一種汽車式起重機防傾翻方法的研究

周衛兵 楊禮鵬 黎波

摘要：通過對汽車起重機傾翻事故分析，提出通過實時計算汽車起重機上部重心并把重心坐標與四支腿連接的矩形框進行比較。如果在矩形框內，起重機是安全的;超出矩形框，即存在傾翻危險。簡化目前常用的防傾翻措施，提高汽車起重機的安全性。

關鍵詞：汽車式起重機;重心;矩形框;安全性

汽車式起重機具有機動靈活的特點，在工程施工中得到廣泛應用。由于在施工作業中，起重機操作人員不按照安全操作規程操作使用、違章超載作業、非駕駛人員操作和非信號指揮人員指揮作業、作業中不重視支腿基礎設置等原因，造成汽車式起重機傾翻事故時有發生，導致人員受傷、財產損失，嚴重者機毀人亡，給企業、個人以及全社會造成重大影響。通過對起重機傾翻事故的研究，提出一種新的防傾翻方法，如實反映其所處的安全狀態，對提高設備作業安全性具有十分重要的意義。

一 ?汽車式起重機的安全性

汽車式起重機最為嚴重的事故是“翻車”事故，翻車分為行駛中發生和吊裝過程發生，其中吊裝過程中的翻車事故最為常見。本文主要研究吊裝過程中的翻車事故的預防方法。

影響汽車起重機安全性的主要因素：

1、非起重機駕駛員操作

在很多汽車起重機翻車的事故中，有不少是非駕駛人員進行操作，由于他們對起重機性能知道甚微，不懂機器操作，不懂得各類具體情況處理，有的甚至連吊車自身起重力矩表都看不懂，在盲目超載狀況下作業，導致傾翻事故發生其原因之一。

2、汽車式起重機支腿基礎不穩

汽車式起重機屬于行走式起重機流動性強，機動靈活，其基礎設置沒有固定的地點或者行走軌道，基礎設置靈活、流動，因為汽車式起重機支腿基礎的不穩定，時常導致傾翻事故發生。常見的錯誤基礎有：墊木腐爛;不穩固的基坑邊坡;未經處理的地下管溝;支腿損壞等。

3、超載作業

在汽車式起重機實際使用過程中，超載現象時有發生，超載也是導致汽車式起重機翻車事故最為主要的原因。汽車式起重機傾翻就是一瞬間發生的，當達到力矩的臨界點，再向危險方向運動，就會導致傾翻。

4、非信號指揮人員指揮吊裝

汽車式起重機傾翻事故不但駕駛人員是主要責任者，信號指揮人員更是關鍵，現在有很多的施工現場沒有經過嚴格培訓取得特種操作證的有經驗的正式信號指揮工，多數是只經過簡單培訓，或者沒有培訓就上崗指揮汽車式起重機進行吊裝和吊運作業，有的甚至連信號都比劃不準確，更重要的是這些人員根本沒有對吊物的估重能力，所以很多時候都在違章指揮或者超載指揮，一旦設備的力矩限制器失效，后果不堪設想，這是導致傾翻事故發生原因之一。

5、報廢的汽車式起重機繼續使用

在經濟利益的驅使下，目前仍有很多已經報廢的起重機再繼續使用。個別人員將已經報廢汽車式起重機整機買下來，對機器外觀重新噴漆，經過簡單的“梳洗打扮”一番，重新投入市場使用。對內部構件銹蝕，結構損壞，安全裝置失效，未做任何處理。在使用過程中，缺乏有效的檢測、監督環節，以低價承攬吊裝和物體吊運工程，往往導致傾翻事故發生。

二 常用的防傾翻方法

目前常用的防傾翻方法是力矩限制保護器。通過實時計算吊臂及重物的力矩，使其力矩小于汽車式起重機在設計時可以達到的力矩，對汽車式起重機進行保護。然而，力矩限制保護器價格較貴，一些小型的起重設備為了節省成本，幾乎沒有保護措施，完全靠操作人員的經驗。

目前常用的力矩限制保護器需要單獨的控制單元、長度傳感器、多個角度傳感器、多個壓力傳感器等關鍵元件組成。起重機臂在執行吊載情況下會存在的較大變形，導致計算存在較大偏差。在吊裝作業重，力矩限制器無法計算風載力的影響。另外對于折臂吊，塔吊等吊臂工作情況復雜的設備，計算更加復雜，誤差更大。同時由于操作人員強制超載運行，導致傾翻事故常有發生。

三 新的汽車式起重機防傾翻方法

通過對目前常用的防傾翻方法的研究，本文提出了一種新的防傾翻方法：通過實時計算吊臂，配重，回轉中心及重物等總重量的重心坐標，并與汽車起重機支腿連接起來的矩形區域進行比較。如果重心坐標投影在支腿所形成的矩形區域內或邊界線上時，汽車式起重機是安全的;如果超出了矩形區域，汽車式起重機是危險的，應限制危險方向動作。（危險方向：重物提升，吊臂伸出，吊臂下落）。

1、力學模型分析

汽車式起重機在實際工作過程中，除了起重機自身重量、起重載荷外，還受到風力、坡度、慣性力、回轉力等情況。為了便于計算，風力、慣性力和回轉力可以直接簡化為計算出的吊載重量來考慮。設定吊臂、配重、回轉中心及重物的重心坐標為X（x，y，z）。其受力圖如下：

2、重心坐標計算

設定吊臂質量m1，支撐油缸及液壓油質量m2，配重質量m4，回轉平臺質量m3，吊重載荷m吊，他們的總質量為M。起重機吊臂質量及其在不同臂長時的重心位置，在設計時候已經確定，可以直接使用。配重和回轉中心質量及他們各自的重心坐標是確定的，支撐油缸及內部液壓油可以計算求得其質量和重心坐標。吊載重物的重心及其重量可以通過吊臂長度及液壓缸的壓力和吊臂角度求得。有各個部分的重量和坐標，可以計算求得它們的重心坐標。

已知：，重心坐標為X（x，y，z），各部分的重心坐標為（x1，y1，z1），（x2，y2，z2），（x3，y3，z3），（x4，y4，z4），（x吊，y吊，z吊）。因為只需要比較重心坐標與支腿連接的矩形區域的位置關系，可以不用考慮Z的位置。

根據重心坐標的計算公式，可以計算出總的坐標：

計算出總的重心坐標后，與四個支腿所構成的矩形區域進行比較，判斷是否在安全區域，并根據判斷結果對起重機動作進行控制。

3、輔助措施

采用重心坐標判斷起重機的穩定狀態，方法比較簡單有效。但是需要其他的檢測條件才可以使用。

首先，支腿及支腿基礎需要穩固，且水平。可以在支腿上面安裝壓力傳感器，判斷每個支腿的受力狀態，當即將超過支腿的受力極限時，需要限制汽車式起重機的危險方向動作。

第二，汽車式起重機的回轉平臺需要水平。當回轉平臺傾斜的時候，判斷會存在較大的誤差。需要利用水平傾角傳感器實時檢測平臺的狀態。當超出工作范圍時，限制設備動作。

第三，確保起重機駕駛員操作起重機，嚴禁無證人員誤操作。

四 結論

通過實時計算汽車式起重機吊臂、配重、回轉中心、重物的重心坐標，并與支腿所形成的矩形區域進行比較。當在矩形區域內或者邊界上時，機器是安全的，不存在傾翻的危險。當超出矩形區域時，機器存在傾翻的危險，應立即限制機器危險方向動作。該方法簡單方便，簡化復雜的力矩計算，對于提高汽車起重機的安全性有重要的作用。

參考文獻

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[3]甄正義，唐超;起重機多功能安全保護裝置[J];起重運輸機械;1996年01期

（作者單位：1 益陽職業技術學院;2藍思智能機器人（長沙）有限公司;3 三一集團汽車起重機有限公司）