第七节流动式起重机安全技术

第七节流动式起重机安全技术第一单元概述流动式起重机的种类流动式起重机属于旋转臂架式起重机。由于靠自身的动力系统驱动，也称为自行式起重机，其中采用充气轮胎装置的被称为轮式起重机。流动式起重机可以长距离行驶，灵活转换作业场地，机动性好，因而得到广泛应用。流动式起重机主要有汽车起重机、轮胎起重机和履带式起重机，它们的特性简要介绍如下。1．汽车起重机汽车起重机使用汽车底盘，具有汽车的行驶通过性能，行驶速度高。缺点是运行不能负载，起重时必须打支腿。但因其机动灵活，可快速转移的特点，使之成为我国流动式起重机中使用量最多的起重机。2．轮胎起重机轮胎起重机采用专门设计的轮胎底盘，轮距较宽，稳定性好，可前后左右四面作业，在平坦的地面上可不用支腿负载行驶。在国外，轮胎起重机特别是越野轮胎起重机使用越来越广泛，大有取代汽车起重机的趋势。3．履带式起重机履带式起重机是用履带底盘，靠履带装置行走的起重机。与轮式起重机相比有其突出的特点：履带与地面接触面积大、比活小，可在松软、泥泞地面上作业；牵引系数高、爬坡度大，可在崎岖不平的场地上行驶；履带支承面宽大，稳定性好，一般不需要设置支腿装置。弱点是笨重，行驶速度慢，对路面有损坏作用，制造成本较高。以上三种类型的起重机在安全技术上有共性。本章以汽车起重机为例，介绍流动式起重机的有关安全技术。主要技术参数1．起重量Gn起重量是起重机安全起升物品的质量，单位t。对于流动式起重机来说，其额定起重量是随幅度而变化的，标牌上标定的起重量值是最大额定起重量，指基本臂处于最小幅度时的最大起重量。2．幅度L幅度是起重机置于水平场地时，吊具垂直中心线至回转中心线之间的水平距离，单位m。它是臂架长度与臂架仰角的函数，在臂架长度一定时，仰角越大，幅度越小。有效幅度是指使用支腿侧向工作时，吊具垂直中心线至该侧支腿中心线的水平距离。当轮胎式起重机幅度小于支腿跨距一半时，作业无法进行。规定有效幅度A的极限值[A]为：3．起重力矩M起重力矩是汽车起重机的起重特性指标，单位N·m，为起重量和相应的工作幅度的乘积。4．起升高度H起升高度是吊具上升到最高极限位置时，吊具中心至地面的垂直距离，单位m。当臂架长度一定，起升高度随幅度减少而增加（见图10－l）。图10－1轮胎式起重机的工作幅度和高度5．工作速度V（1）起升速度vq。它是起升机构在稳定运行状态下，吊额定载荷的垂直位移速度，单位m/min。为降低功率，减少冲击，流动式起重机的起升速度应取较低值。（2）变幅速度v1。它是变幅机构在稳定运动状态下，在变幅平面内吊挂最小额定载荷，从最大幅度至最小幅度的水平位移平均速度，单位m/min。有时用最大幅度到最小幅度的时间表示。变幅速度对起重作业的平稳性和安全性影响较大，平均速度在15m/min左右。（3）旋转速度ω。它是旋转机构在稳定运动状态下，驱动起重机转动部分的回转角速度，单位r/min。受到旋转启制动惯性力的限制，旋转速度不能过大，一般在3r/min左右，当回转半径增大，旋转速度相应降低。（4）行走速度v。它是在道路上行驶状态下，流动式起重机的平稳运行速度，单位工作场地转移速度要快，汽车起重机行走速度较高，可以与汽车编队行驶，轮胎起重机的行走速度一般较汽车起重机低。此外，还有伸缩式臂架起重机特有的参数，臂架伸缩速度，单位m/min，一般外伸速度是缩回速度的1倍左右。支腿收放速度用时间表示，单位s。起重机的特性曲线起重机的特性曲线表示起重机起重量与幅度的关系曲线见图10－2，它规定了在某一幅度下，安全起吊的最大起重量。起重机作业安全区是由钢丝绳强度线、臂架强度曲线和起重机稳定曲线的包络线限定的区域。起重特性曲线经常与起升高度曲线画在一起，有些起重机技术资料还给出同一起重机在不同工况下的多条特性曲线。图10－2汽车起重机的特性曲线根据起重机的受力分析可知，作用在臂架上的起升载荷可以分解为垂直手臂架的倾翻成行和对臂架的压力载荷，这两个分力随着幅度的变化而变化。在起升载荷木变、臂长不变的情况下，幅度越小，对臂架的压力越大，倾翻载荷越小，因而载荷产生的倾覆力矩也小；幅度越大，对臂架的压力降低，倾翻载荷越大。该特性曲线可分为三个区段，在小幅度时，起重量受臂架强度的限制，超载会发生臂架破坏；在大幅度时，起重量受起重机稳定性的限制，起重作业的主要危险是丧失稳定而引起整机倾覆；起重机的最大起升载荷还受钢丝绳强度的制约，超载会导致钢丝绳断裂。超出安全区的操作属于违规作业。起重机的特性曲线是进行起重作业的操作依据，应根据起重机的臂架幅度，严格控制起重量在特性曲线限制的安全区内不超载。同时，特性曲线也是起重事故分析的重要参考依据。对事故进行分析时，还应该综合考虑风力、操作速度不当所引起的惯性力、支腿支撑基础变化、臂架悬伸太长时臂端出现的弹性下挠等非起重量超载等原因，给起重机带来的实际超载影响，这些都可以借助特性曲线进行分析。流动式起重机事故流动式起重机区别于其他类型起重机的最大特点就是起重机的流动性。作业场所和环境多变、汽车的行驶功能和起重功能兼备以及复杂的结构，使操作难度增大。除了一般起重事故，如由吊具损坏、捆绑不当、机构故障、结构件破坏、人为等原因造成的重物坠落以及一般机械伤害事故外，流动式起重机常见事故是丧失稳定性导致的倾翻、臂架破坏、夹挤伤害，以及在转移作业场地过程中发生的交通事故等。下面仅就起重作业中，流动式起重机常见事故作一说明。1．失稳倾翻从理论上讲，倾翻的根本原因是作用在起重机上的力矩不平衡，倾覆力矩超过稳定力矩。从实际情况看，产生倾覆力矩的因素是多方面的，除超载、操作失误这些比较明显的原因外，还有风力、工作速度不当引起的惯性力，支腿支撑基础劣化，臂架端部的变形下挠，或其他一些随机的、不确定因素，各种因素往往交织在一起。这些非起重量超载原因的影响，使起重机实际操作的复杂性增加，给正确判断造成困难。2．臂架破坏臂架是流动式起重机最主要的承力金属结构，在起重作业时，承受压、弯的联合作用，在强度、刚度和稳定性方面的失效都有可能引发臂架结构破坏。变幅机构故障还会导致臂架坠落，其后果的严重程度等同于重物坠落。3．触电起重机在输电线附近作业时，触碰高压带电体或与之距离过近，都可能引发触电伤害。4．挤压受作业场地条件所限，起重机与其他设备或建筑结构物之间缺少足够的安全距离，当回转作业时，回转部分的金属结构、配重或吊载对人员造成夹挤伤害。第二单元汽车起重机的工作原理机械式汽车起重机的工作原理汽车起重机的主要机构有起升机构、旋转机构、变幅机构和运行机构，以及臂架的伸缩机构和支腿收放机构。这些工作机构通常以内燃机作为原动机，传动方式有机械传动和液压传动。国外也有采用外接电源作为动力源，但不普遍。起重机的各工作机构及零部件都安装在金属结构上，金属结构承受起重机的自重以及作业时的各种载荷。机械式汽车起重机的工作原理是操纵控制装置，通过各种机械零件（如齿轮、传动轴、离合器和制动器等）的配合运动，将原动机的能量变成各机构的运动。现以QI－5型汽车起重机为例（见图10－3）进行介绍，其传动路线是：图10－3Q1-5型汽车起重机传动系统1-动力分路箱主动齿轮2,3-齿轮4,5-伞齿轮6,7-换向离合器伞齿轮8,9-动力分配箱圆柱齿轮10-起升机构蜗轮减速箱11-回转机构蜗轮减速箱12-回转机构小齿轮13-大齿圈1．动力分路箱动力分路箱位于变速箱和后桥之间，通过滑移齿轮离合器，将动力分为两路，一路进入后桥，驱动运行机构，实现汽车起重机的行驶功能；另一路进入上车系统，提供起重各机构的动力。该离合器只能单向结合，使运行和起重不能同时进行。2．圆锥齿轮减速器圆锥齿轮减速器固定在车架上，通过一对锥形齿轮将动力由下车传递到上车。3．动力分配箱动力分配箱通过三个牙嵌式离合器，将传递到上车的动力分配给起升机构、变幅机构和旋转机构。这三个机构可以单独工作，也可以组合工作。4．换向机构换向机构由爪形离合件和三个伞形齿轮构成，功能是实现上车各机构的正反方向运动。下车将动力传递给离合器的轴，伞齿轮空套在离合器轴上。当离合器分别与上下伞齿轮结合时，可以实现起升机构的升降、变幅机构的仰附、旋转机构的左右回转。旋转机构的运动是由离合器来控制结合与分离的。当离合器结合时，由动力分配箱传入的动力经过蜗轮减速器带动小齿轮，与固定的中空大齿圈啮合，从而带动回转上车部分作旋转运动。蜗轮的力矩由极限力矩联轴器制约，当臂架触碰障碍物或由于旋转力矩过大等原因造成超载趋势时，通过极限力矩联轴器的锥形摩擦轮打滑来防止过载。制动器控制机构运动停止。起升机构和变幅机构的工作原理相似，当各自的离合器结合时，由动力分配箱传入的动力经过蜗轮减速器带动卷筒旋转，收放钢丝绳，实现起升机构升降吊物，变幅机构使臂架变幅。因受汽车起重机装配空间的限制，卷筒采用多层缠绕的光筒，制动器采用体积小、制动力矩大的常闭带式支持制动器，以适应汽车起重机对元件体积小、结构紧凑的要求。液压汽车起重机以QL2－8型汽车起重机的液压系统为例，说明其工作原理。1．液压系统的功能起重机的起升机构、变幅机构、旋转机构、臂架伸缩机构和支腿收放机构均采用液压传动，其原理参见液压系统图10－4。ZBD40型定量泵由装在底盘上的取力箱带动，直接从油箱中吸油，经过滤油器2，输出压力油。改变发动机的转速，可改变泵的排出油量，从而对各机构的工作速度进行调节。手动换向阀3可控制压力油的流向。联合阀4操纵上车各机构（起升、变幅、旋转和臂架伸缩机构），二联阀5操纵支腿收放。系统工作压力由溢流阀6，7控制。上车务机构的油路相互串联，可实现一个机构单独动作或几个机构的组合动作。二联阀3和主控四联阀4中的各手动换向阀都有节流作用，因而可在一定范围内实现机构运动的无级调速。图10－4液压系统原理图1-泵2-滤油器3-手动换向阀4-四联阀5-二联阀6,7-溢流阀8-回转马达9-变幅油缸11-臂架伸缩油缸10,12,14-平衡阀13-起升卷筒马达15-制动器16,17-支腿油缸18-双向液压锁2．系统中各阀的功能及工作原理（1）手动换向阀3是二位三通阀，用来切换油泵输出压力油的通路。当阀在左位时压力油只能进入上车系统回路；当阀在右位时，压力油只能进入下车支腿回路。（2）主控四联阀4由4个三位四通手动换向阀（包括回转机构的阀4－Ⅰ、变幅机构的阀4－Ⅱ、臂架伸缩机构的阀4一Ⅲ和起升机构的阀4－Ⅳ）组合而成，用来控制上车各机构执行装置的换向、锁紧和调速。操纵各阀的手柄，可以使每个分阀处于三个工作位置，其中左位和右位分别控制执行装置的两个相反方向运功；中位使工作机构处于停止状态。回转机构、变幅机构和臂架伸缩机构的三个换向阀构造相同，中位都采用M型，可将油缸（或马达）两腔封死，起锁紧作用。起升机构的换向阀中位采用Y形，防止由于马达泄漏造成进油路吸空现象。（3）二联换向阀5由两个手动三位四通阀组合而成，用于前支腿（二联换向阀5－I）、后支腿（二联换向阀5－Ⅱ）的油路换向，其结构与变幅机构的换向阀相同。（4）溢流阀6位于主控四联阀的进油端，限制上车起升、变幅、旋转、臂架伸缩回路的最大工作压力，并保护上车系统油路免于过载。（5）溢流阀7位于支腿油路的进油端，限制下车支腿油路的最大工作压力，并有过载保护作用。（6）平衡阀10、12、14都采用同一结构。平衡阀10，12保证变幅和伸缩臂机构匀速运动，同时起液压锁的作用。一旦与油缸连接的管路破裂，可防止吊臂突然下落或缩回造成事故。平衡阀14保证吊载匀速下降，防止在重力作用下运动速度过快，造成事故。现以起升机构为例，说明平衡阀的工作原理（见图10－5）。平衡阀是由单向阀1和内泄漏的远控顺序阀2组成。当手动换向阀拨至左位时，油泵输出压力油项开单向阀，无阻碍地进入油马达，马达带动卷筒旋转来起升吊载，回油经换向阀返回油箱。当换向阀拨到右位时（如图10－5所示状态），油泵输出的压力油直接经换向阀进入油马达的另一端。而马达回油无法再经单向阀1返回，必须打开顺序阀2