起重機械安全操作技術講座起重機械高風險特性：人類的生產活動和生活離不開對物質的需求，必然要進行大量的物料搬運，起重機械就是用來進行物料搬運作業的機械設備。在現代生產中，起重機械不僅在物料運輸領域起著重要作用，廣泛用于輸送、裝卸、建筑工程和倉儲等作業，而且直接參與生產工藝過程，例如，大型構件的鍛造和熱處理等工藝。起重機械的使用大大提高了勞動效率，同時減輕了勞動者的勞動強度。近些年來，起重機械的功能又延伸、發展到各類游藝機中，那些與起重機工作原理相似的可升降、旋轉的大型載人游藝機，以其運動多變、驚險刺激的特點成為吸引游客的亮點，豐富了人們的娛樂生活，提高了人們的生活質量。使用任何機械都伴隨著安全風險，以快速、高效和大噸位為發展目標的起重機械必然也面臨越來越大的安全風險。根據不完全統計，在事故多發的作業中，起重事故的起數多、后果嚴重、經濟損失大，一直是安全監控的重點特種設備。起重機械的高風險是由它的特殊運動形式和作業特點來決定。起重機械的作業特點是周期性的間歇作業，其工作原理是這樣的：承載物料的取物裝置借助龐大金屬結構的支撐，通過多個工作機構的單獨運動或組合運動把物料提升，并在空間一定范圍內運移，然后按需要將物料安放到指定位置，空載回到原處，準備再次作業，從而完成一個物料搬運的工作循環。整個工作循環需要地面指揮人員、司索工和起重機司機等三方面人員的緊密配合協調完成。從職業安全和健康角度來看，起重作業概括起來有如下特點：（室外露天作業、拆裝頻繁、乘人）1 物料的高勢能 起重搬運的載荷質量大，一般都上噸重，有的高達幾百噸。起重搬運過程是將重物懸吊在空中的運動過程。由于載荷質量大、位置高，因而具有很高的勢能。一旦發生意外，高勢能就會迅速轉化為高動能。2 運動的多維性 與其他固定式機械不同的是，起重機在作業過程中需要整體移動，并且起重搬運過程是借助多個機構的組合運動來實現。每個機構都存在大量結構復雜、形狀不一、運動各異、速度多變的可動零部件，再加上吊載的三維空間的運移，這樣形成了起重機械的危險源點多且分散的特點。3作業的范圍大 起重機龐大的金屬結構橫跨車間或作業場地，高居其他設備、設施和施工人群之上，起重機起吊物料，可實現帶載情況下，起重機部分或整體在較大范圍內移動運行，在作業區域增大的同時，也使危險的影響范圍加大。4.作業的群體性 起重作業的過程是通過地面司索工捆綁吊物、掛鉤、卸貨，起重司機操縱起重機將物料吊起，按地面指揮要求，通過空間運行，將吊物放到指定位置的一系列環節組成。每一次吊運循環，都必須是多人合作完成，無論哪個環節出問題，都可能發生意外。5作業條件的復雜性 在室內的起重機，地面設備多，人員集中；在室外的起重機，會受氣象條件和場地限制；在夜間作業，會受作業范圍內的采光條件影響。另外，物料的種類繁多，包括成件、散料、液體、固液混合等物料，形態各異。此外，流動式起重機還涉及地形和周圍環境等眾多因素的影響。總之，起重搬運這種特殊的作業形式和起重機械特殊的結構和運動形式本身就存在著諸多危險因素，安全問題尤其突出。隨著人們安全意識的增強，對工作條件的安全期望越來越高，起重機械的安全將更加受到重視。 起重機械的分類組成：按構造類型起重機械可分為輕小型起重設備、起重機和升降機三大類。1 輕小型起重設備 輕小型起重設備一般只有一個升降機構，常見的有千斤頂、電動或手拉葫蘆、絞車、滑車等。2起重機 當起重設備除了具有起升機構以外，還有其他運動機構時，其結構組成必然比單機構的輕小型起重設備復雜得多，我們稱這類起重設備為起重機。根據金屬結構的類型不同，起重機可分為橋架類型起重機和臂架類型起重機兩大類別。3升降機 常見的有垂直升降機、電梯等。升降機類起重設備只有一個升降機構。由于出于安全性考慮，電梯配有完善的安全裝置及其他附屬裝置，其復雜程度是輕小型起重設備不能相比的，所以，列為單獨一類。在所有各類起重機械中，橋架類型起重機和臂架類起重機是使用量最大、功能最強的主體起重設備，現在，我們重點來認識一下起重機械設備中的這一大類別。1橋架類型起重機 橋架類型起重機的最大特點，是以橋形金屬結構作為主要承載構件，取物裝置懸掛在可以沿主梁運行的起重小車上。橋架類型起重機通過起升機構的升降運動、小車運行機構和大車運行機構的水平運動，在矩形三維空間內完成對物料的搬運作業。橋架類型起重機根據結構形式不同還可以進一步分為橋式起重機（俗稱為天車、行車）、門式起重機（被稱為帶支腿的橋式起重機、包括裝卸橋和集裝箱門式起重機）和纜索起重機（由于跨度太大，用纜索取代了橋形主梁）等。2臂架類型起重機 臂架類型起重機的結構特點是，都有一個懸伸、可旋轉的臂架作為主要受力構件。其工作機構除了起升機構外，通常還有旋轉機構和變幅機構，通過起升機構、變幅機構、旋轉機構和運行機構等四大機構的組合運動，可以實現在圓形或長圓形空間的裝卸作業。例如，流動式起重機（汽車起重機、輪胎起重機、履帶起重機）、塔式起重機、門座起重機等。除了按構造類型分類外，起重機還可以按行駛性能分為有軌運行起重機和無軌運行起重機。有軌運行起重機裝有車輪，可以在鋪設的軌道上在有限范圍內工作，例如，各種橋架類型起重機、塔式起重機、門座起重機等。無軌運行起重機的運行裝置配備橡膠輪胎或履帶，常見的各種流動式起重機，它們機動性好，可以在各種路面上長距離行駛，靈活轉換作業場地。大多數起重機是通用式的，廣泛應用于車間、倉庫、露天堆放場等處。也有許多起重機是專門為特定工作場所或某種工藝服務的。例如，兌鐵水起重機、脫錠起重機等冶金起重機，鑄造起重機、鍛造起重機等服務于熱加工的起重機，門座起重機、卸船機等專門用于港口裝卸作業的起重機，用于倉儲料庫的堆垛起重機，還有專門用于海上作業的浮式起重機等。起重機在許多重要國民經濟部門得到廣泛使用，成為現代物流和制造業組織生產的基礎裝備之一。起重機今后發展的方向是進一步增大起重性能，向大型化發展，擴大作業范圍；增加科技含量，實現機電一體化，提高計算機技術應用水平；增強安全可靠性和作業的舒適性。 起重機由驅動裝置、工作機構、取物裝置、操縱控制系統和金屬結構組成。通過對控制系統的操縱，驅動裝置將動力能量輸入轉變為機械能，將作用力和運動速度傳遞給取物裝置，取物裝置把被搬運物料與起重機聯系起來，通過工作機構單獨或組合運動，完成物料搬運任務。可移動的金屬結構將各組成部分連接成一個整體，并承載起重機的自重和吊重。1驅動裝置 驅動裝置是用來驅動工作機構的動力設備。幾乎所有的有軌起重機、升降機、電梯等都采用電力驅動。對于可以遠距離移動的流動式起重機（汽車起重機、輪胎起重機和履帶起重機）多采用內燃機驅動。人力驅動適用于一些輕小起重設備，也用作某些設備的輔助驅動和意外事故狀態下的臨時動力。2工作機構 起升機構、運行機構、變幅機構和旋轉機構，被稱為起重機的四大機構。起重機通過某一機構的單獨運動或多機構的組合運動，達到搬運物料的目的。起升機構是用來進行物料垂直升降的機構，是起重機最主要、最基本的機構。只要有起升機構，該機構就可以稱為起重設備。運行機構是用來實現水平搬運物料的機構。有些運行機構僅用來調整起重機的工作位置。變幅機構是通過改變臂架的長度和仰角來改變作業幅度的機構。旋轉機構可使臂架繞著起重機的垂直軸線作回轉運動，使起重機可以在環形空間內運移物料。變幅機構和旋轉機構是臂架起重機特有的工作機構。3取物裝置 根據被吊物料不同的種類、形態、體積大小，采用不同種類的取物裝置。成件的物品常用吊鉤、吊環；例如糧食、礦石、化肥等散料常用抓斗、料斗抓取；液體物料使用盛筒、料罐等。對于特殊的物料常采用特種吊具，比如用起重橫梁吊運長形物料，用電磁吸盤吊運導磁性物料，用旋轉吊鉤吊運鋼卷以及專為集裝箱設計的吊具等。防止吊物墜落，保證作業人員的安全和吊物不受損傷，是對取物裝置的基本安全要求。4操縱系統 控制操縱系統包括各種操縱器、顯示器及相關元件和線路，是起重機人機安全要求集中體現的界面。通過電氣、液壓系統，起重機司機可以控制起重機的運動，保證起重作業任務的順利進行，防止事故發生。5金屬結構 金屬結構是起重機的重要組成部分。它是整臺起重機的骨架，將起重機各部分組合成一個有機的整體，并形成一定的作業空間，承受作用在起重機上的各種載荷和自重。金屬結構的垮塌破壞，會給起重機帶來極其嚴重甚至災難性的后果。起重機與其他一般機器的顯著區別是：起重機具有龐大、可移動的金屬結構，多機構進行組合工作。起重機有周期間歇式作業循環、起重載荷的不均勻性、各機構運動循環的不一致性和機構負載的不等時性等特點，而起重作業必須是多人參與、協調配合，這些都增加了作業的復雜性，即使在正常狀態下進行操作時，起重機及其周圍區域都有可能形成作業的危險區，成為安全防護的重點和難點。起重事故類型及原因：從起重作業過程分析可見，起重機械特殊的結構形式和搬運的運動形式本身就存在著諸多危險因素，危險因素是事故發生的起源。各種危險有顯現的、潛在的，不同形態危險因素往往交織在一起，起重事故主要類型有以下幾種：1.重物墜落的打擊傷害 重物墜落原因有多種，常見原因有吊具或吊裝容器損壞、物件捆綁不牢而松散或滑落、掛鉤不當發生脫鉤、電磁吸盤突然失電導致吸吊的物料墜落等。起升機構的零件發生故障或損壞（特別是制動器失靈、鋼絲繩或吊鉤斷裂等）都可能引發重物墜落的危險。另外，重物墜落還可能由于吊裝的危險物料引發二次傷害。例如，高溫液體金屬，易燃易爆、有毒、有腐蝕等危險品，它們都可能因物料的物理、化學特性導致燙傷、粉塵傷害、有毒物傷害等。2.起重機喪失穩定性 起重機失穩可能有兩種情況：一是由于操作不當（例如超載、臂架變幅或旋轉過快等）、支腿未找平或地基沉陷等原因，導致起重機由于力矩不平衡而傾翻；二是由于坡度或風載荷作用，使起重機沿傾斜路面或軌道滑動，發生不應有的位移、脫軌或翻倒。3.金屬結構的破壞 龐大的金屬結構是各類橋架起重機、塔式起重機和門座起重機的重要構成部分，作為整臺起重機的骨架，不僅承載起重機的自重和吊重，而且構架了起重作業的立體空間。由于起重機的金屬結構組成不同，金屬結構破壞形式往往也不同，例如，橋式起重機和門式起重機的主梁下撓度超標或支腿垮塌，塔式起重機和門座起重機的墜臂、倒塔等。金屬結構的破壞常常會導致嚴重傷害，甚至群死群傷的惡果。4.人員高處跌落傷害 起重機的機體高大，一般橋式起重機的主梁高度都在十米以上，塔式起重機和門座起重機甚至高達幾十米。為了獲得作業現場清楚的觀察視野，司機室往往設在金屬結構的高處，很多設備也安裝在高處，塔式起重機轉移場地時的拆裝作業、起重機高處設備的維護和檢修，以及安全檢查測量，這些需要人員登高的場所和作業環節，都存在著人員從高處跌落傷害的危險。5.夾擠和碾軋傷害 有些橋式起重機軌道兩側缺乏良好的安全通道，塔式起重機或汽車起重機的起重臂架作業回轉半徑與鄰近的建筑結構之間的距離過小，使起重機在運行或回轉作業期間，對尚滯留在其間的其他人員造成夾擠傷害。由于起重機整機的移動性，運行機構的操作失誤或制動器失靈引起溜車可能對人員造成碰撞或碾軋傷害，在道路上行駛的流動起重機還可能發生交通事故。6.觸電傷害 大多數起重機都是電力驅動，或通過電纜，或采用固定裸線將電力輸入，起重機的任何組成部分或吊物，與帶電體距離過近或觸碰帶電物體時，都可以引發觸電傷害。即使是流動式起重機，在輸電線附近作業時，觸碰高壓線的事故也時有發生。直接觸電或由于跨步電壓會造成電傷、電擊事故。7.其他機械傷害 人體某部位與運動零部件接觸引起的絞、碾、戳等傷害，液壓元件或管路破壞造成高壓液體的噴射傷害，運轉零件破壞飛出物的打擊傷害，抽拉吊索引起的彈射傷害等等，這些在一般機械起重工程安全風險：起重工程的安全風險，是指在利用起重機進行物料搬運或其他作業過程中，發生對人員傷害事故的可能性（概率）和可能造成傷害的嚴重性（程度）這兩個要素的綜合指標。起重工程的安全風險由于涉及多種因素，定量分析需要大量的統計數據做基礎，而目前我國在這方面存在很大的資料缺口，進行定量分析有困難，因此，常常采取定性估計的方法來分析。一、起重事故發生的可能性1事故發生的時間特點 起重機“壽命”期間各個階段都可能發生事故，如起重機在執行其搬運功能，以及在運輸、安裝、調整、維修、拆卸，以及安全檢查檢驗的各個環節的各種操作模式下，都可能發生。其中，起重搬運作業和起重機的拆裝過程中發生的事故最多。事故不僅在起重機的非正常工作狀態可能發生，即使是正常工作狀態下也有可能發生。2人員面臨的危險 起重工程波及范圍內的現場人員置身于龐大金屬結構移動區域里，地面人員始終處于可能發生重物墜落的危險區內。起重司機正常操作、高處設備的維護檢修、起重機的拆裝，以及安全檢查等都需要人員面臨高處作業的危險。3危險事件的突發性 起重事故，特別是重物墜落和金屬結構傾翻垮塌，多數沒有先兆，無法像一般機械可以通過急停裝置使危險事件抑制，在某些情況下根本沒有避讓空間或逃離通道。4高發事故的人員特征 統計數據說明，受傷害的人員可以是司機、司索工、甚至許多與起重作業無關的人員。其中，司索工的傷害比例最高，尤其是非正規就業的、相對文化素質較低的民工群體是事故的高發人群。二、起重事故后果的嚴重程度1事故群體化 起重工程與一人一機在較小范圍內的固定作業方式有很大區別。起重工程需要多人參與、協同配合，有些建筑工地或水利工地場所，在起重作業區域內集聚著大量施工人員，一旦發生事故往往涉及許多人。2事故后果嚴重 起重事故不僅可能導致人員傷害，還往往伴隨著大面積設備設施的損壞。尤其是重物墜落和金屬結構垮塌失穩，往往造成惡性事故。起重機制作業范圍越大、起重噸位越高，可能造成事故后果的程度就越嚴重。3事故類型集中 機械傷害事故是起重工程的主要事故類型，如重物墜落、平擠碾壓、物體打擊、起重機傾翻事故等。此外，還可能發生觸電或由物料造成的其他傷害。在一臺設備上可能發生的事故類型如此之多且集中，這在其他任何機械中都是罕見的。上發生的傷害形式，在起重機工程中都有可能發生。起重機主要技術參數：起重機主參數是表示起重機主要技術性能指標的參數。是起重機設計的依據，也是起重機安全技術要求的重要依據。下面我們僅就與安全關系較大的起重機主參數介紹如下：額定起重量Gn 是指起重機能安全吊起的物料連同可分吊具或屬具質量的總和。對于吊鉤起重機其額定起重量就是其安全起吊物料的質量。但對帶可分吊具（如抓斗、電磁吸盤、平衡梁等）的起重機，其吊具和物料質量的總和是額定起重量，允許起升物料的質量是有效起重量。起重機標牌上標定的起重量，通常都是指起重機的額定起重量。起重量標牌應醒目顯示在起重機結構的明顯位置上（這是起重機安全檢查的內容之一），以提示操作者避免超載。需要說明的是，對于臂架類型起重機來說，其額定起重量是隨幅度增大而變小的。這類起重機的起重特性指標是用起重力矩來表示，標牌上標定的值是專指在臂架處于最小幅度時的最大起重量。明確這一點對安全操作起重機是非常重要的。起升高度H 是指起重機運行軌道頂面，或地面到取物裝置上極限位置的垂直距離。有些起重機的取物裝置允許下放到地面或軌道頂面以下，其下放的距離稱為下降深度。這時，起重機的起升范圍即是起升高度和下降深度之和，即吊具最高和最低工作位置之間的垂直距離。在起重機實際作業中，不得超過起升高度允許值。因為超限度會使卷繞在起升機構卷筒上的鋼絲繩繩尾固定措施超載失效，將導致重物墜落事故發生。跨度S 是指橋式類型起重機運行軌道中心線之間的水平距離。橋式類型起重機的小車運行軌道中心線之間的距離，地面有軌運行的臂架式起重機的運行軌道中心線之間的距離，都稱為軌距。保持起重機的大車運行軌道的跨度和小車運行軌道的軌距平行，是起重機安全檢查的內容之一。幅度L 旋轉臂架式起重機的幅度，是指旋轉中心線與取物裝置鉛垂線之間的水平距離，單位是米。非旋轉類型的臂架起重機的幅度，是指吊具中心線至臂架后軸或其他典型軸線的水平距離。當臂架傾角最小，或小車位置與起重機回轉中心距離最大時的幅度為最大幅度，反之為最小幅度。對于臂架類型起重機來說，不同幅度對應的安全起重量是不同的。工作速度V 起重機工作機構在額定載荷下穩定運行的速度。包括起升速度Vq、大車運行速度Vk、小車運行速度Vt、變幅速度Vl和旋轉速度。對于流動式起重機在道路行駛狀態下的工作速度，是用行走速度Vo來描述。當起重機的某一工作機構可以多擋位操作時，一般情況下，載荷越大，工作速度越低。對于臂架式起重機，應控制其旋轉速度，防止由于旋轉速度太大，吊載產生的離心力導致起重機傾翻。起重機的載荷：起重機的載荷（一） 起重機在作業過程中，承受載荷種類復雜、載荷作用方向不同，這不僅表現在運行過程中起重機要受到包括靜載荷、動載荷、交變載荷等各種載荷的作用，而且隨著起重機作業的工況改變，即使是同類載荷也表現出多變的特征。受到載荷作用的起重機械各承載零件和結構件會產生相應的應力和變形，當應力和變形超過一定的限度，就會使零、構件喪失功能，甚至破壞，造成危險。起重機的載荷計算是起重機及其組成零、部、構件受力分析的原始依據，也是報廢或事故原因判斷分析的重要依據。載荷狀態判斷得準確與否，將直接影響計算結果和事故結論的正確與否。因此，我們需要了解起重機上的載荷種類、各種載荷的作用方向以及在不同工況下的載荷作用方式。1.重力載荷 起重機的重力載荷包括自重載荷和起升載荷兩大部分。自重載荷包括起重機的金屬結構、機械設備、電氣設備等（不包括起升載荷）的重力載荷。載荷的作用方式及簡化的力學模型可以分別考慮，一般情況下，起重機的機械設備和電氣設備可視為集中載荷作用在設備安裝的位置中心，桁架的自重視為作用在結構節點上的集中載荷，箱型結構的自重作為均布載荷處理。自重載荷通常都比它的工作對象的重量大得多。起升載荷指所有起升質量的重力，包括允許起升的最大有效物品、取物裝置（包括下滑輪組吊鉤、吊梁、抓斗、容器、起重電磁鐵等）、懸掛撓性件以及其他在升降中的設備的重力。當起升高度小于50米時，起升鋼絲繩的重量可以不計。當起重機處于非運動的靜止狀態，即起重機不工作，或吊載停止升降運動懸吊在空中的狀態，或起重機處于穩定勻速運動狀態時，起重機的自重載荷和起升載荷可作為靜載荷處理。對于橋架類型的起重機，物料通過載重小車沿主梁水平運動時，小車自重及起升載荷則組成了移動載荷。2.動力載荷 動力載荷使起重機在運動狀態改變時產生動載效應，動載效應使原有靜力載荷值增加。動力載荷包括在變速運動中，結構自重和起升載荷產生的慣性載荷；由于車輪經過不平整軌道接頭，或起重機的運動部分撞擊緩沖器產生的沖擊載荷；在慣性載荷和沖擊載荷作用下，金屬結構和工作機構的彈性系統產生振動的振動載荷等。動力載荷與工作速度（加速度）有關，與運動方向有關，與結構的形式和性質（諸如系統的質量分布、系統的剛度和阻尼等）有關，與起重機的使用條件和司機操作方法、操作技能的熟練程度等多種因素有關。3.自然載荷 自然載荷專指風、冰、雪、地震和溫度變化等自然因素所造成的載荷。在室外工作的起重機，風載荷對起重作業的影響應該給予足夠的重視。其他自然載荷在需要考慮時，可按有關規范確定或由用戶提供有關資料進行計算。4.其他載荷 橋架式類型起重機在大車運行過程中出現偏斜時，產生垂直作用于車輪輪緣或水平導向輪上的水平側向力；軌道式起重機由于軌道安裝誤差或流動式起重機由于行駛道路的坡度引起的坡度載荷；考慮起重機在運輸、安裝過程中由于生產工藝的需要而產生的載荷，其形式和大小將由實際情況具體決定；起重機在投人使用前，或對使用期間的起重機做安全監測時，進行的超載動態試驗及靜態試驗產生的試驗載荷等。 起重機的載荷（二） 動載荷產生在起重機的運動狀態改變時，動載效應使起重機受地球引力作用的重力載荷（包括自重載荷和起升載荷）的靜載荷值增加。在進行起重機零、部、構件的設計、安全檢驗、安全防護裝置的選擇和起重事故的分析計算時，必須考慮動載荷的作用方向。1. 垂直載荷 為了計算方便，垂直方向的動載效應通常用不同的動力系數i表示，對于不同工況產生的動載荷是通過動力系數與相應的靜載荷的乘積計算獲得。動力系數一般查閱起重機設計規范或有關手冊給定的范圍，根據實際工況來選用確定，常用的動力系數和適用工況介紹如下：（1）起升沖擊系數1 在起升質量突然離地起升或下降制動時，起重機的自重載荷將產生沿其加速度相反方向的沖擊作用。1是考慮了這種工況下的自重沖擊系數，在進行載荷計算時，它僅與起重機自重載荷相乘。（2）起升載荷動載系數2 在起升機構工作時，起升質量突然離地起升或下降制動的情況下，被吊物品重力載荷將產生動態增大效應。2是考慮了這種工況下起升載荷的增大系數，在進行載荷計算時，它應與起升載荷相乘。2值的大小與起升速度、系統剛度及操作情況有關，一般起升速度越大，系統剛度越大，操作越猛烈，2值也越大。（3）突然卸荷沖擊系數3 當抓斗起重機和電磁吸盤起重機在卸貨時，或當吊鉤、鋼絲繩意外斷裂吊載墜落的起重事故發生時，會導致起升質量部分或全部突然卸載，這將對結構產生動態減載作用。3是考慮了這種工況下的卸荷沖擊系數。在進行金屬結構和起重機抗傾覆的穩定性計算時，應考慮這種動態減載作用的影響。（4）運行沖擊系數4 當起重機或起重小車通過不平道路或軌道接縫時，沿著垂直方向會產生運行沖擊載荷，4是考慮這種效應的運行沖擊系數。運行沖擊系數與起重機或小車的運行速度、軌道或道路狀況有關。2.水平載荷 水平載荷包括運行、回轉和變幅機構在驅動力或制動力的變速作用下，起重機自身質量和起升質量產生慣性載荷，這個載荷僅涉及由剛體動力學求得的慣性力，沒有考慮彈性振動因素。水平載荷還包括軌道起重機沿軌道運行偏斜時產生水平側向載荷和運行超行程的碰撞載荷等。由于各種水平載荷發生的機理不同，計算方法也各不相同。（1）運行水平慣性力 運行機構變速時的慣性力，按產生水平運行慣性力的相應的質量與加速度乘積的1.5倍計算，1.5是考慮驅動力對起重機金屬結構產生的動力效應的系數。運行慣性力的計算結果應按不大于主動車輪與鋼軌間的粘著力取值。（2）回轉和變幅運動的水平力 臂架式起重機回轉和變幅機構運動時，起升質量產生的水平力，由于受到變幅和回轉起制動時產生的慣性力、回轉運動時的離心力，以及受司機操作方法等多種因素的綜合影響，會產生附加水平力。一般按懸吊物的鋼絲繩對垂直線的偏擺角所引起的水平分力計算。（3）起重機偏斜運行時的水平側向力 橋式類型的起重機在大車運行過程中出現偏斜運行時，會產生垂直作用于車輪輪緣或水平導向輪上的水平側向力。造成起重機偏斜運行的因素是很復雜的，難以從理論上作定量分析，通常是用試驗和統計辦法歸納的經驗公式近似計算。（4）碰撞載荷 在起重機或起重小車超過行程限制與軌道終端止擋器發生撞擊，或當同一跨度軌道上有多臺起重機時，兩臺起重機之間的相互碰撞會產生碰撞載荷。碰撞載荷根據能量原理，按假定碰撞動能和完全為緩沖器所吸收的動能計算。起重機的載荷（三） 保證起重機安全可靠作業的計算有兩種類型：一類是壽命計算（包括疲勞、磨損和發熱），這類計算要按等效原則確定計算載荷；另一類是強度計算（包括材料的塑性破壞、脆性斷裂、彈性失穩以及起重機的穩定性），這類計算應按在使用期內可能出現的最大載荷作為計算載荷。這就需要針對不同的零部件和結構件，根據起重機工作的特點，考慮各種載荷實際出現的概率，把可能同時出現的載荷按最不利的情況進行組合，并依據一定的原則進行計算。1.載荷分類與載荷組合 作用在起重機上的載荷分為三類，即基本載荷、附加載荷與特殊載荷。各類載荷組合是強度和穩定性計算的原始依據。（1）基本載荷：始終或經常作用在起重機結構上的載荷，包括自重載荷、起升載荷、慣性水平載荷，以及考慮動載系數與相應載荷相乘的動載效應。對于抓斗、電磁吸盤起重機，還應考慮由于突然卸載的動態減載作用。只考慮基本載荷的組合為組合。（2）附加載荷：起重機在正常工作狀態下，結構所受到的非經常性作用的載荷。它包括起重機工作狀態下的最大風載荷、起重機偏斜運行側向力、根據實際情況而考慮的自然載荷，以及某些工藝載荷等。考慮基本載荷和附加載荷的組合為組合。（3）特殊載荷：起重機處于非工作狀態時，結構可能受到的最大載荷，或者在工作狀態下結構偶然受到的不利載荷。考慮基本載荷和特殊載荷的組合，或三類載荷都考慮的組合為組合。2.計算原則 為保證起重機安全、正常地工作，起重機的金屬結構和機構的零部件應滿足強度、穩定性和剛度的要求。強度和穩定性要求是指結構構件在載荷作用下產生的內力不應超過許用的承載能力，剛度要求是指結構在載荷作用下產生的變形量不應超過許用的變形值，以及結構的自振周期不應超過許用的振動周期。計算的內容不同，對應的載荷組合類別也不同。（1）壽命（耐久性）計算載荷第類載荷用來計算零部件或金屬結構的耐久性、磨損或發熱。按正常工作時的等效載荷進行計算。工作級別是A6、A7、A8級起重機，對于受變載荷作用的機構零件和金屬結構應做疲勞強度驗算。（2）強度計算載荷第類載荷用來計算零部件或金屬結構的強度、受壓和平面彎曲構件的穩定性、結構件的剛度、起重機的整體穩定性與輪壓。按工作狀態最大載荷進行強度計算。確定強度計算載荷時，應選取可能出現的最不利的載荷組合。（3）驗算載荷第類載荷用來驗算起重機的某些裝置（如夾軌器）、變幅機構、支承旋轉裝置的某些零件和金屬結構的強度和構件的穩定性，以及起重機的整體穩定性。按非工作狀態最大載荷及特殊載荷（安裝載荷、運輸載荷及沖擊載荷等）進行強度驗算。在起重機事故處理時，由金屬結構和機構的零部件破壞導致的事故，應進行必要的驗算。驗算時，按實際工況的發生載荷處理。3.安全系數 起重機承載能力的計算方法有許用應力法和極限狀態法兩種。目前，許用應力法仍是主要采用的方法，許用應力是按材料的強度極限考慮一定的安全儲備來獲得。強度計算的基本條件是零構件危險截面的計算應力不得大于材料的許用應力，而材料的強度極限與許用應力之比的倍數就是安全系數。安全系數的選擇首先要確保安全、可靠，又要做到技術先進，經濟合理。安全系數的取值既考慮材料的強度儲備、重要度、計算方法精確程度，又要考慮材料的不均勻性和可能存在的缺陷以及實際尺寸的誤差等因素。特別應該強調指出，起重機零構件的重要度是安全系數取值的重要依據。當起重機某些部分損壞會引起嚴重的事故后果（例如引起物品墜落、臂架下落、起重機傾覆等情況發生）時，所涉及的此類零部件應有較高的安全系數；當起重機某些零部件在破壞以后僅使起重機停止工作，而不會導致嚴重后果的，則安全系數可以取低些。不同材料零構件的安全系數也有區別，一般鍛件和軋制件可取較低值，鑄件則應取較高值。對于運輸融化金屬或危險物品等的起重機的重要零部件，其安全系數比常規取值應加大。另外，工作級別不同，安全系數也不同。起重機取物裝置：起重機取物裝置（上） 取物裝置是將物料與起重機聯系起來進行物料吊運的執行裝置。大多數取物裝置通過撓性卷繞系統或剛性構件懸掛在可沿主梁運行的起重小車上。常常根據物料的形態、幾何形狀特點和裝卸效率要求來配置取物裝置，一般成件的物品常用吊鉤、吊環，散料常用抓斗，液體物料使用盛筒、吊罐，還有針對特殊物料的其他特種吊具，如電磁吸盤、旋轉C型鉤，以及集裝箱專用吊具等。吊鉤組是起重機上應用最普遍的取物裝置，它由吊鉤、吊鉤螺母、推力軸承、吊鉤橫梁、滑輪、滑輪軸以及拉板等零件組成。按形狀有單鉤和雙鉤之分，單鉤常用于較小的起重量，起重量較大時多采用雙鉤。吊鉤在起重作業中，受到頻繁、沖擊重載荷的反復作用，一旦出現故障就可能導致重物墜落，造成重大人身傷亡或財產損失。因此，吊鉤的基本安全要求就是避免發生突然斷裂或脫鉤，保證作業人員的安全和被吊運物料不受損害。吊鉤安全性能需要正確的結構設計、合理選材、適宜的制造方法來保證，并且在使用中要加強安全檢查，發現超過標準規定的缺陷要及時報廢更新，使取物裝置保持持續安全狀態。吊鉤的基本安全要求如下：（1）吊鉤的材料 起重機吊鉤除承受物品重量外還要承受起升機構起動與制動時引起的沖擊載荷作用，它應該具有較高的機械強度和較好的沖擊韌性，一般采用優質低碳鎮靜鋼或低碳合金鋼制造。由于機械強度高的材料往往脆性也大，通常對應力集中和裂紋缺陷敏感，所以一般不采用高碳鋼材料制造。（2）吊鉤的制造工藝 按制造方法分有模鍛鉤和疊片鉤。模鍛吊鉤為整體鍛造，由于成本低，制造使用都很方便，使用量非常大，缺點是一旦破壞即要整體報廢。疊片式吊鉤（板鉤）是由切割成形的多片軋制鋼板疊片鉚接而成，在鉤口上裝護墊以減小對鋼絲繩磨損，同時使疊片均勻受力，由于板鉤破壞僅限于個別鋼板，一般不會同時整體斷裂，故工作可靠性較整體鍛造吊鉤好，主要用于大起重量或冶金起重機（如鑄造起重機）上。由于鑄造在工藝上難以完全避免鑄造缺陷，一般不允許使用鑄造鉤；由于無法防止焊接產生的應力集中和可能產生裂紋，不允許焊接制造吊鉤，也不允許用補焊的辦法修復吊鉤。（3）吊鉤的結構 以鍛造單鉤為例，吊鉤可以分為鉤身和鉤柄兩部分。鉤身制成彎曲形狀，并留有鉤口以方便掛、取吊索、吊鏈。該區段是承受吊物載荷的主要部分，最常見的截面形狀是梯形。鉤柄常制有螺紋，它借助與之相配合的螺母將整個吊鉤懸掛在動滑輪組的橫梁上。起重機取物裝置（下） 吊鉤承載安全的強度計算1.吊鉤的危險斷面 按平面彈性曲桿理論對吊鉤的受載狀況進行受力分析可知，吊鉤危險斷面主要在三個部位：水平斷面AA、垂直斷面BB和鉤柄螺紋根部CC斷面（參見 下圖）。危險斷面附近的吊鉤狀態是安全檢查的重點。（1）鉤身水平AA斷面 起升載荷對AA斷面的作用為偏心拉力，所以該斷面受到彎曲和拉伸組合應力作用。斷面內側應力為最大拉應力，斷面外側為最大壓應力，AA斷面是吊鉤受力最大的斷面。（2）鉤身垂直BB斷面：受力雖然不如AA斷面大，卻是吊索強烈磨損的部位，隨著斷面面積減小，承載能力逐漸下降。在操作時應注意控制系物吊索分支的夾角，分支的夾角越大，斷面受力就越大，也就越容易發生脫鉤。（3）鉤柄尾部的螺紋部位CC斷面 螺紋根部應力集中，還會受到腐蝕，容易在缺陷處斷裂。2.吊鉤的計算載荷和安全系數 在進行承載安全的強度計算時，吊鉤受到的載荷不能僅按最大起升質量的靜力作用計算，而應該考慮由于起升質量突然離地起升或下降制動，重力載荷將產生的動態增大效應，吊鉤的計算載荷必須在靜載荷基礎上乘以起升載荷動載系數2。一般起升速度越大，起升系統的剛度越大，司機操作越猛烈，2值也越大，其取值在1.02.0范圍內。在對吊鉤進行強度校核時，應該注意安全系數n的取值。對于鉤身，一般用途的起重機n為1.3，用于吊運熔化金屬等危險品的起重機n為2.5；而對于鉤柄螺紋部位，通常n取4。3吊鉤的安全檢查與報廢（1）.安裝使用前的檢查：吊鉤應有制造廠的檢驗合格證明，必要時應對吊鉤進行材料化學成分檢驗和必要的機械性能試驗。使用前應測量吊鉤的原始開口度尺寸。（2）.表面檢查：通過目測、觸摸檢查吊鉤的表面狀況。吊鉤表面應該光潔、無毛刺、無銳角，不得有裂紋、折疊、過燒等缺陷，吊鉤缺陷不得補焊。（3）.內部缺陷檢查：主要通過探傷檢查吊鉤的內部狀況。吊鉤不得有內部裂紋、白點和影響使用安全的任何夾雜物等缺陷，必要時，應進行內部探傷檢查。（4）.安全裝置：有條件的，特別是用于大起重量時，應該安裝防止吊物意外脫鉤的安全裝置。（5）.吊鉤出現下列情況之一時應予報廢：裂紋；危險斷面磨損達原尺寸的10%；開口度比原尺寸增加15%；鉤身扭轉變形超過10；吊鉤危險斷面或吊鉤頸部產生塑性變形；吊鉤螺紋被腐蝕；疊片鉤襯套磨損達原尺寸的50%時，心軸磨損達原尺寸的5%時，應更換襯套或心軸。起重機鋼絲繩：起重機鋼絲繩（一） 鋼絲繩是起重機使用率很高的構件之一，這是由于它的獨有特性所決定。與剛性構件相比，鋼絲繩具有強度高、自重輕、柔韌性好、耐沖擊等特點，特別突出的是它的安全可靠性。在正常情況下使用的鋼絲繩一般不會發生突然破斷，即使破壞也是有前兆的，一般總是從個別、局部斷絲開始，逐漸發展到整個繩，是有一段時間過程的，除非因為載荷超過其極限破斷力而發生整繩突然破壞。這就提供了這樣一種可能，只要平常加強對鋼絲繩的安全管理和使用，那么，由鋼絲繩引發的事故是可以避免的。但是鋼絲繩的受力狀況多變、工作環境復雜，其破壞除了機械損傷之外，結構選型不當、維護檢查不當，失效的鋼絲繩沒有及時報廢并更新等原因有關。鋼絲繩的安全技術涉及鋼絲繩的種類、制造方法、構造性能、受力狀況，以及維護、檢查、報廢等多方面的問題，是個專業性比較強的技術，每個安全管理人員和技術人員都應該對鋼絲繩的有關知識、受力狀況和運行狀態有個基本了解，我們將分幾個專題分別做一介紹。1，鋼絲繩的構造 起重機多用雙繞鋼絲繩，一般都是用捻繩機將若干根鋼絲捻制成股，再以繩芯為中心，由一定數量股合在一起，捻繞成螺旋狀的繩。（1）鋼絲：起承受載荷的作用，鋼繩的破斷拉力大小主要取決于鋼絲的抗拉強度。鋼絲通過冷拉拉絲獲得很高的強度和耐彎折的韌性。另外，根據使用環境條件不同對鋼絲進行表面處理，使鋼絲繩增強防腐蝕性。（2）繩芯：對繩股起支承作用以減小鋼絲間的接觸應力，增加鋼絲繩彈性和韌性，貯存油潤滑鋼絲、減輕摩擦以提高使用壽命。繩芯材料有機纖維（如麻、棉）、合成尼龍纖維、石棉芯（用于高溫條件）或軟金屬等。2，鋼絲繩的分類 在鋼絲繩受力時，各層鋼絲與鋼絲之間互相跨越而形成接觸，處于互相緊密接觸擠壓狀態。組成鋼絲繩的鋼絲直徑的差別、股中不同層鋼絲的捻角、捻距等因素都會影響鋼絲繩的性能。按股內鋼絲之間的接觸狀態可分為點接觸、線接觸和面接觸鋼絲繩。（1）點接觸鋼絲繩（亦稱普通型）：采用等直徑的鋼絲捻制而成，由于各層鋼絲的捻距不等，各層鋼絲與鋼絲之間交叉形成點接觸狀態。在受拉力時，點接觸處產主應力集中并導致磨損、壓痕，過早地使鋼絲斷裂而報廢，壽命較低，起重機的工作機構一般不采用。優點是制造工藝簡單、價廉，常作為捆綁吊索，（2）線接觸鋼絲繩：采用直徑不等的鋼絲捻制，將內外層鋼絲適當搭配，不同層的鋼絲之間在全長上呈線接觸狀態，由于接觸面積較點接觸鋼絲繩的大，使受載時鋼絲的接觸應力降低。常見的有西爾型（外粗式）、瓦林吞型（粗細型）和填充型（密集式）等。線接觸鋼絲繩承載力強、撓性好、壽命較高，品種也愈來愈多。起重機的工作機構應優先采用線接觸鋼絲繩。（3）面接觸鋼絲繩（密封式）：通常以圓鋼絲為股芯，用特殊方法制造，使最外一層或幾層采用異形斷面的鋼絲，層與層之間呈面接觸狀態。其特點是撓性好、強度高、耐腐蝕，但制造工藝復雜，價格高，起重機上很少使用。3，鋼絲繩的捻向 根據鋼絲繩由絲捻成股的方向，與由股捻成繩的方向是否一致，可分為交互捻或同向捻鋼絲繩。根據繩股的捻向可分為右交互捻，左交互捻，右同向捻左同向捻四種。（1）交互捻鋼絲繩（交繞繩）：絲捻成股與股捻成繩的捻制方向相反，在鋼絲繩受力伸長時，迫使股內鋼絲相互壓緊，產生阻抗轉動的反力矩，使用中不易扭轉和松散，因而在起重機的工作機構上得到了普遍的應用。為防止卸載后鋼絲繩帶動吊鉤滑輪組扭轉打卷傷人，起升機構一般均采用交互捻鋼絲繩。（2）同向捻鋼絲繩（順繞繩）：絲捻成股與股捻成繩的方向相同，其撓性好，但由于旋轉性較強，散股的趨向大，且穩定性較差，容易扭結，在小的滑輪槽中經過時，容易扭曲成攏狀，使結構遭到破壞，一般只作為牽引繩或張緊繩。（3）不扭轉鋼絲繩：這種鋼絲繩在設計時，使股與繩的扭轉力矩相等，方向相反，在起升高度較大的起重機上使用，并越來越受到重視。 起重機鋼絲繩（二） 鋼絲繩的特性主要表現在鋼絲繩的破斷拉力、耐扭轉彎折的韌性和對惡劣使用環境的耐腐蝕性，是由組成鋼絲繩的鋼絲特性所決定。鋼絲繩還具有很高的可靠性，在規定的使用條件下，在規定的壽命期限內，當執行規定功能時，極少發生無先兆突然整繩斷裂的危險，表現出較好的安全性。安全工程人員對起重機實施安全管理，就應該認識鋼絲繩，并對鋼絲繩的性能和使用時的適用條件有個基本了解。1鋼絲繩的強度 鋼絲的抗拉強度所決定的鋼絲繩的破斷拉力是鋼絲繩最重要的性能指標，而鋼絲的抗拉強度是通過冷拔拉絲這個特殊制造工藝獲得的。高抗拉強度可以提高鋼絲承受動載荷和抗擠壓能力，但隨之韌性降低、脆性增加，在重載且反復彎曲的使用條件下容易斷裂。所以，鋼絲繩并不是抗拉強度越高越好，而需要綜合考慮。通過實驗得知，抗拉強度在1550MPa850MPa之間的鋼絲繩，其抗拉、抗擠壓、耐磨損，柔韌性綜合特性較好，是起重機的工作機構優先選擇的用繩。2鋼絲繩的韌性 韌性是保證鋼絲繩可靠性的重要參數，是根據單根鋼絲的試驗結果所決定。將單根鋼絲360度連續地扭轉和