一种汽车式起重机防倾翻方法的研究

周卫兵 杨礼鹏 黎波

摘要：通过对汽车起重机倾翻事故分析，提出通过实时计算汽车起重机上部重心并把重心坐标与四支腿连接的矩形框进行比较。如果在矩形框内，起重机是安全的;超出矩形框，即存在倾翻危险。简化目前常用的防倾翻措施，提高汽车起重机的安全性。

关键词：汽车式起重机;重心;矩形框;安全性

汽车式起重机具有机动灵活的特点，在工程施工中得到广泛应用。由于在施工作业中，起重机操作人员不按照安全操作规程操作使用、违章超载作业、非驾驶人员操作和非信号指挥人员指挥作业、作业中不重视支腿基础设置等原因，造成汽车式起重机倾翻事故时有发生，导致人员受伤、财产损失，严重者机毁人亡，给企业、个人以及全社会造成重大影响。通过对起重机倾翻事故的研究，提出一种新的防倾翻方法，如实反映其所处的安全状态，对提高设备作业安全性具有十分重要的意义。

一  汽车式起重机的安全性

汽车式起重机最为严重的事故是“翻车”事故，翻车分为行驶中发生和吊装过程发生，其中吊装过程中的翻车事故最为常见。本文主要研究吊装过程中的翻车事故的预防方法。

影响汽车起重机安全性的主要因素：

1、非起重机驾驶员操作

在很多汽车起重机翻车的事故中，有不少是非驾驶人员进行操作，由于他们对起重机性能知道甚微，不懂机器操作，不懂得各类具体情况处理，有的甚至连吊车自身起重力矩表都看不懂，在盲目超载状况下作业，导致倾翻事故发生其原因之一。

2、汽车式起重机支腿基础不稳

汽车式起重机属于行走式起重机流动性强，机动灵活，其基础设置没有固定的地点或者行走轨道，基础设置灵活、流动，因为汽车式起重机支腿基础的不稳定，时常导致倾翻事故发生。常见的错误基础有：垫木腐烂;不稳固的基坑边坡;未经处理的地下管沟;支腿损坏等。

3、超载作业

在汽车式起重机实际使用过程中，超载现象时有发生，超载也是导致汽车式起重机翻车事故最为主要的原因。汽车式起重机倾翻就是一瞬间发生的，当达到力矩的临界点，再向危险方向运动，就会导致倾翻。

4、非信号指挥人员指挥吊装

汽车式起重机倾翻事故不但驾驶人员是主要责任者，信号指挥人员更是关键，现在有很多的施工现场没有经过严格培训取得特种操作证的有经验的正式信号指挥工，多数是只经过简单培训，或者没有培训就上岗指挥汽车式起重机进行吊装和吊运作业，有的甚至连信号都比划不准确，更重要的是这些人员根本没有对吊物的估重能力，所以很多时候都在违章指挥或者超载指挥，一旦设备的力矩限制器失效，后果不堪设想，这是导致倾翻事故发生原因之一。

5、报废的汽车式起重机继续使用

在经济利益的驱使下，目前仍有很多已经报废的起重机再继续使用。个别人员将已经报废汽车式起重机整机买下来，对机器外观重新喷漆，经过简单的“梳洗打扮”一番，重新投入市场使用。对内部构件锈蚀，结构损坏，安全装置失效，未做任何处理。在使用过程中，缺乏有效的检测、监督环节，以低价承揽吊装和物体吊运工程，往往导致倾翻事故发生。

二 常用的防倾翻方法

目前常用的防倾翻方法是力矩限制保护器。通过实时计算吊臂及重物的力矩，使其力矩小于汽车式起重机在设计时可以达到的力矩，对汽车式起重机进行保护。然而，力矩限制保护器价格较贵，一些小型的起重設备为了节省成本，几乎没有保护措施，完全靠操作人员的经验。

目前常用的力矩限制保护器需要单独的控制单元、长度传感器、多个角度传感器、多个压力传感器等关键元件组成。起重机臂在执行吊载情况下会存在的较大变形，导致计算存在较大偏差。在吊装作业重，力矩限制器无法计算风载力的影响。另外对于折臂吊，塔吊等吊臂工作情况复杂的设备，计算更加复杂，误差更大。同时由于操作人员强制超载运行，导致倾翻事故常有发生。

三 新的汽车式起重机防倾翻方法

通过对目前常用的防倾翻方法的研究，本文提出了一种新的防倾翻方法：通过实时计算吊臂，配重，回转中心及重物等总重量的重心坐标，并与汽车起重机支腿连接起来的矩形区域进行比较。如果重心坐标投影在支腿所形成的矩形区域内或边界线上时，汽车式起重机是安全的;如果超出了矩形区域，汽车式起重机是危险的，应限制危险方向动作。（危险方向：重物提升，吊臂伸出，吊臂下落）。

1、力学模型分析

汽车式起重机在实际工作过程中，除了起重机自身重量、起重载荷外，还受到风力、坡度、惯性力、回转力等情况。为了便于计算，风力、惯性力和回转力可以直接简化为计算出的吊载重量来考虑。设定吊臂、配重、回转中心及重物的重心坐标为X（x，y，z）。其受力图如下：

2、重心坐标计算

设定吊臂质量m1，支撑油缸及液压油质量m2，配重质量m4，回转平台质量m3，吊重载荷m吊，他们的总质量为M。起重机吊臂质量及其在不同臂长时的重心位置，在设计时候已经确定，可以直接使用。配重和回转中心质量及他们各自的重心坐标是确定的，支撑油缸及内部液压油可以计算求得其质量和重心坐标。吊载重物的重心及其重量可以通过吊臂长度及液压缸的压力和吊臂角度求得。有各个部分的重量和坐标，可以计算求得它们的重心坐标。

已知：，重心坐标为X（x，y，z），各部分的重心坐标为（x1，y1，z1），（x2，y2，z2），（x3，y3，z3），（x4，y4，z4），（x吊，y吊，z吊）。因为只需要比较重心坐标与支腿连接的矩形区域的位置关系，可以不用考虑Z的位置。

根据重心坐标的计算公式，可以计算出总的坐标：

计算出总的重心坐标后，与四个支腿所构成的矩形区域进行比较，判断是否在安全区域，并根据判断结果对起重机动作进行控制。

3、辅助措施

采用重心坐标判断起重机的稳定状态，方法比较简单有效。但是需要其他的检测条件才可以使用。

首先，支腿及支腿基础需要稳固，且水平。可以在支腿上面安装压力传感器，判断每个支腿的受力状态，当即将超过支腿的受力极限时，需要限制汽车式起重机的危险方向动作。

第二，汽车式起重机的回转平台需要水平。当回转平台倾斜的时候，判断会存在较大的误差。需要利用水平倾角传感器实时检测平台的状态。当超出工作范围时，限制设备动作。

第三，确保起重机驾驶员操作起重机，严禁无证人员误操作。

四 结论

通过实时计算汽车式起重机吊臂、配重、回转中心、重物的重心坐标，并与支腿所形成的矩形区域进行比较。当在矩形区域内或者边界上时，机器是安全的，不存在倾翻的危险。当超出矩形区域时，机器存在倾翻的危险，应立即限制机器危险方向动作。该方法简单方便，简化复杂的力矩计算，对于提高汽车起重机的安全性有重要的作用。

参考文献

[1] 赵爱琼，易阔景.如何保证汽车起重机的抗倾覆能力[J];工程机械;2003年12期

[2]王伟;魏洪兴;甄彧;基于变幅油缸油压的汽车起重机防倾翻检测方法[J];机械工程学报;2012年03期

[3]甄正义，唐超;起重机多功能安全保护装置[J];起重运输机械;1996年01期

（作者单位：1 益阳职业技术学院;2蓝思智能机器人（长沙）有限公司;3 三一集团汽车起重机有限公司）