淺析輪式起重機的作業穩定性計算

王豐

（徐州重型機械有限公司，江蘇 徐州 221000）

當輪式起重機在開展作業的過程中，往往會因為起吊較重的物體，致使起重機所受到的壓力或載荷過大，致使它失去穩定性，從而引發翻倒的情況發生。這主要是因為起重機的穩定性完全依賴自身重量進行維持，因此使得具有一定的局限性，由此便可以了解到穩定性在起重機中占據著重要的作用。

1 穩定臨界狀態

如圖1中的內容所示，可以了解到穩定臨界狀態是建立穩定性計算公式的重要依據，也是我們判斷起重機穩定性是否良好的標準。例如，當起重機在開展作用時，如果發生傾翻，那么，它的B‘、B支腿便會離開地面，另外的A‘、A便會圍繞進行翻轉直到傾翻倒地為止。

由此，通過圖1中的內容，我們從理論的角度分析，該起重機在運作時必然出現了一個處于穩定和失衡的狀態中。通俗地說來，便是在這一個過程中起重機的重量被A‘、A所撐住，而B‘、B離開地面，雖然起重機既不出現傾翻，也不恢復穩定，這便是起重機的中間狀態。另外，若是傾翻邊緣A‘、A是一個平衡點，如果我們在它即將發生傾翻或穩定時施加一個重量，將會使得這個平衡遭受到破壞，馬上讓起重機出現傾翻或反復狀態，那么，該情況統稱為穩定臨界狀態。造成這一種情況的發生，主要是因為起重機屬于剛體，特別是對于一些車架剛性較強的設備，這一種理論是實際存在的。但是在操作中，往往會因為設備的剛性不足從而出現較大的彈性變形，便導致這一種情況不一定發生，往往會出現下面兩種情況：第一，在進行起吊后，起重機的B‘、B兩個支腿并不是同時離地的，而是當其中一條支腿在離開地面后，雖然吊力變大不斷離地，直到另一支腿要離地或根本不離。第二，在進行起吊后，起重機B‘、B都出現離地的情況，在這個過程中，若是將起吊幅度加大或減小，可能依舊會保持住一種平衡狀態。因此面對這兩種情況，我們很難找尋出穩定臨界狀態。那么，我們只能稱這兩種狀態為穩定狀態：第一，起重機全部支腿均已經落地。第二，起重機至少有著三只腿均已落地，但是，這種狀態只能存在于某種特殊的場合，若是當支腿與地面存在部分松動，起重機則會出現嚴重的傾斜狀態。

圖1 穩定狀態與穩定臨界狀態

2 靜態穩定性計算

在這個過程中，我們可以發現，當起重機在起吊臨界起重量的過程中，因為起重機正處于一個穩定的狀態，即在傾翻線（A‘、A）中，它外側的靜力距便會出現平衡情況。

K主要是表示著起重機的安全參數，它是起重機位于傾翻線內側的穩定力矩MS與外側的力矩MT之比。如果當它的K等于1的時候，便可以表示起重機正處于臨界狀態。顯然，在實際操作過程中，K必然會大于1，但是，在實際使用的過程中，對于K的限制數據應當規定多大，就需要從實際的情況出發。

3 動態穩定性

一般說來，在進行靜態穩定性的計算后，我們便無須在開展動態的計算，主要原因有以下幾個方面：第一，我們在進行靜態穩定性安全系數數值時，便需要充分地考慮動態方面的影響效果。第二，使用的動態計算方式十分的復雜。第三，對得出的動態計算結果進行驗證時，會面對驗證困難的情況發生。第四，在整個公式中，需要考慮所有的附加因素參與計算過程。

4 起重機總中心軌跡校驗穩定性

綜上所述，在以上的起重機靜、動態穩定性計算過程中，都是在基于一個假設，而失穩狀況便是發生于吊臂在起重機的正側方時，因此在面對這一種情況時，我們開展的任何計算都是以起重機吊臂正側方進行的，但是這個過程會忽略在吊臂頭部的水平側向力工作。

另外，裝卸用的輪胎式起重機在進行回轉以及制動的過程中，因為它回轉的速度較高，便會在一定程度上使物品所受切向慣性力變大，導致作用在吊臂頭部的水平側向力不可忽視。

因此面對這種情況，我們需要對起重機在進行回轉工作時的穩定性進行重新計算。而且最危險的失穩工況，并非都是當起重機的吊臂位在正側方的工況，而是當起重機在隨著水平側向力大小、支承尺寸而出現改變的。因此，接下來，我們主要是分析起重機在水平側向力作用下，其起重機穩定性的簡易計算方式，有效地利用起重機上的水平、垂直荷載的合力軌跡來對吊臂在旋轉過程中的穩定性。那么在這一過程中，我們需要先假設吊臂方位的計算，當起重機進行吊重回轉時，若是它的合力軌跡位于支承內，則表示起重機在各個方向的數據都較為穩定。而當起重機在確定的幅度下進行吊重回轉時，那么它的所有荷載合力軌跡都呈現出一個圓。由此，通過這一系列的數據分析，我們便可以充分地了解到起重機的合理軌跡是否處于支承輪廓，若是處于則起重機便不會出現傾翻情況發生。

5 起重機的穩定起重特點

關于起重機的穩定起重量，它會在一定程度上隨著工作幅度改變從而出現變化，因此其關系式可以寫作為：

式中，Q為吊具重量；a為傾翻線的水平距離；r為回轉中心的水平距離；G1為重機除吊臂、配重外的轉動部分的總重量合力。L1為據回轉中心的水平距離；G3為配重重量；L3為距回轉中心的水平距離；R為幅度；G2為起重機的總垂直再和；K為沖擊系數；并且在上個式子中的值，會隨著臂長以及幅度R而出現改變。

因此，在進行設計的過程中，首先，應當對起重機內部各個機械的重量以及位置進行計算，在確定支腿、力矩等各項參數后，采用設計要求的起重量和臂長、幅度等進行計算，這樣才能夠得到相應的配重重量。接著，我們還應當從起重機的穩定性角度出發，從穩定性公式中求出不同的幅度、不同的臂長起重量，下面介紹三種方式：第一，提高起重機的配重，通俗地說，便是增大起重機的與吊重載荷相反方向的重量，但是在操作過程中，應當注意如果配重較大，則可能會導致起重機的吊臂向后出現傾翻。因此，面對這種情況，我們應當對起重機的后翻穩定性重新計算。另外，起重機在不工作時，它并沒有載荷，因此，它的自重合力在吊臂上起時便不會落在傾翻線外面，并且為了能夠保障具有一定的安全度，我們還應當規定吊臂在處于正側方以及正后方的時候，吊臂一側的支腿參數之和不得小于15%的自重合力。第二，將起重機的支腿跨距加大，以此達到增加外移傾翻線的目標，但是在提高的過程中，我們應當進一步保障起重機的各方向作業性能的平衡。第三，有效地減少吊臂的自重，在這個過程中，我們可以通過選擇一些高強度的鋼材，同時對吊臂截面進行優化，達到在相同重量下起重臂性能的提升，這樣能夠有效地加強它的起重重量。

6 結論以及說明的問題

第一，我們在實際的應用過程中，需要在面對不同的情況時使用不同的計算方式。并且對于安裝型起重機而言，不論是對于大型、中型還是小型的起重機來講，都可以使用靜態穩定系數。但是對于裝卸型起重機而言，我們則需要按照它的總中心軌跡來檢驗出它在側向力作用下的穩定性數據。第二，在本文中，我們主要是對起重機支腿吊重情況以及數據進行分析，但是，當我們不對支腿吊重進行計算時，而對起重機輪胎計算時，它的計算方式與支腿的計算方式存在不同的方法，因此，我們在對這一個參數開展計算的過程中，應當取穩定系數K值取大一些。第三，其中作業幅度增量的計算，這一種增量的由來，主要是因為起重機內部的彈性變形以及各個零部件之間所存在的間隙，但是這個數據對于總體的計算結果影響不大，因此，我們可以不用考慮。

7 結語

大致說來，關于輪式起重機的穩定性計算方式，有著多種計算方式，我們需要按照實際的情況進行選擇，這樣才能夠更加無誤地得到精確數據。