起重机的稳定性系数计算

4 起重机的稳定性系数计算
4.1 流动式起重机的稳定性与安全
流动式流动式起重机最严重的事故是“翻车”事故，其根本原因是丧失稳定，所以起重机的稳定与全关系十分密切。

流动式起重机的稳定性可分为行驶状态稳定性和工作状态稳定。

（1-D）
1．影响稳定性的因素
轮式起重机作业时的稳定性，完全由机械的自重来维持，所以有一定的限度，往往在起重机的结构件(如吊臂、支腿等)强度还足够的情况下，整机却由于操作失误和作业条件不好等原因，突然丧失稳定而造成整机倾翻事故。

因而轮式起重机的技术条件规定，起重机的稳定系数K不应小于1.15。

轮式起重机在使用中，应主要注意以下诸因素对起重机稳定性的不利影响。

（2-B）(5-H)
(1)吊臂长度的影响
起重机的伸臂越长或幅度越大，对稳定性越不利，特别是液压伸缩臂起重机，当吊臂全伸时，在某一定倾角(使用说明书中有规定)以下，即使不吊载荷，也有倾翻危险；当伸臂较长，并吊有相应的额定载荷时，吊臂会产生一定的挠曲变形，使实际的工作幅度增大，倾翻力矩也随之增大。

(2)离心力的影响
轮式起重机吊重回转时会产生离心力，使重物向外抛移。

重物向外抛移(相当于斜拉)时，通过起升钢丝绳使吊臂端部承受水平力的作用，从而增大倾翻力矩。

特别是使用长吊臂时，臂端部的速度和离心力都很大，倾翻的危险性也越大。

所以，起重机司机操纵回转时要特别慎重，回转速度不能过快。

(3)起吊方向的影响
汽车式起重机的稳定性，随起吊方向不同而不同，不同的起吊方向有不同的额定起重量。

在稳定性较好的方向起吊的额定载荷，当转到稳定性较差的方向上就会超载，因而有倾翻的可能性。

一般情况下，后方的稳定性大于侧方的稳定性，而侧方的稳定性，大于前方的稳定性；即后方稳定性>侧方稳定性>前方的稳定性。

所以，应尽量使吊臂在起重机的后方作业，避免在前方作业。

(4)风力的影响
工作状态最大风力，一般规定为6级风，对于长大吊臂，风力的作用很大，从表28 可看出风力的影响。

表28 臂长、风速、风载力矩关系表
从表中可知，随着臂长和风速的增加风载力矩增加的很快。

(3-C)
从正常作业中，最大风力为6级，此风力并不很大，翻车事故主要发生在回转时，没有注意转向顺风（风从起重臂后方吹来）。

（5）坡度的影响
当有坡度时，相当于幅度增大，从而使倾覆力矩增大，“翻车”的危险性也随之增大。

（6）惯性力的影响
起升机构在突然提升时，会产生惯性力P，P＝m（g+a），其中a为加速度。

在物品下降突然制动时，也会产生不利于稳定的惯性力。

在操纵时，要避免突然起动。

物品下降时，避免突然刹车。

以防止由于惯性力造成起重机倾翻。

(4-D)
(7)其它因素
还有许多因素。

会影响起重机的稳定性，如工作过程中支腿回缩或者地面下沉都会造成翻车事故。

吊重时，变幅或伸缩臂操作程序错误，也会造成翻车事故。

如在某一工况下，起吊的物品是该工况的允许最大载荷，则不允许伸臂放低（增大幅度）。

这样会增大倾翻力矩，使本来处于临界状态的起重机翻到。

超载和斜吊是使起重机发生倾倒的原因。

由于机构本身出现故障造成翻车的事故也时有发生。

2.行驶状态的稳定性
行驶状态又可分为纵向行驶稳定和横向行驶稳定(6-D)
(1)纵向行驶稳定
起重机在设计时，规定了起重机所允许爬坡的最大坡角。

当坡角超过规定值时，前轮轮压可能为零、起重机就会无法控制转向，这就叫起重机失去行驶稳定。

当起重机在坡道上下滑力接近驱动轮上的附着力时，车轮则不能上坡而产生打滑现象，这也是一种失去稳定的现象。

(2)横向行驶稳定
起重机在转弯时，车体会产生离心力的作用、速度愈大，离心力愈大。

离心力P离＝
2 GV gR
也就是离心力与车体行驶速度平方成比例。

当车速比较高、转弯半径又小、加之起重机重心比较高的情况下，很容易造成向外翻车，或者侧向滑动。

因此在行驶中要控制速度不要过快、防止翻车。

(3)工作状态的稳定性
a.静态稳定
静态稳定就是起重机在自身重力和起吊载荷的作用下的稳定性。

(7-A)静态稳定性就是在没有考虑附加载荷的情况下分析工作状态稳定性。

但是在实际的作业中，还有很多附加载荷存在，如风力、坡度、惯性力、回转离心力等。

若是把这些附加载荷考虑进去，则稳定安全系数应小些。

图15-15 稳定性计算图
静态稳定性常用稳定性安全系数K 1表示（见图15-15）； K 1＝
223324421122M G ()()()
1.4M ()(R )
l G l l G l l G l l Q G l ++++--=
≥+-稳倾
吊
式中: G 1 —— 起重臂重量；
G 2 —— 下车重量； G 3 —— 上车重量； G 4 —— 平衡重；
（Q ＋G 吊）—— 起重量加吊具重量； b.动态稳定
动态稳定性就是除起重机自重和吊载之外，还要考虑风力、惯性力、离心力和坡度的影响。

(8-B)
风力是考虑不利于稳定性的工作风力，与起重机臂长度有直接关系，例如以10m/s 的风速为例，起重臂长为10m ，产生的倾翻力矩为1800N •m ；臂长为20m ，产生倾翻力矩为8000N •m ；臂长为30m 时，倾翻力矩为20000N •m 。

坡度的影响也是不可忽视的，经计算，当起重机倾斜1º时，起重能力要下降7.4%；倾斜2º时，降低14.3%；倾斜3º时，降低19.8%。

惯性力主要是指物品突然起吊和下放突然刹车时，产生的不利稳定的惯性力。

实际是增加了起吊重力。

离心力是指起重机回转时，起重臂、吊物所产生的离心力。

特别是吊物的离心力，通过钢丝绳直接作用在起重臂端部，增加起重机的倾翻力矩。

图15-16 起重机动态稳定计算图
动态稳定性安全系数为：
2
1
2112222221202(0.5)(0.5)()sin 900(0.5)
b Q G Qv Qn Rh G l
c R l Ph P h v h Qh Gh gt gt n h K Q R l α++---+++++-=
-⎡⎤
⎢⎥⎣⎦
式中 Q —— 起吊载荷； G —— 起重机自重；
G b —— 折算到臂头的起重臂自重； R —— 幅度；
P 1 —— 作用在起重机上的工作状态最大风力； P 2 —— 作用在起吊物品上的工作状态最大风力； h 1、h 2 —— 与P 1、P 2对应的高度； h 0 —— 起吊物品至臂端的高度； t 1 —— 起升机构启、制动时间； t 2 —— 变幅机构启、制动时间； v 1 —— 起升速度； v 2 —— 变幅速度；
n —— 起重机回转速度； α—— 起重机支承面倾角； l 、c ——尺寸见图15-16。

c. 自身稳定性
如图15-17所示自身稳定性是考虑在自重、倾斜坡度、非工作状态、风载的影响下，起重机的稳定性。

(9-B)
起重机自身稳定性安全系数为：
()12
cos sin 1.150.1n G a l Gh K Wh αα
--=
≥
式中 G ——起重机自重，kg；
W ——作用在起重机上的风力，N；
h1 、h2——起重机重心及风力作用点至地面距离，m；l ——起重机重心至回转中心的距离，m；
a ——车轮支承点至回转中心的距离，m。

图15-17 自身稳定性计算图。