第十讲：起重机械安全技术(1)

1、机械设备安全技术,主讲教师：周杰 Mob:E_mail: ,第五部分 起重机安全技术,第一章、起重机械概述,起重机械定义及用途: 起重机械是现代工业生产不可缺少的设备，被广泛地应用于各种物料的起重、运输、装卸、安装和人员输送等作业中，从而大大减轻了体力劳动强度，提高了劳动生产率。有些起重机械还能在生产过程中进行某些特殊的工艺操作，使生产过程实现机械化和自动化。 起重机是以间歇、重复的工作方式，通过起重吊钩或其他吊具起升、下降，或升降与运移物料的机械设备。它在搬运物料时，经历上料、运送、卸料及返回原处的过程，工作范围较大，危险因素很多。电梯和升降机是在垂直方向上沿导轨运

2、行，用轿厢或吊笼输送人员和物料的起重运输设备。被提升在空中的人员、设备等的安全，决定于提升钢丝绳和一些安全装置的有效性，要求的安全程度较高。,一、起重机械的工作特点,起重机械通常具有庞大的结构和比较复杂的机构，能完成一个起升运动、一个或几个水平运动。例如，桥式起重机能完成起升、大车运行和小车运行三个运动；门座起重机能完成起升、变幅、回转和大车运行四个运动。作业过程中，常常是几个不同方向的运动同时操作，技术难度较大。 所吊运的重物多种多样，载荷是变化的。有的重物重达几百吨乃至上千吨，有的物体长达几十米，形状很不规则，还有散粒、热融状态、易燃易爆危险物品等，使吊运过程复杂而危险。 大多数起重机械，

3、需要在较大的范围内运行，有的要装设轨道和车轮(如塔吊、桥吊等)，有的要装设轮胎或履带在地面上行走(如汽车吊、履带吊等)，还有的需要在钢丝绳上行走(如客运、货运架空索道)，活动空间较大，一旦造成事故影响的面积也较大。 有些起重机械，需要直接载运人员在导轨、平台或钢丝绳上做升降运动(如电梯、升降平台等)，其可靠性直接影响人身安全。,一、起重机械的工作特点,5. 暴露的、活动的零部件较多，且常与吊运作业人员直接接触(如吊钩、钢丝绳等)，潜在许多偶发的危险因素。 6. 作业环境复杂。从大型钢铁联合企业，到现代化港口、建筑工地、铁路枢纽、旅游胜地，都有起重机械在运行；作业场所常常会遇有高温、高压、易燃易

4、爆、输电线路、等危险因素，对设备和作业人员形成威胁。 7. 作业中常常需要多人配合，共同进行一个操作，要求指挥、捆扎、驾驶等作业人员配合熟练、动作协调、互相照应，作业人员应有处理现场紧急情况的能力。多个作业人员之间的密切配合，存在较大的难度。 上述诸多危险因素的存在，决定了起重伤害事故较多。根据有关资料统计，我国每年起重伤害事故的因工死亡人数，占全部工业企业因工死亡总人数的15左右。为了保证起重机械的安全运行，国家将它列为特种设备加以特殊管理，许多企业都把管好起重设备作为安全生产工作的关键环节。,二、起重机械的发展历史及趋势,简单的起重运输装置的诞生，可以追溯到公元前50004000年的新石器

5、时代末期。公元前2800年，古埃及人在建造金字塔中，曾采用滚子、斜面和杠杆运送石块、石碑等重物。 目前，世界上最大的桥式起重机的起重量为1200吨，最大的门式起重机的起重量为2000吨。桁架臂半拖挂汽车起重机的最大起重量达到1000吨，最大的履带起重机起重量已达3000吨，大型浮式起重机的起重量可达6500吨。整机使用寿命一般规定在10年以上。 起重机的发展趋势，将主要体现在如下几个方面：,1.重点产品大型化。 2.通用产品轻量化。 3. 高速化。 4. 多样化。,5. 最优化。 6. 通用化。 7. 液压化。 8. 安全化。 9. 自动化。,第二节 起重机械的分类及主要参数,第一类是轻小型起

6、重设备。其特点是轻便，构造紧凑，动作简单，作业范围投影以点、线为主。 第二类：起重机。其特点是可以使挂在起重吊钩或其他取物装置上的重物在空间实现垂直升降和水平运移。 第三类：升降机。其特点是重物或取物装置只能沿导轨升降。,一、起重机械的种类 起重机械按其功能和构造特点，可分为三类,起重机按结构分类如右:,二、起重机械的主要参数,起重机械的参数是表现起重机械工作性能的技术经济指标，也是设计、使用和检验起重机械的依据。掌握有关参数，对保证起重吊运安全是至关重要的。起重机械的主要参数如下。,1、额定起重量 。 2、最大起重量 。 3、跨度 。 4、幅度 。 5、起重力矩 6、起升高度和下降深度 7、

7、运动速度,二、起重机械的主要参数额定起重量,G (过去常用字母Q表示):指起重机械在各种情况下和规定的使用条件下，安全作业所允许的起吊物料连同可分吊具或索具(如抓斗、电磁吸盘、平衡梁等)质量的总称。单位为千克(kg)或吨(t) 。,为了设计、制造系列标准化，国家制定了起重量系列标准,二、起重机械的主要参数最大起重量,指起重机械在正常作业条件下最大的额定起重量。对于臂架起重机，是指最小幅度下的额定起重量。单位为吨(t)。,二、起重机械的主要参数跨度,指桥架型起重机支承中心线(如运行轨道轴线)之间的水平距离。单位为米(m)。,3250t电动桥式起重机跨度 (GB790-65),二、起重机械的主要参

8、数:幅度,指起重机械置于水平场地时，回转中心线和空载吊具中心线之间的水平距离。单位为米(m)。,幅度有最大幅度和最小幅度之分。当臂架倾角最小或小车离起重机回转中心距离最大时，起重机幅度为最大幅度；反之为最小幅度。 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距离。,二、起重机械的主要参数起重力矩,指幅度和相应的起吊载荷的乘积。单位为吨米(tm)。这个参数综合了起重量和幅度两个因素，比较全面、确切地反映了臂架型起重机的起重能力和工作过程中的抗倾覆能力。,起重力矩是幅度L与其相对应的起吊物品重力G的乘积，M=GL (过去常用QR表示),二、起重机械的主要参数起升高度和下降深

9、度,起升高度是指起重机械水平停车面至吊具允许最高位置的垂直距离H 。下降深度是指起重机械水平停车面以下吊具允许最低位置的垂直距离h。单位为米(m)。,二、起重机械的主要参数运动速度,指起升、运行、变幅和回转机械的运动速度，其中起升、运行和变幅速度的单位为米/分（m/min）回转速度的单位为转/分（r/min）。,三、起重机工作级别,起重机工作级别是表明起重机工作繁重程度的参数，即表明起重机工作在时间方面的繁忙程度和在吊重方面满载程度的参数。 起重机工作级别，按主起升机构确定，分为:A1A8级， 大体上相当于： A1A3轻； A4A5中； A6A7重； A8特重。,表6-8 起重机工作级别举例表

10、,起重机工作级别,四、安全系数,材料的极限应力与许用应力(或计算应力)之比，就是安全系数。安全系数的大小与构件的重要性、安全性和计算精度等因素有关。对于钢丝绳、卷筒、制动器等零部件，通常将安全系数取得大些。 max = lim/n 式中 n安全系数。 max最大计算应力； 许用应力； lim材料的极限应力， 对塑性材料，强度计算时取屈服极限S，疲劳计算 时，取疲劳极限rk；对脆性材料，取强度极限b；,安全系数的实质,一方面考虑是在强度条件中有些量本身就存在着主观考虑与客观实际间的差异，如材质不均匀、构件实际截面尺寸可能偏小、对设计载荷估计不够精确、计算时所作的简化与实际情况有出入等。 另一方面

11、考虑则是给构件以必要的强度储备，这是因构件在使用期内可能碰到意外载荷或不利工况。 因此，笼统地把安全系数看成是安全倍数是不恰当的，把这种概念应用在工程实际中更是危险的。,五、起重机的可靠性及使用寿命,无故障性：是指起重机在一定使用时间内，保持无故障正常作业的质量特性； 耐久性：是指起重机在规定的技术保养和修理条件下，保持正常工作能力，直到极限状态的质量特性； 维修性：是指起重机防止故障、探明故障原因、排除故障、恢复机器正常工作的质量特性； 保全性：是指起重机在保存和运输过程中以及过程之后，保持无故障性、耐久性、维修性的能力的质量特性。,起重机的可靠性是指起重机的综合质量特性：,五、几种不同类型

12、起重机的使用寿命 (正常使用）,第二章 起重机主要零部件,吊 具 钢丝绳及索具 滑轮及滑轮组 卷筒 齿轮与减速器 制动装置 联轴器 车轮与轨道,一、吊钩 第一节 吊 具,吊钩的材料要求具有较高的强度和塑韧性，没有突然断裂的危险。但强度高的材料通常对裂纹和缺陷很敏感，强度越高，突然断裂的可能性越大。因此， 目前吊钩广泛采用低碳钢和低碳合金钢制造。 吊钩是起重机最常使用的取物装置，通过起升机构的卷绕系统将被吊物料与起重机联系起来。吊钩在起重作业中，受到频繁、冲击载荷的反复作用，一旦发生断裂，可导致重物坠落，造成重大人身伤亡事故。,(一) 吊钩的材料,(二) 吊钩的分类,按吊钩制造方法可分为锻造吊钩

13、和片式吊钩，形状有单钩和双钩两种。锻造吊钩为整体锻造，成本低，制造使用都很方便，使用量最大。片式吊钩是用多层钢板叠片铆接而成，因为吊钩板片不可能同时断裂，有更大的安全性，个别板片损坏可以更换，一般用于大吨位或强烈灼热场所。,(三) 吊钩的危险断面,吊钩的危险断面有三个(见图)：水平断面AA，垂直断面BB，钩柄螺纹根部断面CC。按曲梁理论对吊钩的受载状况进行受力分析，水平断面AA受到的弯曲和拉伸组合应力最大；BB断面虽然受力不是最大，却是吊钩强烈磨损的部位，随着断面面积减小，承载能力下降；螺纹根部CC断面应力集中，容易受到腐蚀，在缺陷处断裂。这三处危险断面是安全检查的重点。,(四) 吊钩的安全检

14、查,安装前检查 吊钩应有制造厂的检验合格证明。应在吊钩低应力区有打印额定起重量和检验合格的标记。否则，要对吊钩进行材料化学成分检验和必要的机械性能试验(拉伸试验、冲击试验)，测量吊钩的原始开口度尺寸。吊钩标记的额定起重量要与起重机的额定起重量一致。 表面检查 通过目测、触摸来检查吊钩的表面状况。吊钩表面应该光洁、无毛刺，不得有裂纹、折叠、过烧等缺陷。 内部缺陷检查 吊钩不得有内部裂纹、白点和影响使用安全的任何夹杂物等缺陷要通过探伤检查。,吊钩示意图,包括安装使用前的检查和在用吊钩的检查,(五) 吊钩的报废,吊钩缺陷不得补焊。吊钩出现下列情况之一时应予报废：任何部位出现裂纹；危险断面磨损达原尺寸

15、的10；钩口的开口度比原尺寸增加15；钩身扭转变形超过10；吊钩危险断面或其颈部产生塑性变性；吊钩螺纹被腐蚀。,(六) 吊钩组,吊钩组就是吊钩与动滑轮的组合体，吊钩组有长型与短型两种，如右图 长型吊钩组采用普通的钩柄较短的短吊钩，支承在吊钩横梁上，滑轮支承在单独的滑轮轴上。它的高度较大，使有效起升高度减小。,(a)、(b)长型吊钩组 (c)、(d)短型吊钩组,二、起重电磁铁,起重电磁铁、真空吸盘、抓斗这三类吊具的自身质量，均须包括在起重机的额定起重量内。即起吊重物时，一定要用重物质量与这类吊具自身质量之和去衡量起重机是否超载。否则将造成事故。,对于高温物品，例如温度达400600的热轧制品，起

16、重电磁铁成为唯一的取物装置，铁芯用易于产生磁场的软钢、钢板焊接而成，周围绕有激磁线圈。起重电磁铁以轻为好，线圈使用铝线。线圈放在密封容器内，起屏蔽作用，如图所示。,(一) 用途及构造,(二) 起重电磁铁的使用要求,1. 无特殊要求的起重电磁铁，安全系数一般为2，即可以规定搬运载荷不大于吸引力的一半。 2. 高温钢材的装卸，起吊高温钢材时，钢材的传热使起重电磁铁温度上升，造成吸力下降，而且钢材本身的磁性恶化，使吸力降低。在730时完全失去磁性，这时任何强力磁性也吸不住物体。 3. 吸吊生锈的钢材或夹层钢板会降低吸力，属于危险作业。 4. 起吊废钢时，应尽量使起重电磁铁放平5. 极度弯曲或参差不齐

17、的钢材，以及吸附面上有氧化皮、砂土或有夹层的钢材，不可起吊。,非磁性材料 2. 极掌 3. 铁壳 4. 线圈,起重电磁铁,(二) 起重电磁铁的使用要求,6. 起吊钢材时，吸着面或板间不能有异物或间隙等。 7. 用一台起吊时，吊重量倾斜，甚至在钢材间滑动，出现危险。应在水平状态吸吊物长度方向的中心吊运。用二台起吊时，同样要注意偏心问题。如无特殊规定，起重机电磁铁一般重心偏移应在间距的10范围内。两台起重电磁铁如果间距很小而偏心很大，如重心位于起重电磁铁下方，即使两台起吊也仅一台承受负荷，非常危险。,起重电磁铁,(三) 起重电磁铁产品的安全技术检验要求,1. 吸运钢板、型钢的专用起重电磁铁额定起重

18、量，应不大于电磁铁起重能力(最大吸力)的一半；吸运散料废钢时，额定起重量为电磁铁的起重能力。 2. 起重电磁铁控制开关上，应有“吸附”、“释放”等字样。 3. 起重电磁铁的所有螺栓连接，应能防止自动松脱。 4. 起重电磁铁链条，应选用M(4)级短环链。其最小破断载荷，应不小于链条承受最大载荷的6倍。电磁铁其它承载结构的承载能力，应不小于电磁铁承受最大载荷的4倍。检验方法：抽检电磁铁链条，进行载荷试验，观察是否达到要求。 5. 电网供电的起重电磁铁，宜设置突然断电时不使吸重坠落的停电保磁装置。 检验方法：断电试验。,(三) 起重电磁铁产品的安全技术检验要求,6. 吊运高温钢材的电磁铁。对励磁线圈

19、应有防热传导、热辐射的保护措施。 7. 应设置电压、电流表。吸运钢板、型钢的专用电磁铁，宜设置电压低于电磁铁额定电压85时的声光报警装置。 8. 电网供电的电磁铁外壳导磁体上，应有接地端子和接地标志。 9. 应有防止供电电缆绞缠、磨损的卷取装置。 10. 电磁铁壳上，应有防止碰撞端子箱盖的保护措施。 11. 电磁铁壳体、封盖不得有裂纹，密封应可靠，不得使励磁铁圈受到含水、氧化性气体的腐蚀。检验方法：可用着色或磁粉探伤进行检查。 12. 潜水用电磁铁，应有可靠的密封防水性能。,(三) 起重电磁铁产品的安全技术检验要求,13. 湿式电池的外壳上应设有通气孔，防止气体积存。 14. 静载试验。载荷为

20、电磁铁的最大吸力。检验方法：试验载荷应逐渐地加上去，起升至离地面100200mm高处，悬空时间不得少于l0min，卸载后进行目测检查，试验重复三次后，若各部结构未出现裂纹、永久变形或对性能与安全有影响的损坏，连接处没出现松动或损坏，即认为静载试验合格。 15. 电磁铁在出厂前应逐个进行动载试验，试验载荷为电磁铁的额定起重量。 检验方法：必须把加速度、减速度和速度限制在起重机正常工作的范围内，并应按其工作循环进行，时间一般应延续1小时，若各机构动作灵敏、工作平稳可靠，各项参数达到技术性能指标要求，结构及零部件无裂纹，连接无松动等对性能与安全有影响的损坏，即认为动载试验合格。,(四) 在用起重电磁

21、铁安全技术检验要求,应检查磁极磨损是否超过设计规定值。 2. 焊缝应无损伤或裂纹。起重电磁铁工作时内部发热，停止使用后冷却，此时从裂纹处浸入湿气，在内部结露。一旦浸入的水份在再度使用时残留在内，就会使绝缘阻抗降低，发生电气故障，(短路、接地)，如在绝缘阻抗劣化前进行修复，就能长期使用。检验方法：用20倍放大镜观察或着色探伤。 3. 端子箱盖的密封应良好。 4. 起吊链条的链环磨损超过原尺寸的10时，应报废；销轴磨损超过原尺寸的5时，应报废。,(四) 在用起重电磁铁安全技术检验要求,5. 引入电缆应无损伤。 6. 多台起重电磁铁的起重机，要检查各电磁铁吸附面的高低差应不超过设计允许值。 7. 电

22、磁铁保险丝应良好。 8. 起重电磁铁直流供电电源，宜采用不接地系统。采用交流电网整流取得时，直流电源交流侧宜采用隔离变压器。 9. 在正常工作条件下，电磁铁的冷态绝缘电阻应大于10M。 检验方法：可用绝缘电阻表进行测量。,三、起重真空吸盘,起重真空吸盘有有泵真空吸盘和无泵真空吸盘两种型式。有泵真空吸盘需要附加真空泵、阀等。无泵真空吸盘无须加真空泵，结构简单、操作维修方便。国内起重真空吸盘多为无泵真空吸盘。 (一) 结构及工作原理 如图所示，无泵真空吸盘，提动吊环和与之相连的活塞，室内产生真空，通过气管使吸盘吸着运送的物品，架体将真空装置与吸盘连系起来。卸载时，活塞杆下落离开活塞，真空室通过活塞

23、杆与活塞间的环孔间隙与大气相通。吸取物品时，活塞杆上升与活塞接触，密封圈保持密封。活塞上升，逐步形成真空，由螺孔经气管通往吸盘。活塞杆与气缸用密封片密封，保持绝对紧密，可使吸起的物品经久不落。,三、起重真空吸盘,真空吸盘多用球铰连系，可以适应物品的表面倾斜。此真空吸盘装有特制的棘轮、棘爪装置，可使此装置的吸取与卸放动作自动变换，无需辅助人员帮忙。,真空吸盘 1.真空装置 2.架体 3. 气管 4. 压力真空表 5. 吸盘,(二) 真空吸盘产品检验的安全技术要求,(1) 材料及焊接要求与集装箱吊具要求相同。 (2) 主要受力构件的表面及内部不允许存在影响其安全使用的缺陷(如裂纹)。 检验方法：表

24、面缺陷，可目测或用20倍放大镜及着色检查；内部缺陷，可按ZDJ7400388压力容器用钢板超声波探伤规定的一级进行检验。,1. 真空吸盘的金属结构。,2. 真空度与吸力 检验的安全技术要求,(1) 吸盘配备的真空装置，应有足够的容量。当吸吊光滑平整无渗透性的额定负载4min后，真空度的降低不得超过原真空度的10。 检验方法：起吊额定负载后目测检查。 (2) 当载荷吸附表面处于水平状态时，吸盘的额定起重量应不大于吸盘产生最大吸力的50%。当载荷吸附表面处于铅垂状态时，吸盘的额定起重量不大于吸盘产生最大吸力的25%。 检验方法：逐步起吊载荷，确定最大吸力，然后按最大吸力的50或25与额定起重量相比

25、较。,(二) 真空吸盘产品检验的安全技术要求,3. 应设置压力真空表和超载报警器，当吸附件质量超过吸盘额定起重量时，应有仪表显示和声光报警。 4. 动载试验。起吊1.1倍额定载荷，把加速度、减速度和速度限制在起重机正常工作范围内，并按其工作循环进行，时间一般在延续1小时，各显示器和安全装置显示动作准确可靠，结构及零部件无裂纹、无松动等对性能与安全有影响的损坏，即认为动载试验合格。 5. 静载试验。试验载荷为真空吸盘额定载荷的1.25倍。起升至地面100200mm处。试验如此重复三次后，若各部结构未出现裂纹、永久变形或对性能与安全有影响的损坏，连接处没有出现松动或损坏，即认为静载试验合格。,(三

26、) 在用真空吸盘检验要求,1. 承载结构发生塑性变形。 2. 承载结构发生裂纹。 检验方法：目测或用20倍放大镜及着色。,吸盘零部件出现下列情况之一时，应停止使用；如不能修复应报废：,四、抓斗,(一) 分类及构造 抓斗是一种自动的取物装置。按用途的不同，可分为矿石抓斗、煤抓斗、粮食抓斗等；但通用的抓斗则根据抓取物料的比重分可分为： 轻型抓斗(2/6t/m3)。 根据抓斗开闭方式不同，可分为单绳抓斗、双绳抓斗及电动抓斗，最常用的是双绳抓斗。,双绳抓斗工作原理,升降钢丝绳 2. 开闭钢丝绳 3. 导向滚轮 4. 固定滑轮及上横粱 5. 动滑轮及下横梁 6. 撑杆 7. 颚板 8. 刃口 9. 齿,

27、双绳抓斗,五、集装箱专用吊具,在集装箱吊具中使用最多的，是起重机用伸缩式吊具。伸缩式吊具主要用于20、40英尺集装箱，具有可沿集装箱长度方向伸缩的伸缩机构，由操作者操纵。,第二节 钢丝绳及索具,钢丝绳是起重机械的重要零件之一。它具有强度高、挠性好、自重轻、运行平稳、极少突然断裂等优点，因而广泛用于起重机的起升机构、变幅机构、牵引机构，也可用于旋转机构。它还用作捆绑物体的司索绳、桅杆起重机的张紧绳、缆索起重机和架空道的承载索等。,一、钢丝绳的用途及构造,一、钢丝绳的构造,钢丝绳要求很高的强度和韧性，常采用含碳量0.50.8的优质碳素钢制造，起重机用钢丝绳的强度一般为14001700N/mm2之间

28、,钢丝绳由一定数量的钢丝和绳芯经过捻制而成。绳芯是被绳股所缠绕的挠性芯棒，起到支撑和固定绳股的作用，并可以储存润滑油，增加钢丝绳的挠性。,根据适用的场合不同，绳芯分为以下几种： (一) 金属芯用软钢丝制成，可耐高温并能承受较大的挤压应力，绕性较差，适用于高温或多层缠绕的场合。 (二) 有机芯通常用浸透润滑油的麻绳制成，亦有采用棉芯的。有机芯易燃，不能用于高温场合。 (三) 石棉芯用石棉绳制成，可耐高温。,二、钢丝绳的类型,(一) 根据钢丝绳捻绕的次数分： 1. 单绕绳 ： 由若干断面相同或不同的钢丝一次捻制而成。由圆形断面的钢丝捻绕成的钢丝绳刚性大，绕性差，易松散，不宜用作起重绳，可用作张紧绳和承载绳，其他场合亦较少采用。 2. 双绕绳 ： 先由钢丝绕成股，再由股绕成绳。双绕绳挠性好，制造也不复杂，起重机上广泛采用。,二、钢丝绳的类型,1. 点接触钢丝绳 绳股中各层钢丝直径相同，每层钢丝的螺旋升角近似相等。为了使各层钢丝有稳定的位置，内外各层钢丝的捻距不同，互相交叉，在交叉点上接触。这种钢丝绳在反复弯曲时钢丝容易磨损折断。 2. 线接触钢丝绳 这种钢丝绳股中的钢丝直径不同，但每层钢丝的节距相同，外层钢丝位于内层钢丝的沟槽中，内外钢丝的接触形成一条螺旋线。线接触