起重机抗倾覆稳定性分析

起重机抗倾覆稳定性分析
【摘要】起重机是一种广泛运用于工业与建筑业中的机械设备，对社会经济的发展起着非常大的作用。

同时，起重机也是一种常见的特种设备，具有较大的危险性，一旦发生事故会造成较大的经济损失甚至人员伤亡。

因此，起重机的安全性、可靠性一直是各个起重机设计制造和使用管理单位关注的焦点，也是特种设备监督检验机构监察的重点。

对于起重机械的事故来说，倾覆事故是最危险且造成损失最大的一种事故，抗倾覆稳定性是衡量起重机械安全性能的最关键参数。

本文简要介绍了国内外起重机的发展现状，重点介绍了在起重机抗倾覆稳定性方面的研究情况。

针对不同起重机结构特点及作业环境，分析了典型起重机的抗倾覆稳定性，提出了计算起重机械抗倾覆稳定性的方法。

【关键词】起重机；抗倾覆稳定性；倾覆
引言
起重机作为工业、物流运输业以及建筑业中使用最广泛的特种设备，其安全性和可靠性决定了其在使用过程中发生事故的风险大小，因此需要对起重机的安全性能和事故风险进行重点关注。

根据国家质检总局的统计，2013年全年，全国共发生特种设备事故227起、死亡289人、受伤274人，其中起重机械事故61起，所占比重达26.87%，死亡人数占29.07%。

在发生的起重机械事故中，人员伤亡大部分是由倾覆事故造成。

从2013年特种设备事故统计可见，起重机械事故数量多、损失大，倾覆事故较为突出。

因此，需要我们对起重机械进行科学严谨的安全评价，重点研究倾覆事故这种损失较大的事故，从而降低乃至杜绝起重机械倾覆事故的发生，避免经济损失及人身伤亡。

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.国内外起重机抗倾覆稳定性研究简介
国内的起重机抗倾覆稳定性研究开展较晚，早起的起重机械一般凭借引进的苏联经验，按照一定的经验公式来选取安全系数进行设计。

进入二十世纪八十年
代之后，我国的研究人员开始引进发达国家的起重机抗倾覆稳定性计算方法，随后逐步在我国推广开展起来。

过去，由于安全起见，安全系数选取较为保守，导致生产的起重机比较笨重，浪费了很多钢材和能源。

最近二十年，随着抗倾覆稳定性研究的进步，我国也开始逐渐根据计算及校核来设计起重机，生产出了结构合理、安全性高的起重机。

早在二十世纪五十年代初，欧美发达国家就以及开始了起重机抗倾覆稳定性研究，并很快的推广应用，后来发展到将计算机作为工具运用到了起重机抗倾覆稳定性计算中。

到了八十年代，随着计算机技术、有限元分析技术的迅速发展，起重机抗倾覆稳定性研究进入了计算机辅助时代。

计算机辅助计算与计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助分析（CAE）一起，成为了起重机设计中不可或缺的工具。

目前，国外的各大起重机械制造商都已开发出了自己的计算软件，大大简化了原本复杂繁琐的计算过程。

3.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。

GBT3811起重机设计规范也对起重机抗倾覆稳定性做出了规定：对在工作或非工作时有可能发生整体倾覆的起重机，应通过计算来校核其整体抗倾覆稳定性所需满足的条件。

4. 起重机抗倾覆稳定性计算
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。

本文将以塔式起重机为例，介绍起重机抗倾覆稳定性的计算方法。

塔式起重机抗倾覆稳定性计算公式为：
式中ψ：轴压稳定系数，在塔式起重机桁架结构中ψ =1.0；
A：结构件毛截面面积；
M0y：绕x轴的端部弯矩；
M0x：结构件端部弯矩；
Wx、Wy：塔身截面相对于x和y两主轴的抗弯模量；
MHx：绕y轴上的均布横向力引起的弯矩；
Mhy：由横向载荷在结构件引起的弯矩；
NEX、NEY：欧拉临界力；
四肢受压构件的折算长细比：；
；
式中，E：弹性模量，碳素钢取210000MP；
由于塔身为正方形截面，故NEX=BEY
C0x、C0y：端部弯矩不等的折减系数，取值为0.45；
CHx、CHy：对于均布横向力引起的弯矩，取1.0；
N：端部轴向力。

将以上数值代入计算公式，验证是否满足塔身的整体抗倾覆稳定性的要求。

上述公式是计算塔式起重机抗倾覆稳定性的基本公式，根据塔式起重机的具体型号结构和工作环境选择计算公式中的各个数值。

塔式起重机整体抗倾覆稳定性按五种工况校核，分别为基本稳定性、动态稳定性、抗后倾覆稳定性、抗暴风稳定性和装拆稳定性。

采用有相应载荷系数的计算载荷，对于轨道式要考虑最大垂直高低差和坡度所引起的载荷；对于不能随风自由回转的按最不利的方向施加非工作状态风载荷，对于能自由回转的，按预期的最不利方向施加。

5.总结
起重机具有工作效率高、适用范围广、操作方便等特点，在我国工业生产中广泛使用，并成为一种主要的搬运机械。

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。

本文阐述
了起重机抗倾覆稳定性的研究情况，以塔式起重机为例介绍了起重机的稳定性验算方法，为提高起重机的安全性奠定了重要的基础。

参考文献：
[1]叶元华.塔式起重机的抗倾覆稳定性计算[J].建筑机械，1981（06）.
[2]起重机设计规范（GB3811-83）.北京：中国标准出版社，1984.
[3]刘正宇.浅析塔式起重机的抗倾覆稳定性和安全装置[J].工业设计，2011（04）.。