分析起重機械在各類載荷條件下的抗傾覆穩定性

翟昊星

（菏澤市產品檢驗檢測研究院，菏澤 274000）

2017年底，我國已有3500余家起重機械生產設計廠家，1800余家企業具備起重機械安裝、拆卸許可證，其中，起重機械種類多達百余種，年產量幾十萬臺，年產值兩千多億。“十三五”期間，起重機械行業仍將處于穩健發展期，起重機械發展趨勢為智能化、超大型化、安全性高、性能可靠等，勢必在最大程度上降低因起重機械自身原因而引起的事故發生率。

以1999～2015年的60起比較典型的起重機械事故為案例，發現起重機械發生傾覆性事故占較大比例。例如，2009年8月，上海市一臺10t門式起重機發生傾覆，造成4死3傷；2016年東莞一臺門式起重機發生傾覆，造成18人死亡、33人受傷的重大悲劇，直接經濟損失1861萬元。慘痛的事故實例說明，起重機的抗傾覆性問題，作為最基本的安全性能要求及其重要性日益凸顯。為了更大程度地確保起重機作業時的安全性，防止事故的發生，必須要求起重機有足夠的抗傾覆穩定性，這也是起重機設計的基本要求。

1 載荷的分類

起重機的抗傾覆穩定性指，起重機在自重和外載荷作用下具備抗翻倒的能力。其中外載荷分類有：常規載荷、偶然載荷和特殊載荷。

1.1 常規載荷

常規載荷是指，始終或經常作用和發生在起重機械上的載荷。包括由自身重量而產生的自重載荷、由吊運物品和吊具重量而產生的起升載荷、由驅動機構啟停、制動器啟停而引起的慣性載荷、由起重機械自身結構變形或移位所引起的載荷，以及這些載荷的動作過程中的動載荷（包括部分起升貨物突然卸載時的動載荷、起重機械在不平道路或軌道接縫上運動時的運動沖擊載荷、驅動機構加速引起的動載荷等）。

1.2 偶然載荷

偶然載荷是指，在起重機械正常工作條件下，不經常發生并作用的偶然載荷。主要有工作時的最大風載荷、偏斜運行時的水平側向載荷以及根據起重機實際使用狀況而決定考慮的坡道載荷、溫度載荷等。

1.3 特殊載荷

特殊載荷是指，在非工作狀態或非正常工作時，可能發生并作用的最大載荷。主要有非工作時的最大風載荷、非正常工作時的碰撞載荷、傾翻水平載荷、機構或部件失效引起的載荷以及安裝、拆卸和運輸環節不當引起的載荷。

2 起重機械抗傾覆穩定性分析的要求

2.1 驗算原則

起重機械抗傾覆穩定性驗算是，通過計算并確認起重機械在各種工況下最不利的載荷組合，選取相對于危險傾覆邊的穩定力矩必須大于傾覆力矩。對于每一工況條件下的，起重機全部載荷所產生的力矩與能起傾覆作用的力矩之和應滿足：∑M＞0，才能保證起重機是處于穩定的。在計算與確認起重機載荷時，需考慮起重機自身與部件位置以及使用情況對載荷的影響，應選取最不利方向和作用效果的載荷組合。對于無軌運行的起重機，當起重機需要在斜面上工作時，必須考慮起重機支撐面斜度對穩定性的影響。

2.2 危險傾覆邊選取

起重機的傾覆邊是指，發生傾覆時起重機繞邊翻轉的軸線。一般而言，起重機自身結構、俯仰或回轉位置、載荷驗算工況等，與選取起重機的危險傾覆邊有關。抗傾覆穩定性校核應按照載荷力矩總和為危險傾覆情況進行計算。

3 各類起重機械抗傾覆穩定性驗算

3.1 門座式和軌道式塔式起重機

一般選取軌距或軸距中數值較小者為危險傾覆方向。危險傾覆線多選取為一側軌道，或是車輪中心線。臂架在水平平面內的位置應垂直于傾覆線。

3.2 在軌道上帶載運行的塔式起重機

在軌道上帶載運行的塔式起重機，在工況Ⅱ中還應當考慮，軌道允許的最大垂直高低差和坡度所引起的載荷。考慮風載荷的作用時，無論何種工作狀態，風載荷均按最不利方向施加作用。制造商應提供所有工況下，塔式起重機對地面或基礎作用的載荷。

3.3 除流動式、塔式和浮式起重機以外的起重機

對除流動式、塔式和浮式起重機以外的起重機進行計算，并確認起重機械在各種工況下最不利的載荷組合時，其自重載荷作為穩定力矩計算，而傾覆力矩應參照起重機設計規范GB3811-2008標準中的表54給出的計算載荷來進行驗算。對其處于卸載狀態，所有可移動工作部件都縮回到最靠近向后傾覆線的位置時，可按照力矩法和重力法來校核其抗傾覆穩定性。

3.4 岸邊集裝箱起重機

對于岸邊集裝箱起重機的抗傾覆穩定性分析時，校準沿大車軌道方向的橫向穩定性，不取決于有無懸臂，而是選取左右車輪中心連線為傾覆邊。當采用平衡梁為車架時，可選取平衡梁銷軸中心連線為傾覆邊。校準大車軌道方向的縱向穩定性，傾覆邊的選取與懸臂有無、風向、俯仰狀態有關，一般選取大車一側軌道中心線。

4 結束語

起重機抗傾覆穩定性能始終貫穿于起重機的設計生產安裝及使用的全過程，決定著起重機的傾覆風險，關乎著起重機的安全使用性能。當起重機械抗傾覆穩定性不足時，極易造成重大的人身和設備安全的傾覆事故，所以，保證起重機具有足夠的抗傾覆穩定性，以及在使用過程中正確驗算并確定各類工況的載荷，確保選取相對于危險傾覆邊的穩定力矩始終大于傾覆力矩，是設計制造和生產使用工作過程中最基本的要求之一。