倾翻或稳定时施加一个重量，将会使得这个平衡遭受到破坏，马上让起重机出现倾翻或反复状态，那么，该情况统称为稳定临界状态。造成这一种情况的发生，主要是因为起重机属于刚体，特别是对于一些车架刚性较强的设备，这一种理论是实际存在的。但是在操作中，往往会因为设备的刚性不足从而出现较大的弹性变形，便导致这一种情况不一定发生，往往会出现下面两种情况：第一，在进行起吊后，起重机的B‘、B两个支腿并不是同时离地的，而是当其中一条支腿在离开地面后，虽然吊力变大不断离地，直到另一支腿要离地或根本不离。第二，在进行起吊后，起重机B‘、B都出现离地的情况，在这个过程中，若是将起吊幅度加大或减小，可能依旧会保持住一种平衡状态。因此面对这两种情况，我们很难找寻出稳定临界状态。那么，我们只能称这两种状态为稳定状态：第一，起重机全部支腿均已经落地。第二，起重机至少有着三只腿均已落地，但是，这种状态只能存在于某种特殊的场合，若是当支腿与地面存在部分松动，起重机则会出现严重的倾斜状态。

图1 稳定状态与稳定临界状态

2 静态稳定性计算

在这个过程中，我们可以发现，当起重机在起吊临界起重量的过程中，因为起重机正处于一个稳定的状态，即在倾翻线（A‘、A）中，它外侧的静力距便会出现平衡情况。

K主要是表示着起重机的安全参数，它是起重机位于倾翻线内侧的稳定力矩MS与外侧的力矩MT之比。如果当它的K等于1的时候，便可以表示起重机正处于临界状态。显然，在实际操作过程中，K必然会大于1，但是，在实际使用的过程中，对于K的限制数据应当规定多大，就需要从实际的情况出发。

3 动态稳定性

一般说来，在进行静态稳定性的计算后，我们便无须在开展动态的计算，主要原因有以下几个方面：第一，我们在进行静态稳定性安全系数数值时，便需要充分地考虑动态方面的影响效果。第二，使用的动态计算方式十分的复杂。第三，对得出的动态计算结果进行验证时，会面对验证困难的情况发生。第四，在整个公式中，需要考虑所有的附加因素参与计算过程。

4 起重机总中心轨迹校验稳定性

综上所述，在以上的起重机静、动态稳定性计算过程中，都是在基于一个假设，而失稳状况便是发生于吊臂在起重机的正侧方时，因此在面对这一种情况时，我们开展的任何计算都是以起重机吊臂正侧方进行的，但是这个过程会忽略在吊臂头部的水平侧向力工作。

另外，装卸用的轮胎式起重机在进行回转以及制动的过程中，因为它回转的速度较高，便会在一定程度上使物品所受切向惯性力变大，导致作用在吊臂头部的水平侧向力不可忽视。

因此面对这种情况，我们需要对起重机在进行回转工作时的稳定性进行重新计算。而且最危险的失稳工况，并非都是当起重机的吊臂位在正侧方的工况，而是当起重机在随着水平侧向力大小、支承尺寸而出现改变的。因此，接下来，我们主要是分析起重机在水平侧向力作用下，其起重机稳定性的简易计算方式，有效地利用起重机上的水平、垂直荷载的合力轨迹来对吊臂在旋转过程中的稳定性。那么在这一过程中，我们需要先假设吊臂方位的计算，当起重机进行吊重回转时，若是它的合力轨迹位于支承内，则表示起重机在各个方向的数据都较为稳定。而当起重机在确定的幅度下进行吊重回转时，那么它的所有荷载合力轨迹都呈现出一个圆。由此，通过这一系列的数据分析，我们便可以充分地了解到起重机的合理轨迹是否处于支承轮廓，若是处于则起重机便不会出现倾翻情况发生。

5 起重机的稳定起重特点

关于起重机的稳定起重量，它会在一定程度上随着工作幅度改变从而出现变化，因此其关系式可以写作为：

式中，Q为吊具重量；a为倾翻线的水平距离；r为回转中心的水平距离；G1为重机除吊臂、配重外的转动部分的总重量合力。L1为据回转中心的水平距离；G3为配重重量；L3为距回转中心的水平距离；R为幅度；G2为起重机的总垂直再和；K为冲击系数；并且在上个式子中的值，会随着臂长以及幅度R而出现改变。

因此，在进行设计的过程中，首先，应当对起重机内部各个机械的重量以及位置进行计算，在确定支腿、力矩等各项参数后，采用设计要求的起重量和臂长、幅度等进行计算，这样才能够得到相应的配重重量。接着，我们还应当从起重机的稳定性角度出发，从稳定性公式中求出不同的幅度、不同的臂长起重量，下面介绍三种方式：第一，提高起重机的配重，通俗地说，便是增大起重机的与吊重载荷相反方向的重量，但是在操作过程中，应当注意如果配重较大，则可能会导致起重机的吊臂向后出现倾翻。因此，面对这种情况，我们应当对起重机的后翻稳定性重新计算。另外，起重机在不工作时，它并没有载荷，因此，它的自重合力在吊臂上起时便不会落在倾翻线外面，并且为了能够保障具有一定的安全度，我们还应当规定吊臂在处于正侧方以及正后方的时候，吊臂一侧的支腿参数之和不得小于15%的自重合力。第二，将起重机的支腿跨距加大，以此达到增加外移倾翻线的目标，但是在提高的过程中，我们应当进一步保障起重机的各方向作业性能的平衡。第三，有效地减少吊臂的自重，在这个过程中，我们可以通过选择一些高强度的钢材，同时对吊臂截面进行优化，达到在相同重量下起重臂性能的提升，这样能够有效地加强它的起重重量。

6 结论以及说明的问题

第一，我们在实际的应用过程中，需要在面对不同的情况时使用不同的计算方式。并且对于安装型起重机而言，不论是对于大型、中型还是小型的起重机来讲，都可以使用静态稳定系数。但是对于装卸型起重机而言，我们则需要按照它的总中心轨迹来检验出它在侧向力作用下的稳定性数据。第二，在本文中，我们主要是对起重机支腿吊重情况以及数据进行分析，但是，当我们不对支腿吊重进行计算时，而对起重机轮胎计算时，它的计算方式与支腿的计算方式存在不同的方法，因此，我们在对这一个参数开展计算的过程中，应当取稳定系数K值取大一些。第三，其中作业幅度增量的计算，这一种增量的由来，主要是因为起重机内部的弹性变形以及各个零部件之间所存在的间隙，但是这个数据对于总体的计算结果影响不大，因此，我们可以不用考虑。