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起重作业安全讲座
作者简介：袁化临（女），首都经济贸易大学安全工程系安全工程专业教研室教授，硕士研究生导师。主要从事机械安全、起重安全、安全科学和安全专业教育理论等方面的教学和科研工作。

编者按 特种设备在工业生产中必不可少，同时，又因其使用中的高风险性而成为安全监管工作中的重点与难点。本着为读者服务的精神，本网已刊登过锅炉压力容器安全讲座，受到了广大读者的欢迎。从今天起，我们开始刊登起重作业安全讲座，希望能对相关从业人员有所帮助。

一

起重机械的安全高风险特性

人类的生产活动和生活离不开对物质的需求，必然要进行大量的物料搬运，起重机械就是用来进行物料搬运作业的机械设备。

在现代生产中，起重机械不仅在物料运输领域起着重要作用，广泛用于输送、装卸、建筑工程和仓储等作业，而且直接参与生产工艺过程，例如，大型构件的锻造和热处理等工艺。起重机械的使用大大提高了劳动效率，同时减轻了劳动者的劳动强度。

近些年来，起重机械的功能又延伸、发展到各类游艺机中，那些与起重机工作原理相似的可升降、旋转的大型载人游艺机，以其运动多变、惊险刺激的特点成为吸引游客的亮点，丰富了人们的娱乐生活，提高了人们的生活质量。使用任何机械都伴随着安全风险，以快速、高效和大吨位为发展目标的起重机械必然也面临越来越大的安全风险。根据不完全统计，在事故多发的作业中，起重事故的起数多、后果严重、经济损失大，一直是安全监控的重点特种设备。

起重机械的高风险是由它的特殊运动形式和作业特点来决定。起重机械的作业特点是周期性的间歇作业，其工作原理是这样的：承载物料的取物装置借助庞大金属结构的支撑，通过多个工作机构的单独运动或组合运动把物料提升，并在空间一定范围内运移，然后按需要将物料安放到指定位置，空载回到原处，准备再次作业，从而完成一个物料搬运的工作循环。整个工作循环需要地面指挥人员、司索工和起重机司机等三方面人员的紧密配合协调完成。从职业安全和健康角度来看，起重作业概括起来有如下特点：

1．物料的高势能

起重搬运的载荷质量大，一般都上吨重，有的高达几百吨。起重搬运过程是将重物悬吊在空中的运动过程。由于载荷质量大、位置高，因而具有很高的势能。一旦发生意外，高势能就会迅速转化为高动能。

2．运动的多维性

与其他固定式机械不同的是，起重机在作业过程中需要整体移动，并且起重搬运过程是借助多个机构的组合运动来实现。每个机构都存在大量结构复杂、形状不一、运动各异、速度多变的可动零部件，再加上吊载的三维空间的运移，这样形成了起重机械的危险源点多且分散的特点。

3．作业的范围大

起重机庞大的金属结构横跨车间或作业场地，高居其他设备、设施和施工人群之上，起重机起吊物料，可实现带载情况下，起重机部分或整体在较大范围内移动运行，在作业区域增大的同时，也使危险的影响范围加大。

4．作业的群体性

起重作业的过程是通过地面司索工捆绑吊物、挂钩、卸货，起重司机操纵起重机将物料吊起，按地面指挥要求，通过空间运行，将吊物放到指定位置的一系列环节组成。每一次吊运循环，都必须是多人合作完成，无论哪个环节出问题，都可能发生意外。

5．作业条件的复杂性

在室内的起重机，地面设备多，人员集中；在室外的起重机，会受气象条件和场地限制；在夜间作业，会受作业范围内的采光条件影响。另外，物料的种类繁多，包括成件、散料、液体、固液混合等物料，形态各异。此外，流动式起重机还涉及地形和周围环境等众多因素的影响。

总之，起重搬运这种特殊的作业形式和起重机械特殊的结构和运动形式本身就存在着诸多危险因素，安全问题尤其突出。随着人们安全意识的增强，对工作条件的安全期望越来越高，起重机械的安全将更加受到重视。

二

起重机械的分类

按构造类型起重机械可分为轻小型起重设备、起重机和升降机三大类。

1． 轻小型起重设备

轻小型起重设备一般只有一个升降机构，常见的有千斤顶、电动或手拉葫芦、绞车、滑车等。

2．起重机

当起重设备除了具有起升机构以外，还有其他运动机构时，其结构组成必然比单机构的轻小型起重设备复杂得多，我们称这类起重设备为起重机。根据金属结构的类型不同，起重机可分为桥架类型起重机和臂架类型起重机两大类别。

3．升降机

常见的有垂直升降机、电梯等。升降机类起重设备只有一个升降机构。由于出于安全性考虑，电梯配有完善的安全装置及其他附属装置，其复杂程度是轻小型起重设备不能相比的，所以，列为单独一类。

在所有各类起重机械中，桥架类型起重机和臂架类起重机是使用量最大、功能最强的主体起重设备，现在，我们重点来认识一下起重机械设备中的这一大类别。

1．桥架类型起重机

桥架类型起重机的最大特点，是以桥形金属结构作为主要承载构件，取物装置悬挂在可以沿主梁运行的起重小车上。桥架类型起重机通过起升机构的升降运动、小车运行机构和大车运行机构的水平运动，在矩形三维空间内完成对物料的搬运作业。桥架类型起重机根据结构形式不同还可以进一步分为桥式起重机（俗称为天车、行车）、门式起重机（被称为带支腿的桥式起重机、包括装卸桥和集装箱门式起重机）和缆索起重机（由于跨度太大，用缆索取代了桥形主梁）等。

2．臂架类型起重机

臂架类型起重机的结构特点是，都有一个悬伸、可旋转的臂架作为主要受力构件。其工作机构除了起升机构外，通常还有旋转机构和变幅机构，通过起升机构、变幅机构、旋转机构和运行机构等四大机构的组合运动，可以实现在圆形或长圆形空间的装卸作业。例如，流动式起重机（汽车起重机、轮胎起重机、履带起重机）、塔式起重机、门座起重机等。

除了按构造类型分类外，起重机还可以按行驶性能分为有轨运行起重机和无轨运行起重机。有轨运行起重机装有车轮，可以在铺设的轨道上在有限范围内工作，例如，各种桥架类型起重机、塔式起重机、门座起重机等。无轨运行起重机的运行装置配备橡胶轮胎或履带，常见的各种流动式起重机，它们机动性好，可以在各种路面上长距离行驶，灵活转换作业场地。

大多数起重机是通用式的，广泛应用于车间、仓库、露天堆放场等处。也有许多起重机是专门为特定工作场所或某种工艺服务的。例如，兑铁水起重机、脱锭起重机等冶金起重机，铸造起重机、锻造起重机等服务于热加工的起重机，门座起重机、卸船机等专门用于港口装卸作业的起重机，用于仓储料库的堆垛起重机，还有专门用于海上作业的浮式起重机等。

起重机在许多重要国民经济部门得到广泛使用，成为现代物流和制造业组织生产的基础装备之一。起重机今后发展的方向是进一步增大起重性能，向大型化发展，扩大作业范围；增加科技含量，实现机电一体化，提高计算机技术应用水平；增强安全可靠性和作业的舒适性。

三

起重机的组成

起重机由驱动装置、工作机构、取物装置、操纵控制系统和金属结构组成。通过对控制系统的操纵，驱动装置将动力能量输入转变为机械能，将作用力和运动速度传递给取物装置，取物装置把被搬运物料与起重机联系起来，通过工作机构单独或组合运动，完成物料搬运任务。可移动的金属结构将各组成部分连接成一个整体，并承载起重机的自重和吊重。

1．驱动装置

驱动装置是用来驱动工作机构的动力设备。几乎所有的有轨起重机、升降机、电梯等都采用电力驱动。对于可以远距离移动的流动式起重机（汽车起重机、轮胎起重机和履带起重机）多采用内燃机驱动。人力驱动适用于一些轻小起重设备，也用作某些设备的辅助驱动和意外事故状态下的临时动力。

2．工作机构

起升机构、运行机构、变幅机构和旋转机构，被称为起重机的四大机构。起重机通过某一机构的单独运动或多机构的组合运动，达到搬运物料的目的。

起升机构是用来进行物料垂直升降的机构，是起重机最主要、最基本的机构。只要有起升机构，该机构就可以称为起重设备。

运行机构是用来实现水平搬运物料的机构。有些运行机构仅用来调整起重机的工作位置。

变幅机构是通过改变臂架的长度和仰角来改变作业幅度的机构。

旋转机构可使臂架绕着起重机的垂直轴线作回转运动，使起重机可以在环形空间内运移物料。变幅机构和旋转机构是臂架起重机特有的工作机构。

3．取物装置

根据被吊物料不同的种类、形态、体积大小，采用不同种类的取物装置。成件的物品常用吊钩、吊环；例如粮食、矿石、化肥等散料常用抓斗、料斗抓取；液体物料使用盛筒、料罐等。对于特殊的物料常采用特种吊具，比如用起重横梁吊运长形物料，用电磁吸盘吊运导磁性物料，用旋转吊钩吊运钢卷以及专为集装箱设计的吊具等。防止吊物坠落，保证作业人员的安全和吊物不受损伤，是对取物装置的基本安全要求。

4．操纵系统

控制操纵系统包括各种操纵器、显示器及相关元件和线路，是起重机人机安全要求集中体现的界面。通过电气、液压系统，起重机司机可以控制起重机的运动，保证起重作业任务的顺利进行，防止事故发生。

5．金属结构

金属结构是起重机的重要组成部分。它是整台起重机的骨架，将起重机各部分组合成一个有机的整体，并形成一定的作业空间，承受作用在起重机上的各种载荷和自重。金属结构的垮塌破坏，会给起重机带来极其严重甚至灾难性的后果。

起重机与其他一般机器的显著区别是：起重机具有庞大、可移动的金属结构，多机构进行组合工作。起重机有周期间歇式作业循环、起重载荷的不均匀性、各机构运动循环的不一致性和机构负载的不等时性等特点，而起重作业必须是多人参与、协调配合，这些都增加了作业的复杂性，即使在正常状态下进行操作时，起重机及其周围区域都有可能形成作业的危险区，成为安全防护的重点和难点。

四

起重事故类型及原因分析

从起重作业过程分析可见，起重机械特殊的结构形式和搬运的运动形式本身就存在着诸多危险因素，危险因素是事故发生的起源。各种危险有显现的、潜在的，不同形态危险因素往往交织在一起，起重事故主

要类型有以下几种：

1.重物坠落的打击伤害

重物坠落原因有多种，常见原因有吊具或吊装容器损坏、物件捆绑不牢而松散或滑落、挂钩不当发生脱钩、电磁吸盘突然失电导致吸吊的物料坠落等。起升机构的零件发生故障或损坏（特别是制动器失灵、钢丝绳或吊钩断裂等）都可能引发重物坠落的危险。另外，重物坠落还可能由于吊装的危险物料引发二次伤害。例如，高温液体金属，易燃易爆、有毒、有腐蚀等危险品，它们都可能因物料的物理、化学特性导致烫伤、粉尘伤害、有毒物伤害等。

2.起重机丧失稳定性

起重机失稳可能有两种情况：一是由于操作不当（例如超载、臂架变幅或旋转过快等）、支腿未找平或地基沉陷等原因，导致起重机由于力矩不平衡而倾翻；二是由于坡度或风载荷作用，使起重机沿倾斜路面或轨道滑动，发生不应有的位移、脱轨或翻倒。

3.金属结构的破坏

庞大的金属结构是各类桥架起重机、塔式起重机和门座起重机的重要构成部分，作为整台起重机的骨架，不仅承载起重机的自重和吊重，而且构架了起重作业的立体空间。由于起重机的金属结构组成不同，金属结构破坏形式往往也不同，例如，桥式起重机和门式起重机的主梁下挠度超标或支腿垮塌，塔式起重机和门座起重机的坠臂、倒塔等。金属结构的破坏常常会导致严重伤害，甚至群死群伤的恶果。

4.人员高处跌落伤害

起重机的机体高大，一般桥式起重机的主梁高度都在十米以上，塔式起重机和门座起重机甚至高达几十米。为了获得作业现场清楚的观察视野，司机室往往设在金属结构的高处，很多设备也安装在高处，塔式起重机转移场地时的拆装作业、起重机高处设备的维护和检修，以及安全检查测量，这些需要人员登高的场所和作业环节，都存在着人员从高处跌落伤害的危险。

5.夹挤和碾轧伤害

有些桥式起重机轨道两侧缺乏良好的安全通道，塔式起重机或汽车起重机的起重臂架作业回转半径与邻近的建筑结构之间的距离过小，使起重机在运行或回转作业期间，对尚滞留在其间的其他人员造成夹挤伤害。由于起重机整机的移动性，运行机构的操作失误或制动器失灵引起溜车可能对人员造成碰撞或碾轧伤害，在道路上行驶的流动起重机还可能发生交通事故。

6.触电伤害

大多数起重机都是电力驱动，或通过电缆，或采用固定裸线将电力输入，起重机的任何组成部分或吊物，与带电体距离过近或触碰带电物体时，都可以引发触电伤害。即使是流动式起重机，在输电线附近作业时，触碰高压线的事故也时有发生。直接触电或由于跨步电压会造成电伤、电击事故。

7.其他机械伤害

人体某部位与运动零部件接触引起的绞、碾、戳等伤害，液压元件或管路破坏造成高压液体的喷射伤害，运转零件破坏飞出物的打击伤害，抽拉吊索引起的弹射伤害等等，这些在一般机械上发生的伤害形式，在起重机作业中都有可能发生。

五

起重作业安全风险分析

起重作业的安全风险，是指在利用起重机进行物料搬运或其他作业过程中，发生对人员伤害事故的可能性（概率）和可能造成伤害的严重性（程度）这两个要素的综合指标。起重作业的安全风险由于涉及多种因素，定量分析需要大量的统计数据做基础，而目前我国在这方面存在很大的资料缺口，进行定量分析有困难，因此，常常采取定性估计的方法来分析。

一、起重事故发生的可能性

1．事故发生的时间特点

起重机“寿命”期间各个阶段都可能发生事故，如起重机在执行其搬运功能，以及在运输、安装、调整、维修、拆卸，以及安全检查检验的各个环节的各种操作模式下，都可能发生。其中，起重搬运作业和起重机的拆装过程中发生的事故最多。事故不仅在起重机的非正常工作状态可能发生，即使是正常工作状态下也有可能发生。

2．人员面临的危险

起重作业波及范围内的现场人员置身于庞大金属结构移动区域里，地面人员始终处于可能发生重物坠落的危险区内。起重司机正常操作、高处设备的维护检修、起重机的拆装，以及安全检查等都需要人员面临高处作业的危险。

3．危险事件的突发性

起重事故，特别是重物坠落和金属结构倾翻垮塌，多数没有先兆，无法像一般机械可以通过急停装置使危险事件抑制，在某些情况下根本没有避让空间或逃离通道。

4，高发事故的人员特征

统计数据说明，受伤害的人员可以是司机、司索工、甚至许多与起重作业无关的人员。其中，司索工的伤害比例最高，尤其是非正规就业的、相对文化素质较低的民工群体是事故的高发人群。

二、起重事故后果的严重程度

1．事故群体化

起重搬运作业与一人一机在较小范围内的固定作业方式有很大区别。

起重作业需要多人参与、协同配合，有些建筑工地或水利工地场所，在起重作业区域内集聚着大量施工人员，一旦发生事故往往涉及许多人。

2．事故后果严重

起重事故不仅可能导致人员伤害，还往往伴随着大面积设备设施的损坏。尤其是重物坠落和金属结构垮塌失稳，往往造成恶性事故。起重机制作业范围越大、起重吨位越高，可能造成事故后果的程度就越严重。

3．事故类型集中

机械伤害事故是起重作业的主要事故类型，如重物坠落、平挤碾压、物体打击、起重机倾翻事故等。此外，还可能发生触电或由物料造成的其他伤害。在一台设备上可能发生的事故类型如此之多且集中，这在其他任何机械中都是罕见的。

六

起重机主要技术参数

　 起重机主参数是表示起重机主要技术性能指标的参数。是起重机设计的依据，也是起重机安全技术要求的重要依据。下面我们仅就与安全关系较大的起重机主参数介绍如下：

额定起重量Gn 是指起重机能安全吊起的物料连同可分吊具或属具质量的总和。对于吊钩起重机其额定起重量就是其安全起吊物料的质量。但对带可分吊具（如抓斗、电磁吸盘、平衡梁等）的起重机，其吊具和物料质量的总和是额定起重量，允许起升物料的质量是有效起重量。起重机标牌上标定的起重量，通常都是指起重机的额定起重量。起重量标牌应醒目显示在起重机结构的明显位置上（这是起重机安全检查的内容之一），以提示操作者避免超载。需要说明的是，对于臂架类型起重机来说，其额定起重量是随幅度增大而变小的。这类起重机的起重特性指标是用起重力矩来表示，标牌上标定的值是专指在臂架处于最小幅度时的最大起重量。明确这一点对安全操作起重机是非常重要的。

起升高度H 是指起重机运行轨道顶面，或地面到取物装置上极限位置的垂直距离。有些起重机的取物装置允许下放到地面或轨道顶面以下，其下放的距离称为下降深度。这时，起重机的起升范围即是起升高度和

下降深度之和，即吊具最高和最低工作位置之间的垂直距离。在起重机实际作业中，不得超过起升高度允许值。因为超限度会使卷绕在起升机构卷筒上的钢丝绳绳尾固定措施超载失效，将导致重物坠落事故发生。

　　跨度S 是指桥式类型起重机运行轨道中心线之间的水平距离。桥式类型起重机的小车运行轨道中心线之间的距离，地面有轨运行的臂架式起重机的运行轨道中心线之间的距离，都称为轨距。保持起重机的大车运行轨道的跨度和小车运行轨道的轨距平行，是起重机安全检查的内容之一。

　　幅度L 旋转臂架式起重机的幅度，是指旋转中心线与取物装置铅垂线之间的水平距离，单位是米。非旋转类型的臂架起重机的幅度，是指吊具中心线至臂架后轴或其他典型轴线的水平距离。当臂架倾角最小，或小车位置与起重机回转中心距离最大时的幅度为最大幅度，反之为最小幅度。对于臂架类型起重机来说，不同幅度对应的安全起重量是不同的。

　　工作速度V 起重机工作机构在额定载荷下稳定运行的速度。包括起升速度Vq、大车运行速度Vk、小车运行速度Vt、变幅速度Vl和旋转速度ω。对于流动式起重机在道路行驶状态下的工作速度，是用行走速度Vo

来描述。当起重机的某一工作机构可以多挡位操作时，一般情况下，载荷越大，工作速度越低。对于臂架式起重机，应控制其旋转速度，防止由于旋转速度太大，吊载产生的离心力导致起重机倾翻。

七

起重机工作级别

　　工作级别是表征起重机工作特性的一个重要概念。其划分原则是以起重机的寿命为标准，在荷载不同、作用频次不同的情况下，具有相同寿命的起重机划分在同一级别。划分工作级别的目的是为设计、制造和用户的选用之间提供合理、统一的技术基础和参考标准，进而取得较好的安全和经济效果，使起重机的工作状态得到比较准确的反映。

起重机工作级别又是关系起重机安全的一个重要依据，是安全检查、事故分析计算和确定零部件报废标准的依据。一般来说，工作级别不同，安全系数就不同，报废标准也不同。

起重机的工作级别、起重机金属结构工作级别和起重机机构的工作级别是有区别的，我们下面将分别予以讨论。

1.起重机工作级别

起重机的利用等级是表征起重机在整个设计寿命期间的使用频繁程度，按设计寿命期内总的工作循环次数分为U0～U9共10级；起重机的载荷状态是表明起重机受载的轻重程度的指标，按名义载荷谱系数分为轻、中、重和特重四级。综合考虑利用等级和载荷状态，按对角线原则，起重机工作级别分为A1～A8共8级（参见表1）。

表1：起重机工作级别的划分

见表

2.起重机金属结构工作级别

起重机金属结构工作级别按结构件中的应力状态的应力循环次数分为A1～A8级（参考表1）。划分方式与起重机工作级别的划分方式相同。

3.起重机机构工作级别

利用等级即机构工作的繁忙程度，按各个机构设计总使用寿命期内处于运转状态的总小时数分为T0～T9共10级。载荷状态表明机构受载程度分为轻、中、重和特重四级。工作级别根据利用等级和载荷状态，按对角线原则，分为M1～M8共8级（参见表2）。

表2：机构工作级别的划分

见表

这里，首先需要指出，起重机工作级别与起重机的起重量是两个不同的概念。起重量是指一次被起升物料的质量，工作级别是起重机综合工作特性参数。起重量大，工作级别未必高；起重量小，工作级别未必低。即使起重量相同的同类型起重机，只要工作级别不同，则零部件的安全系数就不相同。如果仅仅看起重吨位而忽略工作级别，把工作级别低的起重机频繁、满负荷使用，那么就会加速易损零部件报废，使故障频发，甚至引起事故。

　　另外需要说明，起重机和金属结构的工作级别与机构工作级别是不同的。对于同一台起重机，由于各个工作机构受载的不一致性和工作的不等时性，即使是同一台起重机，不同机构的工作级别与起重机的工作级别往往是不一致的，这在不同机构的零部件报废和更新时要特别注意。

八

起重机的载荷（一）

　　起重机在作业过程中，承受载荷种类复杂、载荷作用方向不同，这不仅表现在运行过程中起重机要受到包括静载荷、动载荷、交变载荷等各种载荷的作用，而且随着起重机作业的工况改变，即使是同类载荷也表现出多变的特征。受到载荷作用的起重机械各承载零件和结构件会产生相应的应力和变形，当应力和变形超过一定的限度，就会使零、构件丧失功能，甚至破坏，造成危险。

　　起重机的载荷计算是起重机及其组成零、部、构件受力分析的原始依据，也是报废或事故原因判断分析的重要依据。载荷状态判断得准确与否，将直接影响计算结果和事故结论的正确与否。因此，我们需要了解起重机上的载荷种类、各种载荷的作用方向以及在不同工况下的载荷作用方式。

　　1.重力载荷

起重机的重力载荷包括自重载荷和起升载荷两大部分。

自重载荷包括起重机的金属结构、机械设备、电气设备等（不包括起升载荷）的重力载荷。载荷的作用方式及简化的力学模型可以分别考虑，一般情况下，起重机的机械设备和电气设备可视为集中载荷作用在

设备安装的位置中心，桁架的自重视为作用在结构节点上的集中载荷，箱型结构的自重作为均布载荷处理。自重载荷通常都比它的工作对象的重量大得多。

起升载荷指所有起升质量的重力，包括允许起升的最大有效物品、取物装置（包括下滑轮组吊钩、吊梁、抓斗、容器、起重电磁铁等）、悬挂挠性件以及其他在升降中的设备的重力。当起升高度小于50米时，起升钢丝绳的重量可以不计

当起重机处于非运动的静止状态，即起重机不工作，或吊载停止升降运动悬吊在空中的状态，或起重机处于稳定匀速运动状态时，起重机的自重载荷和起升载荷可作为静载荷处理。对于桥架类型的起重机，物料通过载重小车沿主梁水平运动时，小车自重及起升载荷则组成了移动载荷。

　　2.动力载荷

　　动力载荷使起重机在运动状态改变时产生动载效应，动载效应使原有静力载荷值增加。

动力载荷包括在变速运动中，结构自重和起升载荷产生的惯性载荷；由于车轮经过不平整轨道接头，或起重机的运动部分撞击缓冲器产生的冲击载荷；在惯性载荷和冲击载荷作用下，金属结构和工作机构的弹性系统产生振动的振动载荷等。

动力载荷与工作速度（加速度）有关，与运动方向有关，与结构的形式和性质（诸如系统的质量分布、系统的刚度和阻尼等）有关，与起重机的使用条件和司机操作方法、操作技能的熟练程度等多种因素有关。

　　3.自然载荷

　　自然载荷专指风、冰、雪、地震和温度变化等自然因素所造成的载荷。在室外工作的起重机，风载荷对起重作业的影响应该给予足够的重视。其他自然载荷在需要考虑时，可按有关规范确定或由用户提供有关资料进行计算。

　　4.其他载荷

　　桥架式类型起重机在大车运行过程中出现偏斜时，产生垂直作用于车轮轮缘或水平导向轮上的水平侧向力；轨道式起重机由于轨道安装误差或流动式起重机由于行驶道路的坡度引起的坡度载荷；考虑起重机在运输、安装过程中由于生产工艺的需要而产生的载荷，其形式和大小将由实际情况具体决定；起重机在投人使用前，或对使用期间的起重机做安全监测时，进行的超载动态试验及静态试验产生的试验载荷等。

九

起重机的载荷（二）

　　动载荷产生在起重机的运动状态改变时，动载效应使起重机受地球引力作用的重力载荷（包括自重载荷和起升载荷）的静载荷值增加。在进行起重机零、部、构件的设计、安全检验、安全防护装置的选择和起重事故的分析计算时，必须考虑动载荷的作用方向。

1. 垂直载荷

为了计算方便，垂直方向的动载效应通常用不同的动力系数φi表示，对于不同工况产生的动载荷是通过动力系数与相应的静载荷的乘积计算获得。动力系数一般查阅起重机设计规范或有关手册给定的范围，根据实际工况来选用确定，常用的动力系数和适用工况介绍如下：

（1）起升冲击系数φ1

　　在起升质量突然离地起升或下降制动时，起重机的自重载荷将产生沿其加速度相反方向的冲击作用。φ1是考虑了这种工况下的自重冲击系数，在进行载荷计算时，它仅与起重机自重载荷相乘。

（2）起升载荷动载系数φ2

在起升机构工作时，起升质量突然离地起升或下降制动的情况下，被吊物品重力载荷将产生动态增大效应。φ2是考虑了这种工况下起升载荷的增大系数，在进行载荷计算时，它应与起升载荷相乘。φ2值的大小与起升速度、系统刚度及操作情况有关，一般起升速度越大，系统刚度越大，操作越猛烈，φ2值也越大。

（3）突然卸荷冲击系数φ3

当抓斗起重机和电磁吸盘起重机在卸货时，或当吊钩、钢丝绳意外断裂吊载坠落的起重事故发生时，会导致起升质量部分或全部突然卸载，这将对结构产生动态减载作用。φ3是考虑了这种工况下的卸荷冲击系数。在进行金属结构和起重机抗倾覆的稳定性计算时，应考虑这种动态减载作用的影响。

（4）运行冲击系数φ4

当起重机或起重小车通过不平道路或轨道接缝时，沿着垂直方向会产生运行冲击载荷，φ4是考虑这种效应的运行冲击系数。运行冲击系数与起重机或小车的运行速度、轨道或道路状况有关。

2.水平载荷

水平载荷包括运行、回转和变幅机构在驱动力或制动力的变速作用下，起重机自身质量和起升质量产生惯性载荷，这个载荷仅涉及由刚体动力学求得的惯性力，没有考虑弹性振动因素。水平载荷还包括轨道起重机沿轨道运行偏斜时产生水平侧向载荷和运行超行程的碰撞载荷等。由于各种水平载荷发生的机理不同，计算方法也各不相同。

　　（1）运行水平惯性力

运行机构变速时的惯性力，按产生水平运行惯性力的相应的质量与加速度乘积的1.5倍计算，1.5是考虑驱动力对起重机金属结构产生的动力效应的系数。运行惯性力的计算结果应按不大于主动车轮与钢轨间的粘着力取值。

（2）回转和变幅运动的水平力

臂架式起重机回转和变幅机构运动时，起升质量产生的水平力，由于受到变幅和回转起制动时产生的惯性力、回转运动时的离心力，以及受司机操作方法等多种因素的综合影响，会产生附加水平力。一般按悬吊物的钢丝绳对垂直线的偏摆角所引起的水平分力计算。

（3）起重机偏斜运行时的水平侧向力

桥式类型的起重机在大车运行过程中出现偏斜运行时，会产生垂直作用于车轮轮缘或水平导向轮上的水平侧向力。造成起重机偏斜运行的因素是很复杂的，难以从理论上作定量分析，通常是用试验和统计办法归纳的经验公式近似计算。

（4）碰撞载荷

在起重机或起重小车超过行程限制与轨道终端止挡器发生撞击，或当同一跨度轨道上有多台起重机时，两台起重机之间的相互碰撞会产生碰撞载荷。碰撞载荷根据能量原理，按假定碰撞动能和完全为缓冲器所吸收的动能计算。

十

起重机的载荷（三）

　　保证起重机安全可靠作业的计算有两种类型：一类是寿命计算（包括疲劳、磨损和发热），这类计算要按等效原则确定计算载荷；另一类是强度计算（包括材料的塑性破坏、脆性断裂、弹性失稳以及起重机的稳定性），这类计算应按在使用期内可能出现的最大载荷作为计算载荷。这就需要针对不同的零部件和结构件，根据起重机工作的特点，考虑各种载荷实际出现的概率，把可能同时出现的载荷按最不利的情况进行组合，并依据一定的原则进行计算。

1.载荷分类与载荷组合

作用在起重机上的载荷分为三类，即基本载荷、附加载荷与特殊载荷。各类载荷组合是强度和稳定性计算的原始依据。

　　（1）基本载荷：始终或经常作用在起重机结构上的载荷，包括自重载荷、起升载荷、惯性水平载荷，以及考虑动载系数与相应载荷相乘的动载效应。对于抓斗、电磁吸盘起重机，还应考虑由于突然卸载的动态减载作用。只考虑基本载荷的组合为组合Ⅰ。

　　（2）附加载荷：起重机在正常工作状态下，结构所受到的非经常性作用的载荷。它包括起重机工作状态下的最大风载荷、起重机偏斜运行侧向力、根据实际情况而考虑的自然载荷，以及某些工艺载荷等。考虑基本载荷和附加载荷的组合为组合Ⅱ。

　　（3）特殊载荷：起重机处于非工作状态时，结构可能受到的最大载荷，或者在工作状态下结构偶然受到的不利载荷。考虑基本载荷和特殊载荷的组合，或三类载荷都考虑的组合为组合Ⅲ。

2.计算原则

为保证起重机安全、正常地工作，起重机的金属结构和机构的零部件应满足强度、稳定性和刚度的要求。强度和稳定性要求是指结构构件在载荷作用下产生的内力不应超过许用的承载能力，刚度要求是指结构在载荷作用下产生的变形量不应超过许用的变形值，以及结构的自振周期不应超过许用的振动周期。计算的内容不同，对应的载荷组合类别也不同。

　　（1）寿命（耐久性）计算载荷——第Ⅰ类载荷用来计算零部件或金属结构的耐久性、磨损或发热。按正常工作时的等效载荷进行计算。

　　工作级别是A6、A7、A8级起重机，对于受变载荷作用的机构零件和金属结构应做疲劳强度验算。

　　（2）强度计算载荷——第Ⅱ类载荷用来计算零部件或金属结构的强度、受压和平面弯曲构件的稳定性、结构件的刚度、起重机的整体稳定性与轮压。按工作状态最大载荷进行强度计算。确定强度计算载荷时，应选取可能出现的最不利的载荷组合。

　　（3）验算载荷——第Ⅲ类载荷用来验算起重机的某些装置（如夹轨器）、变幅机构、支承旋转装置的某些零件和金属结构的强度和构件的稳定性，以及起重机的整体稳定性。按非工作状态最大载荷及特殊载荷（安装载荷、运输载荷及冲击载荷等）进行强度验算。

　　在起重机事故处理时，由金属结构和机构的零部件破坏导致的事故，应进行必要的验算。验算时，按实际工况的发生载荷处理。

3.安全系数

起重机承载能力的计算方法有许用应力法和极限状态法两种。目前，许用应力法仍是主要采用的方法，许用应力是按材料的强度极限考虑一定的安全储备来获得。强度计算的基本条件是零构件危险截面的计算应力不得大于材料的许用应力，而材料的强度极限与许用应力之比的倍数就是安全系数。

　　安全系数的选择首先要确保安全、可靠，又要做到技术先进，经济合理。安全系数的取值既考虑材料的强度储备、重要度、计算方法精确程度，又要考虑材料的不均匀性和可能存在的缺陷以及实际尺寸的误差等因素。

　　特别应该强调指出，起重机零构件的重要度是安全系数取值的重要依据。当起重机某些部分损坏会引起严重的事故后果（例如引起物品坠落、臂架下落、起重机倾覆等情况发生）时，所涉及的此类零部件应有较高的安全系数；当起重机某些零部件在破坏以后仅使起重机停止工作，而不会导致严重后果的，则安全系数可以取低些。不同材料零构件的安全系数也有区别，一般锻件和轧制件可取较低值，铸件则应取较高值。对于运输融化金属或危险物品等的起重机的重要零部件，其安全系数比常规取值应加大。另外，工作级别不同，安全系数也不同。

十一

起重机取物装置的安全（上）

　　取物装置是将物料与起重机联系起来进行物料吊运的执行装置。大多数取物装置通过挠性卷绕系统或刚性构件悬挂在可沿主梁运行的起重小车上。

　　常常根据物料的形态、几何形状特点和装卸效率要求来配置取物装置，一般成件的物品常用吊钩、吊环，散料常用抓斗，液体物料使用盛筒、吊罐，还有针对特殊物料的其他特种吊具，如电磁吸盘、旋转C型钩，以及集装箱专用吊具等。

　　吊钩组是起重机上应用最普遍的取物装置，它由吊钩、吊钩螺母、推力轴承、吊钩横梁、滑轮、滑轮轴以及拉板等零件组成。按形状有单钩和双钩之分，单钩常用于较小的起重量，起重量较大时多采用双钩。吊钩在起重作业中，受到频繁、冲击重载荷的反复作用，一旦出现故障就可能导致重物坠落，造成重大人身伤亡或财产损失。因此，吊钩的基本安全要求就是避免发生突然断裂或脱钩，保证作业人员的安全和被吊运物料不受损害。吊钩安全性能需要正确的结构设计、合理选材、适宜

的制造方法来保证，并且在使用中要加强安全检查，发现超过标准规定的缺陷要及时报废更新，使取物装置保持持续安全状态。

吊钩的基本安全要求如下：

（1）吊钩的材料

起重机吊钩除承受物品重量外还要承受起升机构起动与制动时引起的冲击载荷作用，它应该

具有较高的机械强度和较好的冲击韧性，一般采用优质低碳镇静钢或低碳合金钢制造。由于机械强度高的材料往往脆性也大，通常对应力集中和裂纹缺陷敏感，所以一般不采用高碳钢材料制造。

（2）吊钩的制造工艺

按制造方法分有模锻钩和叠片钩。模锻吊钩为整体锻造，由于成本低，制造使用都很方便，使用量非常大，缺点是一旦破坏即要整体报废。叠片式吊钩（板钩）是由切割成形的多片轧制钢板叠片铆接而成，在钩口上装护垫以减小对钢丝绳磨损，同时使叠片均匀受力，由于板钩破坏仅限于个别钢板，一般不会同时整体断裂，故工作可靠性较整体锻造吊钩好，主要用于大起重量或冶金起重机（如铸造起重机）上。

　　由于铸造在工艺上难以完全避免铸造缺陷，一般不允许使用铸造钩；由于无法防止焊接产生的应力集中和可能产生裂纹，不允许焊接制造吊钩，也不允许用补焊的办法修复吊钩。

（3）吊钩的结构

以锻造单钩为例，吊钩可以分为钩身和钩柄两部分。

　　钩身制成弯曲形状，并留有钩口以方便挂、取吊索、吊链。该区段是承受吊物载荷的主要部分，最常见的截面形状是梯形。

　　钩柄常制有螺纹，它借助与之相配合的螺母将整个吊钩悬挂在动滑轮组的横梁上。

十二

起重机取物装置的安全（下）

吊钩承载安全的强度计算

1.吊钩的危险断面

按平面弹性曲杆理论对吊钩的受载状况进行受力分析可知，吊钩危险断面主要在三个部位：水平断面A—A、垂直断面B—B和钩柄螺纹根部C—C断面（参见下图）。危险断面附近的吊钩状态是安全检查的重点。

（1）钩身水平A—A断面

起升载荷对A—A断面的作用为