浅谈起重机抗倾覆稳定性分析

浅谈起重机抗倾覆稳定性分析

【摘要】起重机械是现代工业、农业等领域不可缺少的设备，而起重机抗倾覆稳定性是起重机安全工作的重要条件之一，因此要提高起重机的抗倾覆稳定性，保证其安全运行。本文通过力矩不等式法和安全系数法对其进行分析，为起重机的抗倾覆稳定性贡献一份力量。

【关键词】起重机抗倾覆;稳定性;不等式;安全系数

前言

在起重机使用的几十年里，起重机倾覆事故时有发生，起重机抗倾覆问题作为起重机基本性能的安全要求突显其重要性，为了更大程度地确保起重机作业时的安全性，防止事故的发生，必须要求起重机有足够的抗倾覆稳定性，这也是起重机设计的基本要求。

1起重机的发展现状

我国从上个世纪五十年代引进苏联技术生产出第一台起重机以来，起重机的自主生产已有五十多年的历史。从发展阶段来看，前三十年属于缓慢起步阶段，近二十年为快速发展阶段，未来十年将会是起重机行业的技术革命阶段。在上个世纪八十年代初，我国成立了起重机械行业协会，做了切合实际的发展规划，编写了国家标准及行业标准，使起重机械的研发有章可循，这是我国起重机械发展的转折点，从此进入了高速发展时期。截止到2014年底，我国已有了上千家起重机械生产厂家，年生产各类起重机械几十万台，年产值两千多亿，从业人员已达三十多万人，生产各种规模起重机械达上百种。在今后的一段时期里，起重机械仍将处于稳健发展时期。产品将向着超大型化、智能化、高可靠性发展，在安全性方面将最大程度的降低起重机事故率，降低事故造成的经济损失和死亡率。

2起重机抗倾覆稳定性简介

起重机的抗倾覆稳定性指起重机在自重和外载荷作用下抵抗翻倒的能力，它是影响起重机安全性能最重要的参数，也是起重机安全运行的基础。起重机抗倾覆稳定性能始终贯穿起重机的设计生产安装试验的全过程，它决定着起重机的倾覆风险，控制着起重机的安全性能。起重机抗倾覆稳定性不足，会发生倾覆事故，造成重大的人身和设备事故，所以保证起重机具有足够的抗倾覆稳定性，是设计和制造工作中最基本的要求之一。影响起重机抗倾覆稳定性的因素主要包括载荷的作用性质和现场作业条件。

3起重机抗倾覆稳定性分析的必要性

起重机抗倾覆稳定性是起重机安全工作的重要条件之一，通过刚性稳定性承载能力设计计算可以保证其整体抗稳定性，对于室外工作的起重机，还需要计算

其抗风载荷作用。通过计算分析其稳定性是非常可靠的方法，这也经过了许多试验证实了的。

安装在运行装置或其它支承装置上的起重机，可能会由于各种外在因素的影响而使其倾覆，这些引起倾覆的因素通常有超载、大风、坡度、制动时的大惯性载荷以及回转离心载荷等。当起重机的抗倾覆稳定能力不足时，也就是起重机自身重力和所承受外力对支承平面的倾覆边出现倾覆力矩大于稳定力矩的情况时，起重机就将绕倾覆线倾翻，造成重大人身事故和设备事故，其后果将是极其严重的。因此进行起重机抗倾覆稳定性分析是非常有必要的。尤其是对于流动式起重机、履带式起重机，进行稳定性分析更有必要的。

4起重机抗倾覆稳定性分析

起重机械包括桥式起重机、门式起重机、塔式起重机、流动式起重机、门座式起重机、升降机、缆索式起重机、桅杆式起重机和机械式停车设备等九大类别。其中具有倾覆风险的主要有塔式起重机、流动式起重机和门座式起重机。其中，塔式起重机的结构特点和作业环境决定了它是发生倾覆事故风险最大的起重机，也是出现事故最多的起重机。

塔式起重机一般为上回转结构，塔身通常由多个标准节组成，在塔机的工作过程中，标准节会受到风力矩、倾斜力矩、水平拉力矩等力矩的作用。吊臂主要由四根主弦杆、三个水平框架、斜腹杆、连接套等组成，主弦杆要承受压力和拉力，水平腹杆和斜腹杆用于传递扭矩和剪力。塔式起重机的倾覆事故比较多见，是发生概率率最高的一种事故形式，在特种设备事故中占比也较大，而且一旦发生往往会造成较大的人员伤亡，因此需要得到相关人员的高度重视。

对于起重机抗倾覆性的研究已经有数十年的历史了，对于稳定性的计算方法和要规范的内容至今仍然在不断的研究和完善中。对起重机抗倾覆稳定性的分析是假定起重机是工作在坚实、水平的地面上。如起重机必须在坡面上工作时，在核算时要考虑地面坡度的影响。抗倾覆稳定的判据是：当稳定力矩的代数和大于倾覆力矩的代数和时，便认为该起重机抗倾覆性能是稳定的。当前，抗倾覆稳定性的分析计算方法主要可以采用两种方法，分别是力矩不等式法、稳定系数法。

4.1力矩不等式法

力矩不等式法，不仅被GB/T3811-2008《起重机设计规范》所采用，而且该方法在欧美等发达国家也得到了广泛的应用。

利用力矩不等式法校核抗倾覆稳定性的基本原则如下：

（1）进行稳定性计算分组或分类。其分组或分类主要是以结构外形、工作条件、以及稳定性的要求等为依据。

（2）确定计算工况。主要包括工作状态与非工作状态、动态与静态、试验

状态或风载等。

（3）选择最不利的载荷组合。因为各种载荷变化作用具有随机性，对起重机的稳定性有实际的影响，计算时应对各种载荷分别给予相应的载荷增大系数。

（4）稳定性计算。当所有力矩的代数和大于等于零时，则可以判定起重机的稳定性是足够的，不会发生倾覆事故。

（5）危险倾覆边的确定。带载水平运行的起重机，倾覆边为横向和纵向;运行机构只作非吊重移位的定点吊装的起重机，倾覆边为其支撑多边形。

4.2稳定性安全系数法

稳定性安全系数法是适用于各种移动式起重机的稳定性计算方法，其采用稳定性安全系数法的概念作为衡量和评定起重机稳定的数量指标;该方法在欧洲一些国家仍然使用。

稳定性安全系数法的基本原则如下：

（1）稳定性安全系数法是指起重机所承受的各种外载荷对于危险倾覆边产生的稳定力矩与倾覆力矩的比值。

（2）起重机稳定性的工况通常包括非工作时的稳定性与工作时的稳定性;起重机实际的抗倾覆能力是通过稳定系数指标[K]来反映的，它也是起重机不发生倾覆的机率。

（3）各种作用载荷应按相关标准规定其属性，稳定性力矩和倾覆力矩应按起重机可能处于的最不利情况、承受最不利载荷组合进行计算。

（4）稳定性计算。稳定系数K作为起重机抗倾覆能力的判据，不能小于相应规范和标准的规定值，稳定系数K的计算公式如下所示：

稳定系数法在需要验算多种工作状况时的概念不十分明确，并且难以表述起重机突然卸载或吊具脱落工况。

5总结语

起重机被广泛应用于各种物料的吊运作业中，是主要的搬运机械，其具有工作效率高、适用范围广、操作方便等特点。由于起重机的结构特点和作业方式，决定了起重机容易出现倾覆风险，因此需要验算起重机的抗倾覆稳定性，以此来减少了作业过程中的事故率。

参考文献：