周衛(wèi)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(nèi)，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(guān)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(yīng)用。由于在施工作業(yè)中，起重機操作人員不按照安全操作規(guī)程操作使用、違章超載作業(yè)、非駕駛?cè)藛T操作和非信號指揮人員指揮作業(yè)、作業(yè)中不重視支腿基礎(chǔ)設(shè)置等原因，造成汽車式起重機傾翻事故時有發(fā)生，導(dǎo)致人員受傷、財產(chǎn)損失，嚴重者機毀人亡，給企業(yè)、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(tài)，對提高設(shè)備作業(yè)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(fā)生和吊裝過程發(fā)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(yù)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?cè)藛T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(yè)，導(dǎo)致傾翻事故發(fā)生其原因之一。

2、汽車式起重機支腿基礎(chǔ)不穩(wěn)

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(chǔ)設(shè)置沒有固定的地點或者行走軌道，基礎(chǔ)設(shè)置靈活、流動，因為汽車式起重機支腿基礎(chǔ)的不穩(wěn)定，時常導(dǎo)致傾翻事故發(fā)生。常見的錯誤基礎(chǔ)有：墊木腐爛;不穩(wěn)固的基坑邊坡;未經(jīng)處理的地下管溝;支腿損壞等。

3、超載作業(yè)

在汽車式起重機實際使用過程中，超載現(xiàn)象時有發(fā)生，超載也是導(dǎo)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(fā)生的，當達到力矩的臨界點，再向危險方向運動，就會導(dǎo)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?cè)藛T是主要責任者，信號指揮人員更是關(guān)鍵，現(xiàn)在有很多的施工現(xiàn)場沒有經(jīng)過嚴格培訓(xùn)取得特種操作證的有經(jīng)驗的正式信號指揮工，多數(shù)是只經(jīng)過簡單培訓(xùn)，或者沒有培訓(xùn)就上崗指揮汽車式起重機進行吊裝和吊運作業(yè)，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(shè)備的力矩限制器失效，后果不堪設(shè)想，這是導(dǎo)致傾翻事故發(fā)生原因之一。

5、報廢的汽車式起重機繼續(xù)使用

在經(jīng)濟利益的驅(qū)使下，目前仍有很多已經(jīng)報廢的起重機再繼續(xù)使用。個別人員將已經(jīng)報廢汽車式起重機整機買下來，對機器外觀重新噴漆，經(jīng)過簡單的“梳洗打扮”一番，重新投入市場使用。對內(nèi)部構(gòu)件銹蝕，結(jié)構(gòu)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(jiān)督環(huán)節(jié)，以低價承攬吊裝和物體吊運工程，往往導(dǎo)致傾翻事故發(fā)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(shè)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(shè)備為了節(jié)省成本，幾乎沒有保護措施，完全靠操作人員的經(jīng)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(guān)鍵元件組成。起重機臂在執(zhí)行吊載情況下會存在的較大變形，導(dǎo)致計算存在較大偏差。在吊裝作業(yè)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(fù)雜的設(shè)備，計算更加復(fù)雜，誤差更大。同時由于操作人員強制超載運行，導(dǎo)致傾翻事故常有發(fā)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(zhuǎn)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(qū)域進行比較。如果重心坐標投影在支腿所形成的矩形區(qū)域內(nèi)或邊界線上時，汽車式起重機是安全的;如果超出了矩形區(qū)域，汽車式起重機是危險的，應(yīng)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(zhuǎn)力等情況。為了便于計算，風力、慣性力和回轉(zhuǎn)力可以直接簡化為計算出的吊載重量來考慮。設(shè)定吊臂、配重、回轉(zhuǎn)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(shè)定吊臂質(zhì)量m1，支撐油缸及液壓油質(zhì)量m2，配重質(zhì)量m4，回轉(zhuǎn)平臺質(zhì)量m3，吊重載荷m吊，他們的總質(zhì)量為M。起重機吊臂質(zhì)量及其在不同臂長時的重心位置，在設(shè)計時候已經(jīng)確定，可以直接使用。配重和回轉(zhuǎn)中心質(zhì)量及他們各自的重心坐標是確定的，支撐油缸及內(nèi)部液壓油可以計算求得其質(zhì)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(qū)域的位置關(guān)系，可以不用考慮Z的位置。

根據(jù)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(gòu)成的矩形區(qū)域進行比較，判斷是否在安全區(qū)域，并根據(jù)判斷結(jié)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(wěn)定狀態(tài)，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(chǔ)需要穩(wěn)固，且水平?？梢栽谥壬厦姘惭b壓力傳感器，判斷每個支腿的受力狀態(tài)，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(zhuǎn)平臺需要水平。當回轉(zhuǎn)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(tài)。當超出工作范圍時，限制設(shè)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(jié)論

通過實時計算汽車式起重機吊臂、配重、回轉(zhuǎn)中心、重物的重心坐標，并與支腿所形成的矩形區(qū)域進行比較。當在矩形區(qū)域內(nèi)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(qū)域時，機器存在傾翻的危險，應(yīng)立即限制機器危險方向動作。該方法簡單方便，簡化復(fù)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

[1] 趙愛瓊，易闊景.如何保證汽車起重機的抗傾覆能力[J];工程機械;2003年12期

[2]王偉;魏洪興;甄彧;基于變幅油缸油壓的汽車起重機防傾翻檢測方法[J];機械工程學報;2012年03期

[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(yè)技術(shù)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）