工程施工起重机械技术知识与安全作业管理

起重作业平安讲座甘肃路桥建设集团第一讲、起重机械的平安高风险特性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。原理：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。从职业平安和健康角度来看，起重作业概括起来有如下特点：1.物料的高势能2.运动的多维性3.作业的范围大4.作业的群体性5.作业条件的复杂性

第二讲、起重机械的分类

1、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。轻小型起重设备一般只有一个升降机构。升降机类起重设备只有一个升降机构；有完善的平安装置及其他附属装置。起重设备除了具有起升机构、完善的平安装置及其他附属装置以外，还有其他运动机构。2、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。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〔或称龙门起重机，被称为带支腿的桥式起重机，包括架桥机、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〔回转机构〕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。3、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。第三讲、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。1．驱动装置

驱动装置是用来驱开工作机构的动力设备。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，到达搬运物料的目的。

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、最根本的机构。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。回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。4.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；对于特殊的物料常采用特种吊具，防止吊物坠落，保证作业人员的平安和吊物不受损伤，是对取物装置的根本平安要求。5.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，是起重机人机平安要求集中表达的界面。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。6.金属结构

金属结构是起重机的重要组成局部。它是整台起重机的骨架，将起重机各局部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，成为平安防护的重点和难点。第四讲、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：第五讲、起重作业平安风险分析一〕、起重事故发生的可能性

1．事故发生的时间特点

2．人员面临的危险3．危险事件的突发性4．高发事故的人员特征二〕、起重事故后果的严重程度1．事故群体化2．事故后果严重3．事故类型集中对于吊钩起重机其额定起重量就是其平安起吊物料的质量。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〔这是起重机平安检查的内容之一〕，以提示操作者防止超载。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。明确这一点对平安操作起重机是非常重要的。2.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。3.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，是起重机平安检查的内容之一。4.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，不同幅度对应的平安起重量是不同的。5.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。第七讲、起重机工作级别

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说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，按对角线原那么，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。载荷状态说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，按对角线原那么，分为M1～M8共8级〔参见表2〕。表2：机构工作级别的划分

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，那么零部件的平安系数就不相同。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。第八讲、起重机的载荷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局部。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。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。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，或起重机的运动局部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，可按有关标准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平安监测时，进行的超载动态试验及静态试验产生的试验载荷等。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、平安检验、平安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。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标准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，会导致起升质量局部或全部突然卸载，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方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。保证起重机平安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那么确定计算载荷；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，并依据一定的原那么进行计算。1.载荷分类与载荷组合作用在起重机上的载荷分为三类，即根本载荷、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〕根本载荷：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。只考虑根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。考虑根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。考虑根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.计算原那么为保证起重机平安、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。特别应该强调指出，起重机零构件的重要度是平安系数取值的重要依据。当起重机某些局部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平安系数；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，那么平安系数可以取低些。不同材料零构件的平安系数也有区别，一般锻件和轧制件可取较低值，铸件那么应取较高值。对于运输融化金属或危险物品等的起重机的重要零部件，其平安系数比常规取值应加大。另外，工作级别不同，平安系数也不同。第九讲、起重机取物装置的平安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。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，吊钩的根本平安要求就是防止发生突然断裂或脱钩，保证作业人员的平安和被吊运物料不受损害。吊钩平安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平安检查，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平安状态。吊钩的根本平安要求如下：(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，由于本钱低，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防止铸造缺陷，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，也不允许用补焊的方法修复吊钩。(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局部。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局部，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。吊钩承载平安的强度计算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〔参见以下图〕。危险断面附近的吊钩状态是平安检查的重点(1)钩身水平A—A断面起升载荷对A—A断面的作用为偏心拉力，所以该断面受到弯曲和拉伸组合应力作用。断面内侧应力为最大拉应力，断面外侧为最大压应力，A—A断面是吊钩受力最大的断面。(2)钩身垂直B—B断面：受力虽然不如A—A断面大，却是吊索强烈磨损的部位，随着断面面积减小，承载能力逐渐下降。在操作时应注意控制系物吊索分支的夹角，分支的夹角越大，断面受力就越大，也就越容易发生脱钩。(3)钩柄尾部的螺纹部位C—C断面

螺纹根部应力集中，还会受到腐蚀，容易在缺陷处断裂。2.吊钩的计算载荷和平安系数在进行承载平安的强度计算时，吊钩受到的载荷不能仅按最大起升质量的静力作用计算，而应该考虑由于起升质量突然离地起升或下降制动，重力载荷将产生的动态增大效应，吊钩的计算载荷必须在静载荷根底上乘以起升载荷动载系数φ2。一般起升速度越大，起升系统的刚度越大，司机操作越猛烈，φ2值也越大，其取值在1.0～2.0范围内。

在对吊钩进行强度校核时，应该注意平安系数n的取值。对于钩身，一般用途的起重机n为1.3，用于吊运熔化金属等危险品的起重机n为2.5；而对于钩柄螺纹部位，通常n取4。吊钩的平安检查与报废1.安装使用前的检查：吊钩应有制造厂的检验合格证明，必要时应对吊钩进行材料化学成分检验和必要的机械性能试验。使用前应测量吊钩的原始开口度尺寸。

2.外表检查：通过目测、触摸检查吊钩的外表状况。吊钩外表应该光洁、无毛刺、无锐角，不得有裂纹、折叠、过烧等缺陷，吊钩缺陷不得补焊。3.内部缺陷检查：主要通过探伤检查吊钩的内部状况。吊钩不得有内部裂纹、白点和影响使用平安的任何夹杂物等缺陷，必要时，应进行内部探伤检查。

4.平安装置：有条件的，特别是用于大起重量时，应该安装防止吊物意外脱钩的平安装置。5.吊钩出现以下情况之一时应予报废：〔1〕裂纹；〔2〕危险断面磨损达原尺寸的10%；〔3〕开口度比原尺寸增加15%；〔4〕钩身扭转变形超过10°；〔5〕吊钩危险断面或吊钩颈部产生塑性变形；〔6〕吊钩螺纹被腐蚀；〔7〕叠片钩衬套磨损达原尺寸的50%时，心轴磨损达原尺寸的5%时，应更换衬套或心轴。第十讲、起重机钢丝绳平安〔一〕

钢丝绳的构造

起重机多用双绕钢丝绳，一般都是用捻绳机将假设干根钢丝捻制成股，再以绳芯为中心，由一定数量股合在一起，捻绕成螺旋状的绳。〔1〕钢丝：起承受载荷的作用，钢绳的破断拉力大小主要取决于钢丝的抗拉强度。钢丝通过冷拉拉丝获得很高的强度和耐弯折的韧性。另外，根据使用环境条件不同对钢丝进行外表处理，使钢丝绳增强防腐蚀性。〔2〕绳芯：对绳股起支承作用以减小钢丝间的接触应力，增加钢丝绳弹性和韧性，贮存油润滑钢丝、减轻摩擦以提高使用寿命。绳芯材料有机纤维〔如麻、棉〕、合成尼龙纤维、石棉芯〔用于高温条件〕或软金属等。钢丝绳的分类在钢丝绳受力时，各层钢丝与钢丝之间互相跨越而形成接触，处于互相紧密接触挤压状态。组成钢丝绳的钢丝直径的差异、股中不同层钢丝的捻角、捻距等因素都会影响钢丝绳的性能。按股内钢丝之间的接触状态可分为点接触、线接触和面接触钢丝绳。〔1〕点接触钢丝绳〔亦称普通型〕：采用等直径的钢丝捻制而成，由于各层钢丝的捻距不等，各层钢丝与钢丝之间交叉形成点接触状态。在受拉力时，点接触处产主应力集中并导致磨损、压痕，过早地使钢丝断裂而报废，寿命较低，起重机的工作机构一般不采用。优点是制造工艺简单、价廉，常作为捆绑吊索，〔2〕线接触钢丝绳：采用直径不等的钢丝捻制，将内外层钢丝适当搭配，不同层的钢丝之间在全长上呈线接触状态，由于接触面积较点接触钢丝绳的大，使受载时钢丝的接触应力降低。常见的有西尔型〔外粗式〕、瓦林吞型〔粗细型〕和填充型〔密集式〕等。线接触钢丝绳承载力强、挠性好、寿命较高，品种也愈来愈多。起重机的工作机构应优先采用线接触钢丝绳。〔3〕面接触钢丝绳〔密封式〕：通常以圆钢丝为股芯，用特殊方法制造，使最外一层或几层采用异形断面的钢丝，层与层之间呈面接触状态。其特点是挠性好、强度高、耐腐蚀，但制造工艺复杂，价格高，起重机上很少使用。钢丝绳的捻向

根据钢丝绳由丝捻成股的方向，与由股捻成绳的方向是否一致，可分为交互捻或同向捻钢丝绳。根据绳股的捻向可分为右交互捻，左交互捻，右同向捻和左同向捻四种。〔1〕交互捻钢丝绳〔交绕绳〕：丝捻成股与股捻成绳的捻制方向相反，在钢丝绳受力伸长时，迫使股内钢丝相互压紧，产生阻抗转动的反力矩，使用中不易扭转和松散，因而在起重机的工作机构上得到了普遍的应用。为防止卸载后钢丝绳带动吊钩滑轮组扭转打卷伤人，起升机构一般均采用交互捻钢丝绳。〔2〕同向捻钢丝绳〔顺绕绳〕：丝捻成股与股捻成绳的方向相同，其挠性好，但由于旋转性较强，散股的趋向大，且稳定性较差，容易扭结，在小的滑轮槽中经过时，容易扭曲成拢状，使结构遭到破坏，一般只作为牵引绳或张紧绳。〔3〕不扭转钢丝绳：这种钢丝绳在设计时，使股与绳的扭转力矩相等，方向相反，在起升高度较大的起重机上使用，并越来越受到重视。钢丝绳的捻法a)右交互捻〔ZS〕b)左交互捻〔SZ〕c)右同向捻〔ZZ〕d)左同向捻〔SS〕第十一讲、钢丝绳的特性(二〕

钢丝绳的特性主要表现在钢丝绳的破断拉力、耐扭转弯折的韧性和对恶劣使用环境的耐腐蚀性，是由组成钢丝绳的钢丝特性所决定。钢丝绳还具有很高的可靠性，在规定的使用条件下，在规定的寿命期限内，当执行规定功能时，极少发生无先兆突然整绳断裂的危险，表现出较好的平安性。平安工程人员对起重机实施平安管理，就应该认识钢丝绳，并对钢丝绳的性能和使用时的适用条件有个根本了解。1.钢丝绳的强度

钢丝的抗拉强度所决定的钢丝绳的破断拉力是钢丝绳最重要的性能指标，而钢丝的抗拉强度是通过冷拔拉丝这个特殊制造工艺获得的。高抗拉强度可以提高钢丝承受动载荷和抗挤压能力，但随之韧性降低、脆性增加，在重载且反复弯曲的使用条件下容易断裂。所以，钢丝绳并不是抗拉强度越高越好，而需要综合考虑。通过实验得知，抗拉强度在1550MPa～850MPa之间的钢丝绳，其抗拉、抗挤压、耐磨损，柔韧性综合特性较好，是起重机的工作机构优先选择的用绳。

2.钢丝绳的韧性

韧性是保证钢丝绳可靠性的重要参数，是根据单根钢丝的试验结果所决定。将单根钢丝360度连续地扭转和180度不间断地反复弯折，直至断裂，根据试验钢丝不发生断裂的耐受次数进行韧性分级，耐受次数越多，钢丝绳的韧性就越好，等级也越高。按照国家标准，钢丝绳的韧性分为特、Ⅰ、Ⅱ三个等级。特级韧性最好，用于重要场合，如载客电梯、矿井的载人提升机等；Ⅰ级韧性比特级稍低，但可靠性也不错，一般作为起重机的各个工作机构用绳；Ⅱ级韧性较低，但本钱也低，常用于次要、更换频繁的场合，如捆绑绳、吊索等。3.钢丝绳的耐腐蚀性根据钢丝绳使用环境条件，按照钢丝是否进行外表处理，可分为光面钢丝绳和外表镀锌钢丝绳两种。光面钢丝绳的钢丝外表不做任何处理，用于常规无腐蚀性环境的起重机用绳。外表镀锌铜丝绳根据钢丝镀层的耐腐蚀性能分为三个等级，甲级用于严重腐蚀条件，乙级用于一般腐蚀条件，丙级用于较轻腐蚀条件。第十二讲、起重机钢丝绳平安〔三〕钢丝绳自身性能好，并不能保证在使用中不发生问题。我们必须看到，起重机械使用的钢丝绳是一种易损件。客观上钢丝绳本来受力就比较复杂，同时受到与钢丝绳配套的有关设备状态的影响，某些作业条件使钢丝绳特别容易受到意外的损伤、缺乏维护是钢丝绳寿命短的主要原因之一，特别是当机械在腐蚀性环境中运转时更是如此。我们必须合理选择和使用保养钢丝绳，保持钢丝绳的持续平安状态。〔2〕钢丝绳的弯曲比

钢丝绳的使用寿命总是随着配套使用的滑轮和卷筒的卷绕直径的减少而降低，使用中的钢丝绳弯曲的曲率越小，钢丝被反复弯折得越厉害，受力情况越恶劣，寿命就越低。所以，必须对按钢丝绳中心计算的滑轮和卷筒的卷绕直径作出限制，但凡工作级别高，要求钢丝绳寿命长的地方，都采用较大的弯曲比。对于设计要求轻巧和紧凑的流动式起重机，这个值可以取得较低。计算公式为：

D0min≥h·d

式中：D0min——按钢丝绳中心计算的滑轮和卷筒允许的最小卷绕直径〔mm〕；d——钢丝绳直径〔mm〕；h——滑轮或卷筒直径与钢丝绳直径的比值第十三讲、起重机钢丝绳平安〔四〕

钢丝绳的固定

钢丝绳的始末端部位一般需要与其他零构件连接或固定在起重机的其他结构上，钢丝绳尾端的固定是关系钢丝绳平安的重要环节。

钢丝绳的固定要求满足两个条件，一是连接或固定的部位必须到达相应的强度和平安要求，二是连接或固定方式与使用要求相符合。钢丝绳的固定有多种方法，针对不同的使用条件和要求选择使用。〔1〕编结连接编结方法是将绳端部弯曲成环状，环状内侧套入一个心形环，使绳尾端部〔短端〕在心形环的尖部与绳体〔长端〕局部合并，然后用钢丝将合并的绳局部扎紧，靠合并的两绳段的摩擦力把钢丝绳尾固定。平安要求是编结长度应大于钢丝绳直径的15倍，并不应小于300毫米；连接强度不小于75%钢丝绳破断拉力。〔2〕绳卡固定

绳卡固定由于简单、可靠，绳卡可拆卸更换，得到广泛应用。用绳卡固定时，应注意绳卡数量、绳卡间距、绳卡的方向和固定部位的强度。固定连接处的强度不能小于钢丝绳破断拉力的85%。绳卡数量根据钢丝绳直径加大而增多。例如，钢丝绳直径是16毫米，用3个绳卡就可以；当钢丝绳直径是45毫米时，那么需要6个以上的绳卡才能满足固定处的强度要求。绳卡压板应在钢丝绳长边，U形构件在短端，不可搞反或一颠一倒〔见以下图〕。绳卡间距不应小于钢丝绳直径的6倍。钢丝绳的使用与维护

钢丝绳的使用与维护使用检验合格的钢丝绳产品，保证其机械性能和规格符合设计要求。必要时使用前应做受力计算，保证足够的平安系数。钢丝绳的维护保养应根据重机制的用途、工作环境和钢丝绳的种类而定。第十四讲、钢丝绳的报废〔四〕钢丝绳的各种损坏一般都要表现在断丝上，断丝的数目往往是判断钢丝绳是否报废的重要依据。断丝的原因有拉断、扭转、疲劳、磨损和锈蚀等。在检查断丝数时，还应综合考虑断丝的部位、局部聚集程度和断丝的增长趋势，以及该钢丝绳是否用于危险品作业等因素。〔1〕钢丝绳在任何一段节距〔指每股钢丝绳缠绕一周的轴向距离〕内的断丝数到达表1的数值，应报废。〔3〕绳端部及其附近出现断丝，如果绳长允许，即使数量少，也应将断丝部位切去重新安装，否那么应报废。〔4〕断丝的局部聚集程度高，例如聚集在小于一个节距的绳长内，或集中在任一绳股里，即使断丝数比报废标准规定的数量低，也应予以报废；〔5〕断丝出现增长趋势，应给予充分注意，加强检查并记录断丝增长情况，辨明规律，确定报废日期。〔6〕当钢丝绳某一绳股整股断裂，那么不管由于什么原因、发生在什么部位，都应立即报废。〔7〕吊运炽热金属或危险品的钢丝绳，在考虑磨损或锈蚀所进行的折减后，应按一般起重机钢丝绳报废断丝数的一半作为报废的依据。2.磨损和腐蚀钢丝与滑轮和卷筒的绳槽接触摩擦，会引起外层股的钢丝外表磨损成平面状。绳股和钢丝之间的摩擦会引起内部磨损。由于环境及维护等原因引起钢丝外表粗糙锈蚀、沾染灰尘和砂粒以及润滑缺陷，会使磨损和锈蚀加剧，导致钢丝绳的断面面积减小、强度降低。当有以下情况时，钢丝绳应该报废。〔1〕当外层钢丝磨损达40%，应予报废。〔2〕磨损引起钢丝绳相对于公称直径减小达7%，即使未发现断丝，也应立即报废。〔3〕钢丝绳出现可用肉眼观察到的外部钢丝的腐蚀，当外表出现腐蚀深坑，钢丝相当松弛，应立即报废。〔4〕存在任何内部腐蚀的迹象，经过对钢丝绳内部检验，确认有严重的内部腐蚀，应立即报废。变形超标

钢丝绳失去正常形状产生可见畸变，从外观上出现波浪形、笼形畸变，绳股或钢丝挤出，绳径局部增大、扭结或局部被压扁、弯折等现象。变形部位可使钢丝绳应力分布不均而导致强度损失，严重变形还会造成钢丝绳传动不稳定或在运行过程中产生跳动。〔1〕钢丝绳出现波浪形畸变，在不超过绳径25倍的绳长范围内，假设径向波浪漫主义度达绳径的4/3，那么钢丝绳应报废。〔2〕笼形畸变，使外层绳股发生脱节或者变得比内部绳股长，脱节变长的钢丝交叉在钢丝绳外表形成笼形，笼畸变的钢丝绳应立即报废。〔3〕绳股挤出，通常伴随笼形畸变一起产生，导致钢丝绳受力不平衡，绳股挤出的钢丝绳应立即报废。〔4〕钢丝挤出，常由于冲击载荷而引起，形成一局部钢丝或钢丝束在钢丝绳一侧拱起形成环状，变形严重时钢丝绳应报废。〔5〕扭结，是在钢丝绳打弯成环状的情况下被拉紧拉直而造成的，扭结的结果导致剪切应力增大而强度降低，同时由于捻距不均引起钢丝之间磨损加剧，严重扭结的钢丝绳应立即报废。〔6〕弯折或压扁，是由于外在的机械作用，使钢丝绳受到硬伤，如钢丝绳受挤压，或被尖棱利角强制发生角度变形等，严重变形的钢丝绳应立即报废。2.弹性减小绳芯损坏钢丝绳直径的局部减小与纤维芯损坏甚至断裂有关，钢丝绳直径的局部增大那么是因为纤维芯受潮膨胀或绳芯畸变引起。绳芯损坏可使绳股产生不平衡而定位错移，破坏了钢丝绳的润滑系统，将造成钢丝绳的僵性增大弹性减小，导致在动载作用下突然断裂。〔1〕由于钢丝绳的纤维芯损坏或断裂而造成绳径显著减小时，钢丝绳应报废。〔2〕由于钢丝绳纤维芯的退化膨胀而在外层股间突出，或使绳直径局部增粗，绳径严重增大时，钢丝绳应报废。〔3〕由于绳芯损坏引起绳芯外露、绳芯挤出的钢丝绳应报废。〔4〕钢丝绳弹性减小通常伴随绳捻距伸长、钢丝之间和绳股之间缺少空隙、绳股凹处出现细微的褐色粉末或者钢丝绳明显的不易弯曲等现象，应立即报废。3.过热过热使钢丝的金相组织改变，导致性能发生劣化，产生应力集中，从而使钢丝绳强度大大降低，造成使用过程中发生突然断裂事故。〔1〕钢丝绳过烧使外表出现可识别的颜色改变，应立即报废。〔2〕钢丝绳受到电弧打击，尽管外表颜色与正常钢丝绳难以区别，也应报废。钢丝绳的破坏表现形态各异，且多中原因交错，有些可以根据定量计算直接确定，有些需要根据检查发现的缺陷和程度定性判断，必要时利用检测仪器进行检验。最终钢丝绳是否报废，应该对各项因素进行综合考虑，按标准掌握，一旦发现钢丝绳的损坏到达了危险程度应立即更换。另外在更换新钢丝绳前，还应弄清并消除对钢丝绳有不利影响的设备的缺陷。第十五讲、滑轮和卷筒平安〔上〕滑轮和卷筒是钢丝绳的承载部件。在起重机使用钢丝绳的起升机构、挠性变幅机构和牵引小车式运行机构等工作机构中，滑轮、卷筒和钢丝绳三者共同组成卷绕系统实现运动形式的转变，即把由电动机输入的回转运动转换成执行装置的直线动作任务。滑轮和卷筒的缺陷、结构破坏或运行异常，会加速钢丝绳的磨损，导致钢丝绳跳槽、掉绳，发生故障。如果是起升机构的滑轮和卷筒出问题，就可能导致重物坠落的严重事故。

滑轮与滑轮组滑轮的种类与作用从滑轮的运动方式和功能，可分为动滑轮和定滑轮。二者主要区别是滑轮的中心轴是否可移动。定滑轮的中心轴固定不动，其作用是改变钢丝绳的中心方向，增速不省力；动滑轮的中心轴可以移动，省力不增速。从滑轮的制造方法与使用的材料，可分为铸铁滑轮、铸钢滑轮、焊接滑轮，以及工程塑料和铝合金滑轮。滑轮的构造与尺寸滑轮由轮缘、轮辐、轮毂组成，轮缘通过绳槽来承载钢丝绳，整个滑轮通过轮毂固定在滑轮轴的轴承上，由轮辐将轮缘与毂轮连接起来。滑轮对钢丝绳的作用是借助滑轮的合理结构和尺寸实现的，绳槽作为容纳钢丝绳的主要部位，既要保证受力钢丝绳顺利通过，又要保证在机构震动的工作条件下，钢丝绳在滚过滑轮时不跳槽。主要尺寸如下：1、绳槽半径，约为承载钢丝绳直径的〔0.53～0.6〕倍，使钢丝绳与绳槽有足够的接触面积，以减小钢丝绳对绳槽的压强。

2、绳槽侧夹角，一般为35°～40°，容许与滑轮的轴线有一定偏斜，以方便钢丝绳穿绕上下滑轮，防止对绳槽侧面的过度磨损。3、绳槽高度，保证绳槽足够的深度，在钢丝绳穿过绳槽时，防止滑轮随机构运行抖动使钢丝绳跳槽。4、滑轮的计算直径，是按钢丝绳中心计算的滑轮卷绕直径。它是影响钢丝绳寿命的关键尺寸。钢丝绳的钢丝发生金属疲劳而折断，主要因为绕过滑轮和卷筒时反复折弯引起，滑轮与钢丝绳的直径比值是决定钢丝绳寿命的重要因素。〔3〕滑轮组

钢丝绳依次穿绕过假设干动滑轮和定滑轮组成的滑轮组，省力效果更加显著。起重机的起升机构和钢丝绳变辐机构都采用省力滑轮组。滑轮组中的平衡滑轮处于对称位置，当绕过它的钢丝绳两分支受力不均匀时，两分支绳的力差使平衡滑轮稍许转动来均衡钢丝绳的张力。1、滑轮组的种类

根据绕入卷筒的钢丝绳分支数可分为单联滑轮组和双联滑轮组。单联滑轮组绕入卷筒的钢丝绳只有一根，多用于臂架类型起重机的起升机构；双联滑轮组绕入卷筒的钢丝绳有两根，用于桥架类型起重机的起升机构。2、滑轮组的倍率倍率是指滑轮组省力的倍数，同时也是减速的倍数，用m表示。倍率越高，单根钢丝绳的受力越小。双联滑轮组的分辩率等于悬挂物品钢丝绳分支数的一半；单联滑轮组的倍率就等于悬挂物品的钢丝绳分支数。滑轮组倍率不是越大越好，要根据综合考虑机构的总体尺寸和起重量按标准确定。3、滑轮组的效率

在理想状态下，当工作机构运动时，钢丝绳随着动、定滑轮的转动而无摩擦地滚动通过滑轮的绳槽。但是由于存在摩擦损失，滑轮组省力倍数比理想状况要小，滑轮的效率损失主要来自轴承摩擦阻力和钢丝绳僵性阻力产生的内摩擦。滑轮的效率与钢丝绳构造、滑轮和轴的直径、轴承种类以及润滑条件等因素有关。〔3〕滑轮的平安使用要求和报废滑轮直径与钢丝绳直径的比值不应小于符合所在机构工作级别所要求的规定值。滑轮不应有缺损和裂纹，滑轮槽应光洁平整，不得有损伤钢丝绳的缺陷。滑轮应配置防止钢丝绳跳槽的装置。

金属铸造的滑轮，当出现裂纹、轮槽不均匀磨损达3毫米、轮槽壁厚磨损达原壁厚的20%、因磨损使轮槽底部直径减少量达钢丝绳直径的50%、滑轮轴磨损量达原直径的3%以及其他损害钢丝绳的严重缺陷时，只要有一种情况发生，就应报废。第十六讲、滑轮和卷筒平安〔下〕卷筒是用来卷绕钢丝绳的部件，在起升机构中，通过卷筒收放钢丝绳，带动滑轮组和取物装置实现吊载升降。卷筒的效率同样也是由轴承损耗和钢丝绳僵性损耗引起的。由于卷筒只有单方面的绕进或绕出，损耗要比滑轮组的小些。〔1〕卷筒的种类按筒体形状，可分为长轴卷筒和短轴卷筒；按制造方式，可分为铸造卷筒和焊接卷筒；按卷筒筒体外表是否有绳槽、可分为光面卷筒和螺旋槽面卷筒；按钢丝绳在卷筒上卷绕层数，可分为单层缠绕卷筒和多层缠绕卷筒，多层缠绕卷筒用于起升高度特大，或要求机构紧凑的起重机〔例如汽车起重机〕。〔2〕卷筒的结构

卷筒是由筒体、连接盘、卷筒轴以及轴承支架等构成的。

单层缠绕卷筒的筒体外表切有弧形螺旋槽，以增大钢丝绳与筒体的接触面积，防止相邻绳之间摩擦，并使钢丝绳在卷筒上的缠绕位置固定，其缺点是筒体体积较大。多层缠绕卷筒的筒体外表直接采用光面，筒体两端有凸缘，以防止钢丝绳滑出。其缺点是钢丝绳排列紧密产生摩擦，各层互相叠压，对钢丝绳的寿命影响很大。卷筒的结构尺寸中，影响钢丝绳寿命的关键尺寸是按钢丝绳中心算起的卷筒的计算直径，卷筒的允许最小卷绕直径必须满足所在机构工作级别所要求的规定值。〔3〕钢丝绳在卷筒上的固定

通常采用压板螺钉或楔块，利用摩擦原理来固定钢丝绳尾部。楔块固定法常用于直径较小钢丝绳，由于不需要用螺栓，适于多层缠绕卷筒。压板固定法利用压板和压紧螺钉固定钢丝绳，方法简单，工作可靠，便于观察和检查，适于单层卷绕的卷筒。按照柔韧体摩擦的欧拉公式，钢丝绳尾的圈数保存得越多，绳尾的压板或楔块的受力就越小，也就越平安。为了减少压板或楔块的受力以保证钢丝绳尾在卷筒上可靠固定，平安设计要求在取物装置降到下限位置时，除钢丝绳的固定圈外，还应保存1.5圈～3圈的平安圈，也称为减载圈。如果取物装置在吊载情况的下极限位置过低，卷筒上剩余的钢丝绳圈数不少于设计的平安圈数，就会由于钢丝绳尾受力超过压板或楔块的压紧力，钢丝绳拉脱导致重物坠落。〔4〕卷筒使用平安要求和报废

对钢丝绳尾端的固定情况，应每月检查一次。不管在任何使用条件下，必须保证钢丝绳在卷筒上保存足够的平安圈。单层缠绕卷筒的筒体端部应有凸缘，在卷筒全部收回钢丝绳后，端部凸缘充裕的高度应大于钢丝绳的2倍，以防止钢丝绳从卷筒端部滑脱。当卷筒出现裂纹、筒壁磨损量达原壁厚的20%或绳槽磨损量大于钢丝绳直径1/4且不能修复时，卷筒应报废。第十七讲、制动器平安制动器是使机构的运动件停止或减速的装置，由于起重机间歇性的工作特点，各个工作机构经常处于频繁启动、制动状态，制动器成为动力驱动的各机构不可缺少的组成局部，身兼机构工作的控制和平安双重任务，是平安检查的重点。

2.制动器的种类根据构造形式分类带式制动器，利用挠性钢带压紧制动轮产生制动力矩。带式制动器构造简单，尺寸紧凑，但制动轮轴受力较大，摩擦面上压力分布不均匀，因而磨损也不均匀。它常用于中小起重机和流动式起重机。1〕块式制动器，两个对称布置的制动瓦块在径向抱紧制动轮产生制动力矩，从而使制动轮轴所受制动力抵消。块式制动器结构紧凑，紧闸和松闸动作快，但冲击力大。在桥架类型起重机上大多采用这种制动器。盘式与圆锥式制动器，带有摩擦衬料的圆盘或锥形金属盘互相贴紧产生制动力矩。体积小，质量小，动作灵敏，摩擦面积大，制动力矩大。它较多地应用于各类起重机中。2〕按操作情况分类常闭式制动器，在机构停止工作时，制动器处于紧闸状态；当机构接通能源的瞬间施加外力才能解除制动，使机构开始工作。

常开式制动器，机构在非工作状态，制动器处于松闸状态，在外载荷〔例如风载荷〕作用下机构可产生运动；机构在工作状态需要运动停止时，可以根据需要施加上闸力使摩擦副结合，产生制动力矩。1、制动器的功能制动器的工作实质是通过摩擦副将切断动力的运动件的惯性动能转化为摩擦热能消耗，从而产生制动作用。其结构特点是，形成摩擦副中的一局部与固定构件相连，另一局部与被制动的机构转动轴相连，当摩擦副接触压紧时，产生制动作用，机构工作停止；当摩擦副别离时，制动作用解除，机构可以正常工作。〔1〕支持作用：在起升机构中，保持吊重静止在空中；在变幅机构中，将臂架维持在一定位置保持不动；对室外轨道起重机起防风抗滑的作用。〔2〕停止作用：使机构的运动迅速在一定时间或一定行程内停止。〔3〕落重作用：将制动力与重力平衡，使运动体以稳定的速度下降。3.制动器的选择与使用为减小制动力矩和结构尺寸，制动器通常安装在机构的高速轴〔电动机轴或减速器的输入轴〕上，但对平安性要求高的机械，那么直接安装在卷筒轴上，防止传动系统承载力零件损坏，造成物品坠落。〔1〕制动器的制动力矩，应该满足以下要求：

MZ≥k·M式中：MZ——制动器的制动力矩；

M——制动器所在轴的力矩；k——平安系数，参见下表。制动器平安系数K〔2〕制动器的配备

在对起重机进行平安检查时，对各机构制动器的配备要求必须给予确认；动力驱动起重机的起升、变幅、运行、旋转机构都必须装设制动器。

起升机构、变幅机构的制动器，必须是常闭式制动器。吊运炽热金属或其他危险品的起升机构，以及发生事故可能造成重大危险或损失的起升机构，每套独立的驱动装置都应装设两套支持制动器。人力驱动的起重机，其起升机构和变幅机械必须装设制动器或停止器。〔3〕制动器的检查与报废正常使用的起重机，每个班次都应对制动器进行检查。检查内容包括：制动器关键零件的完好状况、摩擦副的接触和别离、松闸器的可靠性、制动器的整体工作性能等，所有的制动器都应保证灵敏无卡塞现象。制动器的零件，出现下述情况之一时应报废更新：

制动器的零件出现裂纹；

制动带或制动瓦块摩擦垫片厚度磨损达原厚度的50%；

弹簧出现塑性变形；铰接小轴或轴孔直径磨损达原直径的5%；制动轮轮缘厚度磨损，对起升、变幅机构损坏达原厚度的40%，对其他机构磨损达原厚度的50%。

第十八讲、起重机平安防护要求概述平安防护装置是否齐全，性能是否可靠，是起重机平安检查的重要内容。按平安检查的要求，可分“应装〞和“宜装〞两个要求等级。“应装〞是强制必须装设的，属于“应装〞要求的平安防护装置及设施，如果检查发现失缺、失灵，那么必须限期补齐、改正、恢复功能。“宜装〞是非强制性的要求，在条件不具备时暂不要求，有条件的建议最好安装a)平安防护装置的种类由于起重机的危险点多而分散，各种类型的起重机又有不同的组成结构和运行特点，需要配置的平安防护装置也有所区别，导致起重机的平安防护装置种类很多，针对不同的防护要求功能各异。我们可以初步进行分类如下：1)防护装置

通过在起重机存在危险的某部位设置罩、门、盖、栅栏、封闭式装置等实体障碍，将人与危险隔离的装置或设施，我们统称为起重机的防护装置。例如，高处金属结构上的走台栏杆、工作机构暴露的活动零部件的防护罩、导电滑线的防护板、电气设备的防雨罩，及在起重作业现场为划分危险作业范围而临时设置的平安栅栏等。2)平安装置通过自身的结构功能，对起重作业过程中某种危险可以起到抑制或防范作用。平安装置有些仅有单一功能，有些可以与其他平安防护装置联合作用而成为组合装置。平安装置是起重机的平安防护系统的主要局部，平安装置的种类很多，如果按其平安功能归类，还可以做进一步划分。〔1〕限制起重载荷量的装置：例如超载限制器、力矩限制器、极限力矩限制器等。〔2〕限定行程位置的装置：例如上升极限位置限制器、下降极限位置限制器、运行极限位置限制器、防止吊臂后倾装置、轨道端部止挡等。〔3〕平安定位装置：例如支腿回缩锁定装置、回转定位装置、水平仪、夹轨钳和锚定装置等。〔4〕其他平安装置：例如联锁保护装置、偏斜调整装置、缓冲器、平安钩、扫轨板等。3).平安信息警提示和报警用来显示起重机工作状态和信息指示，或进行信息交流的装置，是人们观察和监控系统过程的手段，有些装置与控制调整装置联锁，有些装置兼有报警功能。属于此类装置有显示装置、幅度指示计、信号、通讯、平安色标、风速风级报警器、登机信号按钮、倒退报警装置、危险电压报警器等。第十九讲、主要平安防护装置的功能1.超载限制器它是起重机防止超载的平安保护装置，也称起重量限制器。其平安功能是当起重机的吊载超过额定值时，使起升动作停止，从而防止超载发生事故。超载限制器广泛用于桥式类型起重机和升降机上。有些臂架类型起重机〔例如塔式起重机、门座起重机〕将超载限制器与力矩限制器配合使用。超载限制器有机械式、电子式多种类型。〔1〕机械式：通过杠杆、弹簧、凸轮等的作用带动撞杆，当超载时，撞杆与控制起升动作的开关相作用，切断起升机构的动力源，控制起升机构中止运行。〔2〕电子式：由传感器、运算放大器、控制执行器和载荷指示计等局部组成，将显示、控制和报警等平安功能集于一身。当起重机吊载时，承载构件上的传感器产生变形，把载荷重量转化为电信号，经过运算放大，指示出载荷的数值。当载荷超过额定载荷时，切断起升机构的动力源，使起升机构的起升动作不能实现。

2.力矩限制器

力矩限制器是臂架式起重机的综合性平安保护装置。

我们知道，臂架式起重机是以起重力矩来表征载荷状态的。起重力矩值是由起重量、幅度的乘积决定，幅度值是由起重机臂架的臂长和倾角余弦的乘积决定，这样，起重机是否超载，实际上受到了起重量、臂长和臂架倾角等限制，同时还要考虑作业工况等多个参数也有制约作用，控制起来比较复杂。目前广泛采用的微机控制的力矩限制器可以综合多种情况，较好地解决了这个问题。力矩限制器由载荷检测器、臂长检测器、角度检测器、工况选择器和微型计算机构成。当起重机进入工作状态时，将实际工作状态各参数的检测信号输入计算机，经过运算、放大、处理后，与事先存入的额定起重力矩值比较，并同时在显示器上把相应的实际数值显示出来。当实际值到达额定值的90%时，它会发出预警信号，当实际值超过额定载荷时那么会发出警报信号，同时起重机停止向危险的方向〔起升、伸臂、降臂、回转〕继续动作。4.防风防滑平安装置这是防止露天工作的起重机在大风作用下沿轨道发生滑行的平安装置，室外工作的轨道式起重机均应安装。其平安功能是，当起重机遭遇非工作状态下的最大风力时，起重机不被吹动，防止起重机在轨道端头倾覆。常见防风装置有夹轨器、锚定装置和铁鞋。〔1〕夹轨器：它广泛应用于各类露天轨道起重机，其工作原理是利用夹钳夹紧轨道头部的两个侧面，通过结合面的夹紧摩擦力将起重机固定在轨道上，使起重机不能滑移。夹轨器的设计要求是，夹轨器的夹紧力须大于起重机的滑行力，以保证在当地最大风力作用下，起重机保持不动；夹轨钳的闭合应靠装置构件自身重量或弹簧的作用，而不应只靠动力驱动装置的驱动作用，以防止在动力供给中断时，夹轨器不起作用；动力驱动的夹轨动作应滞后于运行机构制动器的动作，以消除起重机制动时可能产生的剧烈颤抖。〔2〕锚定装置：它借助插销或插板装置、链条或顶杆将起重机与轨道根底相连成一体，用于非工作状态特大风暴时起重机的固定。由于锚定装置只能设在轨道的某个特定位置，起重机要运行到该位置才能锚定，它不适于紧急情况下的即时防风。〔3〕铁鞋：它是一种楔形装置，使用时将楔形舌尖插入车轮踏面和轨道顶面之间，铁鞋的斜坡构成对车轮滑动的阻力。5.极限位置限制器

也称行程限制器，其平安功能是保证工作机构在运动中，当接近极限位置时，自动切断前进的动力源并停止运动，防止行程越位。

极限位置限制器由相互作用的两局部构成，一个是触头〔撞块或平安尺〕，安装在工作机构的运动局部上；一个是行程限位开关，是控制工作机构的运动方向或行程距离的主令电器，固定在极限位置的轨道或起重机的金属结构上，并串在工作机构的控制线路中。当某方向的运动接近极限位置时，触头触碰行程限位开关，切断该运动方向的控制电路，停止该方向的运行，同时接通反方向运动电路，使运行机构只能向平安方向运行。起重机的极限位置限制器有：〔1〕上升极限位置限制器：所有类型起重机的起升机构和变幅机构至少应装一套上升极限位置限制器。吊运液体金属和其他危险品起重机的起升机构必须装两套，两套限制器开关动作应有先后，并应尽量采用不同结构型式和控制不同的断路装置。〔2〕下降极限位置限制器：其平安功能应保证吊具下降到下极限位置时，自动切断下降的动力源，以保证钢丝绳在卷筒上的缠绕不少于设计所规定的平安圈数。塔式或门座起重机的变幅机构、港口门座起重机的起升机构及其他有下限要求的机构应设置下降限位开关。其他起重机的起升机构是否安装下降极限位置限制器不作为强制性的要求。〔3〕运行极限位置限制器：轨道起重机的大车〔或小车〕运行机构在轨道端头附近都必须设置行程限位开关，一般由限位开关和触发开关的平安尺配套使用。

6.联锁保护

也称为联锁开关或舱门开关，其平安功能是将联锁开关的状态与起重机的某工作机构的运动联系起来，在开关开启状态，对应的被其制约的工作机构不能启动，只有在开关关闭状态，被联锁的工作机构运动才能执行；当机构运动过程中，如果对应的舱门开关被翻开，就给出停机指令。联锁保护可防止起重机的某机构在特定条件下运转伤人。需要联锁保护的部位与制约的工作机构如下：

〔1〕从建筑物登上起重机司机室的门与大车运行机构之间；〔2〕由司机室登上桥架主梁的舱口门或通道栏杆门与小车运行机构之间；〔3〕司机室设在运动局部时，进入司机室的通道口的门与小车运行机构之间；这样，可以防止当有人正从建筑物跨入、跨出起重机的瞬间，或在起重机主梁上有人正做设备检修时，由于司机不知晓而操作起重机，使机构运转伤人。7.零位保护桥架式起重机的起升、大车运行和小车运行等三个工作机构是由三个操作装置分别控制的，必须设零位保护。其保护作用是只要有一个机构的控制器不在零位，所有机构都不能启动；只有在先将各机构控制器置于零位的情况下，工作机构的电动机才有可能启动，零位保护是用来防止在起重机开始运转时或失电后又恢复供电时，司机在没有思想准备情况下启动总开关，某个或几个机构突然运转造成的意外伤害。8.紧急开关所有起重机必须装有在紧急情况下可迅速断开总电源的紧急开关或装置，并设置在司机操作方便的地方。

联锁保护、行程限位、零位保护、紧急开关等，常常联合在起重机的控制电路中发挥作用，只要有一个装置处于非正常状态，起重机就不能启动或停止向发生危险的方向运行。9.偏斜调整和显示装置大跨度的门式起重机和装卸桥，当两端支腿因前进速度不同步而发生偏斜时，该装置能将偏斜情况指示出来，并使偏斜得到调整。10.幅度指示器安装在具有变幅机构的起重机上，能正确指示吊具所在的幅度。11.水平仪

安装在流动式起重机上，可以检查已打支腿起重机的倾斜度，显示起重机机身的水平状态。12.防止吊臂后倾装置

安装在挠性变幅机构的臂架起重机上，当变幅机构的变幅行程开关失灵时，能阻止吊臂向后倾。13.极限力矩限制装置用于当臂架起重机的臂架旋转阻力矩大于设计规定的力矩时，该装置内的摩擦元件发生滑动，切断动力输入，使旋转运动停止，从而起到保护作用。14.风级风速报警器安装在露天工作的起重机上。当风力大于6级时能发出报警信号，并能显示瞬时风速风级。在沿海工作的起重机可定为当风力大于7级时发出报警信号。15.支腿回缩锁定装置

安装在工作时需要打支腿的流动式起重机上，其平安功能是双向锁定支腿，保证起重机在打支腿进行起重作业时，不发生“软腿〞回缩现象；当起重机结束起重作业，支腿收回时能可靠地锁定支腿，防止起重机在行驶状态下支腿自行伸出。16.回转定位装置

用于流动式起重机在道路上行驶时，保证使回转盘上的起重结构保持在固定位置，防止行驶时发生摆动。17.防倾翻平安钩安装在主梁一侧落钩的单主梁起重机上，防止小车倾翻。18.检修吊笼用于高空中导电滑线的检修。其可靠性不应低于司机室。19.扫轨板、支承架和轨道端部止挡

扫轨板和支承架用来扫除起重机行进方向轨道上的障碍物；轨道端部止挡设置在铺设轨道的尽头端部，与起重机〔或运行小车〕运动结构上的缓冲器配合作用，防止起重机〔或运行小车〕脱轨。20.导电滑线防护板

用于防止人员意外接触带电滑线引发触电事故而设的防护挡板。使用滑线的起重机，对易发生触电的部位都应设该装置：〔1〕桥式起重机司机室位于大车滑线端时，通向起重机的梯子和走台与滑线间应设置防护板。〔2〕桥式起重机大车沿线端的端梁下，应设置防护板，以防止吊具的钢丝绳与滑线的意外接触。〔3〕同跨桥式起重机作多层布置时，下层起重机的滑线应沿全长设置防护板。21.防护罩

起重机上外露的活动零部件，如开式齿轮、联轴器、传动轴、链轮、链条、传动带、皮带轮等，均应装设防护罩。露天工作的起重机，其电气设备应装设防雨罩。22.倒退报警装置

流动式起重机向倒退方向运行时，可发出清晰的报警音响信号和明灭相间的灯光信号，提示机后人员迅速避开。第二十讲、桥架式起重机的金属结构

金属结构是由型材等金属制件，通过一定的连接手段所制成，并满足一定使用要求的工程结构。起重机的金属结构是起重机的重要组成局部。作为整台起重机的连接骨架，金属结构用以装置起重机工作机构的机械、电气设备，并构架起一定范围的作业空间，承载起重机的自重和各种载荷。金属结构的重量约占整机重量的40%～70%左右，重型起重机可达90%以上，其自重常常比额定起吊载荷大十几倍甚至几十倍。通过金属结构外形的变化形成不同的机型，以满足不同起重作业的使用要求。

起重机平安工作的寿命，主要取决于金属结构不发生破坏的工作年限，而不是由任何其它装置和零部件的寿命所决定。起重机的金属结构只有满足强度、刚度和稳定性的要求，才能保证起重机的使用性能和平安。金属结构破坏会给起重机带来极其严重甚至灾难性的后果。1.金属结构的分类

根据受力特征不同，起重机的金属结构的根本部件可分为梁和桁架，主要承受弯矩载荷的部件；柱，主要承受轴向压力的部件；压弯构件，既承受轴向压力又承受弯矩的部件。这些根本构件根据其受力和外形尺寸要求可分别设计成实腹式、格构式和混合式。〔1〕实腹式：主要由钢板焊接组成，也称箱型结构，如工字梁型、箱型梁和箱型柱等。具有制造工艺简单〔可采用自动焊〕、应力集中较小、通用性强、机构的安装检修方便等优点。缺点是自重较大、刚性稍差。〔2〕格构式：由型钢、钢管或组合截面杆件连接而成的杆系结构，多作成桁架和格构柱。优点是结构的自重轻，风的通过性好。缺点是制造工艺复杂〔不便采用自动焊〕、节点处应力集中较大。桁架是承受横向载荷的典型格构式结构型式。〔3〕混合式：局部为实腹结构，局部为杆系结构的混合式结构。其特点和使用条件介于格构式构件和实腹式构件之间。2.金属结构的连接主要有焊接、铆接和螺栓连接三种方法。〔1〕焊接：通过把连接构件的连接处局部加热成液态或胶体状态，加压或填充金属使两构件永久连接成一体的加工方法。具有制造简便、易于实现自动化操作、不削弱杆件的截面、省工省料。目前，焊接代替了铆接和普通螺栓连接，已成为最主要的连接方法。缺点是连接的刚度较大，在内应力影响下结构存在剩余变形。起重机金属结构主要采用气焊和电弧焊。〔2〕铆接和普通螺栓连接：是用铆钉或螺栓穿过连接构件上预先打好的孔，来夹紧构件的连接方法。由于会削弱杆件的截面，费工费料，在起重机制造业中，已被焊接逐渐取代，铆接和螺栓连接主要用于结构的安装接头中。〔3〕高强度螺栓连接：靠很高的螺栓预紧力在连接构件间产生摩擦力来传递内力，使被连接构件之间不发生滑动的连接方法。该方法连接可靠、安装迅速，从起重机的一般结构到重型结构都可采用，是一种有广阔前景的连接方法。3.桥架式起重机的金属结构

由主梁、端梁、支腿、走台栏杆、轨道和司机室构成桥架式起重机的金属结构，主要特点是以梁组成的桥架结构作为起重机的主要承载结构。设有栏杆的走台在主梁外侧，用于安装工作机构的机械和电气设备。小车轨道置于主梁上，司机室安装在桥架一端。室内起重机常采用箱型结构，室外起重机有箱型结构，也有格构式和混合式结构。〔1〕桥式起重机：由主梁、端梁组成框架结构是桥式起重机的结构主体。双梁桥式起重机大多采用矩形断面实腹式箱型结构，箱型主梁由上下板〔盖板〕和两块腹板焊接而成，通过设置横隔板、高强度预拉钢索或钢筋、三角筋板来提高梁的承载能力。两个端梁位于主梁端头，轨道置于上翼缘板上。根据轨道在上翼缘板的位置，以及主梁断面的差异，形成正轨箱型、偏轨箱型及半偏轨箱型等各种各样的箱型梁。单梁起重机用模压封闭截面加强的工字钢梁作为主梁，大大增加了梁的抗弯和抗扭刚度。〔2〕门式起重机：由主梁、支腿〔柱〕组成门架，称为带腿的桥式起重机，一般安装在室外。梁的型式与桥式起重机相似，多数主梁悬伸到支腿外侧，悬臂局部扩大了作业范围。单梁门架的支腿有L、C等多种型式以形成较大的空间，使起重小车带载荷可以顺利通过支腿，运行到悬臂端。对于跨度小的门式起重机，主梁和两个支腿做成刚性连接；如果跨度大，支腿常采用一挠一刚结构，以改善由于跨度大、两侧支腿运行不同步而出现卡轨现象。门架结构有箱型也有格构式，由于室外有风载作用，装卸桥常采用桁架结构。4.高处作业的平安防护结构

一般桥式起重机的主梁高度都在10米以上，因此，在起重司机正常操作时、在进行高处设备的维护和检修以及平安检查时，都需要登高作业。为防止人员从高处坠落，防止高处坠落的工具或零件对下面人员造成打击伤害，在起重机上，但凡高度大于2米以上的一切作业点，包括进入作业点的梯子、高处通行走台及高处作业平台等，都应予以防护。平安防护的结构和尺寸根据人体参数确定，强度和刚度要求应根据可能受到的最不利载荷考虑。所有的结构件不得有严重脱焊、变形、腐蚀和断开、裂纹等缺陷。可能与使用者接触的局部应设计成不会产生伤害或阻滞〔如防止尖角、焊接毛病、粗糙的边缘等〕并应有防滑性能。

防护栏杆栏杆设在可能发生坠落的临边处，常采用钢管结构。栏杆高度应为1050毫米，并设有间距为350毫米的水平横杆和间距小于1000毫米的立柱。栏杆底部还应设置高度不小于100毫米的围护板。栏杆上任何一处都应能承受1000牛顿来自任何方向的载荷而不产生塑性变形。

走台和通道根据操作、维修、检查需要，在起重机上设置工作平台和通道。走台宽度不应小于500毫米。当走台和通道的上空有相对移动构件或物件时，净空高度不应小于1800毫米。应能承受3000牛顿移动的集中载荷而无塑性变形。

斜梯和直立梯固定在起重机上或安装在建筑物上供登起重机用。各种梯子的强度、刚度应考虑承受1500牛顿的移动集中载荷。梯级均匀，间距宜为300毫米，梯宽不小于300毫米。当梯子高度大于10米时，每隔6米～8米应设休息平台。3米以上的垂直钢梯应装设直径为650毫米～800毫米平安护笼，并用5根均匀分布的纵向连杆连接。平安圈的任何位置都应能承受1000牛顿的力而不破断。

5.金属结构的变形与报废1.金属结构的变形金属结构的变形实质是结构的刚性问题，常见的变形有主梁在跨中和悬臂端出现下挠、旁弯，主梁腹板出现超规定的波浪变形，由主梁、端梁组成框架结构的对角线超差变形等。主梁的下挠变形使小车轨道出现坡度，坡度增加起重小车运行的爬坡阻力，产生运行打滑，甚至在停车后出现自动滑移。主梁变形对相关的其它金属结构件〔如端梁、支腿和小车架〕和工作机构的某些零部件的平安状态产生不利影响。

为补偿在吊载作用下的下挠度，主梁预先设计成具有一定的预拱度，悬臂梁端设计为具有一定的上翘度，使主梁弹性变形的曲线无论在空载或满载均较为平缓。但随着时间的推移，长期负载的作用，不可防止使预拱度和上翘度降低，进而出现下挠变形。变形原因有的由于金属结构在制造过程中产生的剩余内应力、安装过程中的缺陷、使用过程中超负荷、工作环境高温的影响等，正常载荷长期作用也会引起变形，非正常因素的影响那么加速了这些变形的进程。2.金属结构的报废

主要受力构件〔特别是主梁、支腿〕失去整体稳定性时不应修复，应报废。主要受力构件发生腐蚀时，应进行检查和测量。通过计算确认，当承载能力降低至原设计承载能力的87%时，如不能修复，应报废。对无计算能力的使用单位，当主要受力构件断面腐蚀达原厚度的10%时，假设不能修复，应报废。主要受力构件产生裂纹时，应根据受力情况和裂纹情况〔裂纹发生的部位、方向、长度，以及裂纹尺寸与构件厚度的关系等〕采取阻止裂纹继续扩展的措施，并采取加强或改变应力分布的措施，或停止使用。

主要受力构件因产生塑性变形，使工作机构不能正常平安运行时，假设不能修复，应报废。对于一般桥式类型起重机，当在额定载荷下小车处于跨中，主梁跨中的下挠值在水平线下，到达跨度的1/700时，假设不能修复，应报废。第二十一讲、汽车起重机的稳定性稳定性是指一台设备在某种状态下保持平衡的能力。汽车起重机兼有汽车行驶和起重两种功能，因此，存在行驶和起重两种状态的稳定性问题。1.行驶稳定性行驶稳定性是指起重机在行驶状态下，抗倾翻和滑移的能力。失稳可能发生在两个方面上，或与行驶轨迹平行，或与行驶轨迹垂直。这两种状态下的稳定性，我们分别称之为纵向行驶稳定性和横向行驶稳定性。3.起重