淺談起重機的安全狀態(tài)控制問題

陳愛民,陳 杰

（江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院揚州分院,江蘇 揚州 225009）

1 引言

起重機的工作循環(huán)可概括為取料、移動、卸載等交替運動。其特點是間歇性的循環(huán)工作，經(jīng)常處在起動、停止和正反運動等狀態(tài)下。起重機由起升機構、變幅機構、回轉(zhuǎn)機構、金屬機構、動力裝置和必要的輔助裝置組合而成。起重機用途比較廣泛，如船廠中經(jīng)常看到的龍門吊、港口裝卸用的橋吊、船舶上經(jīng)常見到的臂駕式起重機、公路上經(jīng)常見到的吊車等。其通用性較強，配備不同形式的裝置可吊運散裝貨物或液態(tài)物料，如配備抓斗可進行土石方抓取作業(yè)。

圖1 A型斷裂

2 起重機的整體構造

起重機的類型較多，究其本質(zhì)由起升機構、運行機構、調(diào)幅機構、回轉(zhuǎn)機構和金屬結(jié)構等組合成。

（1）起升機構：起重機的起升機構有通過動力源（如絞車）與吊掛系統(tǒng)組成的（此類較常見），也有通過液壓系統(tǒng)與吊運裝置組成的。吊掛系統(tǒng)通常由滑輪組、鋼絲繩、吊具裝置等組成。

（2）運行機構：通常由電動機、車輪、減速器和制動器組成，做縱向運動移動重物或調(diào)整工作位置。

（3）變幅機構：僅在臂架式起重機上配備，用來改變作業(yè)幅度，使吊運物品沿臂架徑向水平位移的機構。臂架俯下時幅度變大，仰起時幅度變小。按性能可分為平衡變幅與非平衡變幅兩種形式。按性能要求可分為平衡變幅和非平衡變幅兩種。平衡變幅即在變幅過程中重物能沿水平狀態(tài)或接近水平的狀態(tài)移動，臂架系統(tǒng)的重心不變或者沿水平移動。此種變幅系統(tǒng)可以降低能耗。非平衡變幅與平衡變幅相對，即不沿水平狀態(tài)移動，臂架系統(tǒng)的重心位置在發(fā)生變化。這種變幅系統(tǒng)在臂架幅度減小時，會消耗較大驅(qū)動功率；臂架幅度變大時會引起較大的慣性載荷不利于安全作業(yè)。通常帶載條件下，起重機采用平衡變幅，避免較大的慣性載荷，降低發(fā)生危險的可能性。

（4）回轉(zhuǎn)機構：通過回轉(zhuǎn)支撐裝置與驅(qū)動裝置使臂架回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)支撐裝置由起重機的轉(zhuǎn)動部位支持在非轉(zhuǎn)動部位上，驅(qū)動裝置帶動起重機的轉(zhuǎn)動部分回轉(zhuǎn)。

（5）金屬結(jié)構：即起重機的骨架。不同形式的起重機有不同類型的金屬結(jié)構形式。其主要承載件如臂架、橋架與門架等。在起重機的外形尺寸和總重量中，金屬結(jié)構占很大部分。研發(fā)新性起重機的一項重要性能指標即為在金屬結(jié)構不發(fā)生破壞、不發(fā)生過度形變和振動情況下，優(yōu)化金屬結(jié)構減輕結(jié)構重量提升使用壽命。

起重機金屬結(jié)構的重量通常占整機重量的 60～70%；對于具有大型金屬結(jié)構的起重機，如各類裝卸橋，金屬結(jié)構比重可以上升到80～90%。可以見作為起重機的“骨架”在，在起重機系統(tǒng)里的作用是非常重要的。

3 起重機結(jié)構裂紋形式與分類

斷裂情況根據(jù)受力的方向不同，可籠統(tǒng)分為三種斷裂類型的組合，分別稱作 A 型斷裂、B 型斷裂與 C 型斷裂。A 型斷裂屬于張開型斷裂見圖 1，如板塊上有一條垂直于拉力方向的裂紋；長圓筒在內(nèi)壓作用下的縱向裂紋。B 型斷裂屬于滑移型斷裂見圖 2，如在齒輪或花鍵根部受剪切產(chǎn)生的切向裂紋；在扭矩作用下受扭薄壁圓筒上筒壁的環(huán)向裂紋。C 型斷裂屬于滑移斷裂見圖 3，如圓軸上的環(huán)型切槽或表面環(huán)形裂紋。

A 型、B 型、C 型斷裂中，A 型斷裂最為普便，也是最危險的。在多個港口的調(diào)查情況表明：港口機械金屬結(jié)構最主要的故障之一就是裂紋，有裂紋并不意味著金屬結(jié)構的立即失效，也不意味著它已喪失了承載能力，只要對產(chǎn)生的裂紋進行有效地預防和控制，防止裂紋的快速擴展，就可以保證結(jié)構的安全性，從而延長機械的使用壽命。

圖2 B型斷裂

圖3 C型斷裂

4 機械結(jié)構技術性能狀態(tài)的主要指標

當然這些理論計算和試驗與實際情況還是有一定差距，畢竟實際情況要復雜得多。但可以對起重機的安全狀態(tài)監(jiān)控起到指導作用，從而可以對起重機的安全管理從技術層面和安全管理程序?qū)用嫫鸬揭欢ㄗ饔?。描述起重機金屬結(jié)構技術性能的指標很多，主要可歸納為兩大類，即可見事實類和理論計算/試驗數(shù)值類?？梢娛聦嶎愑校河袩o開裂及其程度；有無變形及其程度如象鼻梁變形情況、大拉桿或小拉桿變形情況、臂架變形情況等；有無震顫及其程度；有無銹蝕及其程度；探傷情況；材料性能情況；結(jié)構抗斷能力情況；有無修理及其修理后的使用狀況，如小修情況、是否中修過、中修后的使用情況、是否大修過、大修后的使用情況。理論計算/試驗數(shù)值類有：計算和試驗得出的靜強度；計算和試驗得出的動應力；計算和試驗得出的靜剛度，如裝卸橋橋架下?lián)虾烷T座起重機象鼻梁的下?lián)系臏y試結(jié)果與計算結(jié)果；計算和試驗得出的動剛度，如門座起重機的固有頻率（平衡梁的固頻、大拉桿的固頻、門架的固頻）、裝卸橋整機的固有頻率（一階固頻、二階固頻、三階固頻）、裝卸橋前橋的固有頻率。上述各狀態(tài)與數(shù)值指標是反映結(jié)構技術性能狀態(tài)的參考數(shù)據(jù)，從而能夠綜合對結(jié)構件情況進行衡量。

5 總結(jié)

隨著信號分析、計算機技術與數(shù)據(jù)處理技術、油液監(jiān)測技術、控制理論、噪聲理論、振動理論等相關學科的發(fā)展與成熟，使起重機機械安全狀態(tài)的監(jiān)測變得更加可靠、快捷。

這些技術的綜合運用會使起重機械的管理及穩(wěn)定、可靠、安全、長久、高效的運行提供強有力的技術支持，也給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。盡管在技術層面上對起重機械的安全監(jiān)控提供了有力的保障，但人的因素在起重機械的安全狀態(tài)上也起著不可忽視的作用。

[1]萬力.起重機械安裝使用維修檢驗手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2000.

[2]王福棉.起重機械技術檢驗[M].北京：學苑出版社,2000.

[3]謝光志,曹紅霞.大型鑄造起重機升級改造實踐[J].安徽冶金,2006(04) .

[4]張波.自激動力制動在起重機中的應用[J].安徽電氣工程職業(yè)技術學院學報, 2005(01) .

[5]向溢,譚家華. 特種起重吊鉤的有限元分析[J].港口裝卸,2001(01) .