(神华集团准能公司 设备维修中心，内蒙古 薛家湾 010300)
摘 要：文章分析了工程起重设备在工作中遇到的不安全 因素，并就这些不安全因素的不确定性进行了一些探索，给出了对这些不安全因素的基本评 估。
关键词：起重设备；危险；不安全因素；评价
中图分类号：TH2 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)15—0087—03
工程起重设备在现代化的工作中起着非常重要的作用。特别是在准能公司这样的大型露天矿 生产活动中，随着单机生产能力的提高，所属部件的大型化、重型化不可避免，所以起重设 备本身的大型化也不可避免，这样就对起重设备的人机安全提出了更高的要求，担负黑岱沟 露天矿设备检修任务的设备维修中心现有流动式起重设备２7台套。其中包括100t以上大型 汽车起重机7台，这些设备有些是在国内仅有的几台设备之一，所以，对我们来说，保证起 重设备的人机物的安全，是我们所探讨的重要课题之一。
1 基础资料
1.1 起重事故的资料统计
起重设备由于是人机物的对话，所以在所有发生的起重事故中，不外乎是人机物的损伤 。现阶段我国的工业生产活动与当初日本20世纪60、70年代的工业生产活动基本相似，所以 所发生的工业损伤事故也有许多相似之处， 但就总体来说，起重事故约占整个工业活动伤亡事的５％～１０％之间，这一比例相比 而言仅次于交通事故的伤亡人数，所以应该引起我们的高度重视。
2 现阶段设备维修中心起重设备的利用状况。
我们都知道，起重机械所发生事故的比例是与起重机的载荷状态Ｑ、载荷谱系数即Ｋｐ ，利用等级U有较大的关系，据笔者统计，随着黑岱沟露天矿生产能力的逐渐增大，设备维 修中心所承担维修设备的数量大幅增加，以上3项指标均已大幅提高，载荷状态 Ｑ由中— 重—特重转变，Ｋｐ由 ０.２５～ １.０的转变，所有这些都是起重工作中的危险因 素在大幅提高，因此对起重活动中吊车的安全状态进行评价显得尤为重要。
3 工作中的危险及评价指标
3.1 人的因素
起重设备由于其工作的特殊性，所以说，对操作人员也有一些特殊的要求，这是保证起重安 全 的一个最重要的因素。国家在这方面有一定的特殊要求，例如身高、视力、听力等，所以对 起重设备而言，这是做好起重人机物安全的一个最重要的基础。
3.1.1 我们都知道人对外界事物的感观刺激，是随着外露事物暴露的时间长短而确定的， 所以说在选择操作人员的同时，必须要测定其本身的各项生理机能。对我们来说感觉最重要 的一方面是视觉机能；另一方面是听力机能；这是选择起重设备操作人员的最重要的基础。
3.1.2 视觉和听力机能的影响，对起重操作人员而言是最重要的要求。要求视觉视力在经 过校正的情况下双眼视力均能达到0.7以上，听力机能左右耳距离音谱仪50cm能辨清声 音的方向；双眼视野范围应在160°范围之内，而且应无色盲等其他禁忌性疾病等，如果 对以上的指标要求把握不严，放宽对操作人员本身素质的要求，就给以后的安全生产带来了 隐患。因此我们说，人的要求是评价吊车能否安全运行的重要指标。
3.1.3 由于人为的因素所发生的事故在所有事故中所占的比例是最高的，操作人员的本身 素质对于规避一些事故的发生起着非常重要的作用。例如1993年在我单位曾发生一起非常恶 劣的起重事故，在吊车幅度非常大的情况下，去起吊一深埋地下的物件，结果造成第二节臂 折断的严重事故。所以说人为的因素是起重设备工作中最不可预见的因素。加强对操作人员 的培训，是降低起重安全事故，保证吊车安全运行的最重要、最直接的手段。
3.2 机械的因素
据资料统计，在所发生的所有机械人身伤害事故中，由于机械本身缺陷所造成的事故约 占所有发生事故的25%，所以机械的因素是我们在工作中引起高度重视的一个重要方面， 例如在日常工作中保证设备的正常完好，加强设备的计划检修与状态维修的力度。使设备始 终处于非常良好的状态，对我们所有的管理人员和操作人员都是日常工作中非常重要的方 面。
3.2.1 吊车安全运行稳定性的评价指标。起重机的稳定性是指起重机整个机身自重和外载荷的作用下抵抗倾覆的能力，为保证起重机 稳定，应使稳定力矩大于倾覆力矩。稳定力矩与倾覆力矩的比值，即为稳定性安全系数，其 常用代号为K1、K2。对于我车间使用的280t履带式起重机而言，其稳定力矩及安全系数 如下所示，即必须满足如下条件。
当考虑吊装载荷及所有附加载荷时：
K1=稳定力矩/倾覆力矩≥1.15
当仅考虑吊装载荷，不考虑附加载荷时：
K2=稳定力矩/倾覆力矩≥1.40
对于我车间使用的其他汽车起重机而言，其稳定力矩及安全系数如下所示，即必须满足如下 条件。
当放下支腿时：
K1=稳定力矩/倾覆力矩≥1.333
当不用支腿时：
K2=稳定力矩/倾覆力矩≥1.50
起重机在超负荷吊装或伸长大臂时，均需进行稳定性计算，以保证起重机在吊装中不会发生 倾覆事故或者在空负荷停放状态时也不会发生相反方向的倾覆事故。
综上所述，起重机机身稳定（包括配重）与负荷的关系可用稳定性安全系数来表示，即稳定 安全系数越大，起重作业就安全；反之则不安全，也就是必须满足上述的最小值，这是评价 起重机能否安全运行的一个重要指标。当稳定安全系数值不能满足安全要求时，在特别需要 的情况下，在起重机的额定起重量的范围内，最有效的解决办法是适当增加配重，或减小回 转半径，以提高起重机的稳定安全系数值，从而达到起重机安全作业的要求。
3.2.2 钢丝绳的安全评价指标。钢丝绳是起重吊装中使用最广泛的一种索具，它具有自重不大，挠性好，使用灵活，耐磨损 ，且能承受冲击载荷；在高速运行时运转稳定，噪音小；钢丝绳破断前有征兆，整根钢丝绳 不会立即断裂的优点，因而在起重吊装中得到了广泛的应用。
3.2.2.1 钢丝绳破断力的指标。钢丝绳的破断力与钢丝绳质量的好坏和绕捻结构有关，对 其破断力做精确计算是困难的，只能做近似计算，一般常用的计算公式是：
Sb=πdi2/4 nψσb=nAψσb
式中：Sb——钢丝绳的破断力，N；
di——钢丝绳每根钢丝的直径，mm;
n——钢丝绳中钢丝的总根数；
σb——钢丝的公称抗拉强度，MPa;
A——每根钢丝的断面面积，mm2;
ψ——钢丝绳中，钢丝绕捻不均匀而引起的受载不均匀系数
当钢丝绳为6×19＋1时，ψ=0.85
当钢丝绳为6×37＋1时，ψ=0.82
当钢丝绳为6×61＋1时，ψ=0.80
在施工现场缺少钢丝绳破断拉力数据时，也可以用经验公式近似估算的方法：
当公称抗拉强度为1 400MPa时，Sb=428d2
当公称抗拉强度为1 550MPa时，Sb=474d2
当公称抗拉强度为1 700MPa时，Sb=520d2
当公称抗拉强度为1 850MPa时，Sb=566d2
当公称抗拉强度为2 000MPa时，Sb=612d2
式中：Sb——钢丝绳的破断力，N；
d——钢丝绳的直径，mm。
3.2.2.2 钢丝绳许用应力的指标。钢丝绳在使用中，受到拉伸、弯曲、挤压和扭转的作用 ，为 保证起重吊装作业安全，须将钢丝绳的破断力除以安全系数，做为钢丝绳容许受到的最大拉 力，即许用拉力：
［P］=Sb/k
式中：［P］——钢丝绳的许用拉力，N；
Sb——钢丝绳的破断力，N；
K——安全系数。
用此公式来计算钢丝绳的许用拉力，确定所选用的钢丝绳能否安全使用，其方法是比较许用 拉力与钢丝绳受到的实际拉力大小，若实际拉力小于许用拉力，则钢丝绳能够安全使用，反 之，则钢丝绳不能安全使用。
3.2.2.3 起重吊装的计算载荷的评价指标。起重吊装采用的计算载荷包括动载荷和不均衡载荷两种，计算中常利用动载荷系数K1与不 均 衡系数 K2乘以静载荷，来近似地代替设备或钢丝绳在冲击振动情况下的动载荷与不均衡 对称情况下的不均衡载荷。
3.2.2.3.1 计算动载荷。在设备的起吊、牵引运输过程中，因机械传动和操作时的 突然起动 或制动，均能增大设备本身以及钢丝绳所承受的载荷。这个增大了的载荷，用动载系数近似 计算，即将吊装、运输设备的静载荷乘以动载系数K1，作为吊装、运输过程中该索、吊具 所承受的计算载荷一般吊车应满足的动载荷系数为K1=1.3才能满足安全要求，也就是达到 这一要求时才能满足起重机的安全运行；在吊装时的动载荷系数K1=1.2时才能满足安全要 求，也就是达到这一要求时才能满足起重机的吊装运行。
在垂直吊装的场合，起重机构的最大垂直动载荷产生于由松弛钢丝绳全速起吊，使被吊物件 骤然离地和物件全速下落时的紧急制动情形。这个最大载荷等于静载荷、惯性载荷、振动载 荷三者之和。因此，在吊装工程实际计算时，将静载荷乘以＞1的动载荷系数来考虑动载 荷的影响，计算公式如下：
Gj= K1（G1+ G2）
式中：Gj——计算载荷，N；
K1——起重机构动载荷系数K1=1.2
G1——被吊物件的重量，N；
G2——起升机构中吊索具的重量，N。
此外设备在运输过程中，因道路不平引起运输车辆振动，使设备受到的载荷增大，因此在验 算设备强度时，其计算载荷应为自重乘以动载荷系数K1。
3.2.2.3.2 计算不均衡载荷。计算不均衡载荷用以考虑与设计计算的理想条件不同的 不平衡因素，如：
①由于地质变化而引起的支腿不均匀沉陷，引起的各支腿的受力不均匀。
②由于多台吊车共同使用，其卷筒直径、转速、操作启动及制动不一致引起的各套装置 受力不均匀。
因此，对吊在索具的选择和验算时，引入不均衡系数K2，即将吊装工艺设计计算中计算出 的静载荷乘以不均衡系数K2。一般K2=1.2。
3.2.2.3.3 综合计算载荷。在设备起吊、运输过程中，对可能同时承受冲击震动影响 与不平衡载荷影响的索吊具，在选择和验算时，应以静力平衡计算出的载荷乘以动载荷系数K1 与 不平衡系数K2，作为该吊索具承受的综合计算载荷。
3.2.3 吊钩的安全评价指标。吊钩按其形式的不同可分为单钩和双钩两种，对单钩的验算，主要是针对钩柱和钩身进行强 度校核。一般对钩柱部分螺纹底径拉应力和螺纹部分挤压应力进行校核；对钩身弯曲部分水 平危险截面复合应力和垂直危险截面切应力进行校核。
3.2.3.1 螺纹底径拉应力校核。钩柱部分最危险截面是螺纹底径截面，这个截面在起吊载 荷G的作用下，所产生的拉应力应该小于吊钩材料的许用应力，即
σ=G/A=4G/πd≤［σ］
式中：G——吊钩所吊载荷大小，N；
A——螺纹底径截面积，mm2；
d——螺纹底径，mm；
σ——螺纹底径截面所产生的应力，MPa；
［σ］——吊钩材料的许用应力，MPa。
考虑到悬吊重物摆动所引起的附加弯曲作用，一般用降低许用应力的方法来弥补。对于20号 钢许用应力取［σ］=50～80MPa，人力驱动取较大的值，机械驱动取较小的值。即螺纹底 径拉应力校核，满足上述数值的要求就是安全的，否则就是不安全的。
3.2.3.2 螺纹部分挤压应力校核。吊钩螺纹在吊装载荷G的作用下，螺纹接触面上产生的 挤压应力应小于材料的许用挤压应力，即
σp=4Gt/π(d12-d22)H≤［σ］
式中：G——吊钩所吊载荷大小，N；
t——螺纹的螺距，mm；
d1——螺纹大径，mm；
d2——螺纹底径，mm；
H——螺母的高度，mm；
σp——螺纹接触面所产生的挤压应力，MPa；
［σ］——吊钩材料的许用应力，MPa。
考虑到螺纹接触挤压应力的不均匀性的影响，故采用较低的许用应力值，对于20号钢，采用 ［σp］=30～40MPa ，人力驱动取较大的值，机械驱动取较小的值。即螺纹部分的挤压应 力校核，满足上述数值的要求就是安全的，否则就是不安全的。
3.2.3.3 A-B截面复合应力的校核。通过吊钩在起吊重物时的受力情况分析，可以看出在A -B截面上，除了受到作用于重心点上起吊重物的载荷G所引起的拉伸作用外，还受到力矩的 弯曲作用，这样A-B截面在A点处产生的应力为最大拉应力，B点处产生的应力为最大压应力 ，这就是为什么将吊钩做成内侧较厚而外侧较薄的原因。A-B截面上A点和B点的强度条件为 ：
σA=G/AAB×2e1/Ka≤［σb］
σB=G/AAB×2e2/K（a+2h）≤［σa］
式中：σA——A-B截面A点处的应力，MPa；
σB——A-B截面B点处的应力，MPa；
G——吊钩所吊载荷大小，N；
AAB——A-B截面面积，mm2；
对梯形截面AAB=（b1+b2）/2h,
b1=3b2;
b1、b2——梯形截面的上底和下底的长度，mm；
h——梯形截面的高度，mm；
e1 、e2——A-B截面A点、B点到截面中性轴的距离，mm；
a——吊钩弯腔部分的钩腔直径，mm；
［σb］——吊钩材料的许用拉应力，MPa；
［σa］——吊钩材料的许用压应力，MPa；
K ——截面特性系数。
当吊钩的A-B截面的数值满足上式的要求时，吊钩在A-B截面上的使用是安全的，否则就是不 安全的。
3.2.3.4 C-D截面切应力的校核 吊装载荷G是通过钩腔中心作用于C-D截面上的，这时C-D 截面上受到最大的切应力的作用，其抗剪切强度条件为
τ=G/ ACD≤［τ］
式中：τ——C-D截面上产生的切应力，MPa；
ACD——C-D截面面积，mm2；ACD=（b1/2+b2/2）/ h；
G——吊装载荷，N；
［τ］ ——吊钩材料的许用切应力，MPa；
当吊钩的C-D截面的数值满足上式的要求时，吊钩在C-D截面上的使用是安全的，否则就是不 安全的。
通过以上对汽车起重机的稳定性、所使用钢丝绳的破断力以及吊钩的安全力的校核，对起重 机机械因素进行了大致的探讨，在满足上述数值的基础上，是能够保证起重机的安全运行的 。
4 环境的因素
完善起重设备工作中的环境，始终是我们在工作中研究的重要课题。如何做到人机物环 境的和谐统一对我们现实工作有着非常重要的意义。我们在十几年的工作中总结了一套非 常行之有效的办法，在夏冬季节对于一些频发的事故进行了非常有效的总结。所以可以针对 某一季节、某一环境因素提出针对性的措施，这样在工作中可以有预见性地对一些事 故进行针对性的提醒，从而做到使操作人员有一定的心理准备。
5 结束语
总体来说，我们在十几年的起重设备工作中，避免了重特大事故的发生，但是对于我们 来说如何保障起重设备的安全是我们所有同行业人员的一个水远不变的主题。
［参考文献］
［1］ 《机械设计手册》编委会编机械设计手册单行本：起重运输机械零部件操作 件和小五金［M］北京：机械工业出版社，2007.
［2］ 中国机械工业标准汇编（第二版）起重机［S］北京：中国标准出版社，200 7.
［3］ 王福绵起重机械作业人员安全技术培训教材［M］北京：北京理工大学出 版社，2006.