吊车起吊时的平衡力学问题(力学与科学技术-同济大学).pdf

吊车起吊时的力学平衡问题吊车起吊时的力学平衡问题吊车起吊时的力学平衡问题吊车起吊时的力学平衡问题 力学与科学技术力学与科学技术 编著 韦 林 2008 9 1 工程施工中在起吊重物时 有严格的操作过程 通常工程施工中在起吊重物时 有严格的操作过程 通常 有有 十八不吊十八不吊 的安全要求的安全要求特别是在起吊大型构件应进行特别是在起吊大型构件应进行有有 十八不吊十八不吊 的安全要求的安全要求 特别是在起吊大型构件应进行特别是在起吊大型构件应进行 力学的平衡计算力学的平衡计算 否则酿成吊车的翻倒事故 否则酿成吊车的翻倒事故 香港屯门轻铁田景站附近工地的起重吊臂 突塌下 击中轻铁车尾 香港屯门轻铁田景站附近工地的起重吊臂 突塌下 击中轻铁车尾 塔吊的翻倒事故塔吊的翻倒事故 南昌发生吊装事故 广告牌 吊翻 大吊车南昌发生吊装事故 广告牌 吊翻 大吊车 7月23日凌晨南昌市八一广场一块约10多吨的电脑广告牌拆除7月23日凌晨 南昌市八广场块约10多吨的电脑广告牌拆除 现场发生吊装事故 两辆参与施工的吊车损失惨重 当晚 相 关人员及吊装设备先后进入拆除现场 工作人员先用钢丝绳将 离地面约10米的广告牌栓住 并用吊车吊臂固定 随后 一施离地面约10米的广告牌栓住 并用吊车吊臂固定 随后 施 工人员用氧气割枪将广告牌和底座固定螺栓割掉 3时左右 两 辆吊车同时起吊 两 辆吊车同时起吊 不知何故 左边吊车吊臂突然 疲软 失 去平衡的大广告牌猛然下坠 将去平衡的大广告牌猛然下坠 将 右边 毫无准备 的吊车拉得 人 仰马翻 造成两辆吊车严重受 损的不良后果 导弹发射架 手臂 折断的大吊车手臂折断的大吊车 吊车 栽跟头 进大坑 北京东四大街工地出事故吊车 栽跟头 进大坑 北京东四大街工地出事故 昨天凌晨3点多钟 东四北大街一施工工地正在作业的吊车突然倾翻 长长的 吊臂连同吊起的塔吊基座倒在十几米深的工地大坑中 吊车司机从侧悬的驾 驶室里爬了出来 所幸事故没有造成人员伤亡 驶室里爬了出来 所幸事故没有造成人员伤亡 上海地铁工地吊车翻倒 1人死亡上海地铁工地吊车翻倒 1人死亡 8月12日在位于陕西南路和南昌路交叉路口的上海地铁10号线建设工地一辆 8月12日在位于陕西南路和南昌路交叉路口的上海地铁10号线建设工地 一辆 正在作业的吊车突然侧翻 一名工人被砸伤 这名伤者在被送往医院途中因 失血过多死亡 上海轨道交通建设工地发生吊车侧翻事故上海轨道交通建设工地发生吊车侧翻事故 当日上午9时15分左右在上海轨道交通十号线宋园路站建设工地上辆履 当日上午9时15分左右 在上海轨道交通十号线宋园路站建设工地上 一辆履 带吊车在起吊钢筋笼时发生侧翻 造成一居民楼房顶及侧面部分受损 幸未 造成人员伤亡 事故地点 美国威斯康星州密尔沃基市米勒公园辛辛那提红人棒球队的主体育场事故地点 美国威斯康星州密尔沃基市米勒公园辛辛那提红人棒球队的主体育场 日本国三菱重工为该项目的承建方 租用美国Lampson International 位于华盛顿州的 Lampson LTL 1500型履带起重机发生的事故 被大蓝撞倒下的带附臂吊车的吊栏里有 名安装人员全部死亡他们人的雕像被安装在体育场的外面三名安装人员全部死亡 他们三人的雕像被安装在体育场的外面 例例1 一种车载式起重机 车重一种车载式起重机 车重G1 26 kN 起重机伸臂重 起重机伸臂重G2 4 5 kN 起重机的 起重机的 旋转与固定部分共重旋转与固定部分共重G3 31 kN 尺寸如图所示尺寸如图所示 设伸臂在起重机对称面内设伸臂在起重机对称面内 且且旋转与固定部分共重旋转与固定部分共重G331 kN 尺寸如图所示尺寸如图所示 设伸臂在起重机对称面内设伸臂在起重机对称面内 且且 放在图示位置 试求车子不致翻倒的最大起吊重量放在图示位置 试求车子不致翻倒的最大起吊重量Gmax 1取汽车受力分析如图取汽车受力分析如图 解解 G G2 G G3 1 取汽车受力分析如图取汽车受力分析如图 0 y F2 列平衡方程 列平衡方程 解解 FA F G1 AB 3 0 m2 5 m1 8 m2 0 m 0 321BA GGGGFF FM0 B FA FB FM0 B 0m 2m 81m 2m 52m 3m 52 12 FG G G A 1 G G G F55522 83 1 21A 3 联立求解 联立求解 4 不翻倒的条件是不翻倒的条件是 FA 0 所以由上式可得所以由上式可得4 不翻倒的条件是不翻倒的条件是 FA 0 所以由上式可得所以由上式可得 kN 7 52 52 55 1 21 GGG 故最大起吊重量为故最大起吊重量为Gmax 7 5 kN 55 在保证吊杆的安全情况下如何提高吊重 在吊杆安全情提吊重 G4 G G2 G G3 1 增加G4配重 2 2增加支撑点增加支撑点C C 矩离矩离 C FA F G1 AB 3 0 m2 5 m1 8 m2 0 m 2 2 增加支撑点增加支撑点C C 矩离矩离 C FA FB FC FC 增加力的接触面积 将集中力转化为均布载荷 q FC A 并且地面要满足均布载荷要求 q q C 例例2 行动式起重机如图所示 不计平衡锤时 重P 500kN 重心在右轨侧偏距e 1 5m处 起重机的最大起重量W 250kN 最大悬臂长l1 10m 平衡锤在左 轮A左侧的偏距l 6 处两轮AB的间距l 3起重机要在满载时或空载时轮A左侧的偏距l2 6m处 两轮A B的间距l3 3m 起重机要在满载时或空载时 都不倾翻 试求平衡锤的重量G 解 解 本例是所谓倾翻问题 其特点是有的支座 只能单向受力 单向约束 在一定的主动力作只能单向受力 单向约束 在定的主动力作 用下 某个支座会丧失作用 当荷载逐渐加重时 支座A的反力逐渐减 小 当W到达某值时 左轮将脱离轨道 从而 起重机将绕右轨B点向右倾翻 反之 若荷载 逐渐减小 支座B的反力也逐渐减小 某时右 轮可能脱离轨道 从而起重机将绕左轨A点向 左倾翻 FF 左倾翻 刚要倾而未倾翻的状态称为临界平衡状 态 其特点是相应的单向支座反力变成零 解 倾翻问题的关键在于找出临界平衡状态 并分 FAFB 倾翻问题的关键在于找出临界平衡状态 并分 析倾翻力矩和镇定力矩之间的平衡 取起重机作为研究对象 考虑临界平衡 1 满载时 起重重物运行到起重臂的最远端即x l1 这样 起重机可能绕支点B向右 1 倾翻 当采用最小镇重Gmin时 出现临界平衡状态FA 0 此时 倾翻力矩是 一W ll 镇定力矩是Gnin l2 l1 一P e 写出力矩平衡方程 空载时 W 0 起重机可能绕支点A向左倾翻 如采用许可的最大镇重Gmax 则出现临界 平衡状态FB 0 此时 倾翻力矩是Gmax l2 镇定力矩是一P l3 e 写出 当镇重在此范围内 不论空载或满载 起重机都不会倾翻 在平衡范围内 镇定力矩按绝对值大于倾翻力矩 利用这个关系 可以直接表示出保证 不倾翻的平衡范围 而不必写出平衡方程 讨论讨论 讨论讨论 由以上的数据可以看出 G的容许范围是很 小的 这个范围的上限与W无关 而下限 则随W的增大而增大因此当W增大到则随W的增大而增大 因此 当W增大到 某值Wm时 能保证起重机在工作时不倾翻 的镇重G有一个允许值 即原范围的上限 如W Wm 起重机将在满载前倾 FAFB 如起重机将在满载前倾 英国伦敦摩天轮吊装 使用浮吊进行组装 两台吊车合作吊装篮球场屋顶 2台履带吊吊起360吨重的钢结构屋顶 通过两台400吨起重机进行联合作业 2台履带吊吊起