起重作业安全讲座

安全管理体系（系列资料）起重作业安全讲座第一讲、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．

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。

3．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。

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

载荷状态名义载荷谱起重机利用等级

系数KpU0U1U2U3U4U5U6U7U8U9Q1—轻0.125

A1A2A3A4A5A6A7A8Q2—中0.25

A1A2A3A4A5A6A7A8

Q3—重0.5A1A2A3A4A5A6A7A8

Q4—特重1.0A2A3A4A5A6A7A8

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

载荷状态名义载荷谱工作机构利用等级

系数kmT0T1T2T3T4T5T6T7T8T9L1—轻0.125

M1M2M3M4M5M6M7M8L2—中0.25

M1M2M3M4M5M6M7M8

L3—重0.5M1M2M3M4M5M6M7M8

L4—特重1.0M2M3M4M5M6M7M8

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

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。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。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。九、起重机取物装置的安全

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。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.吊钩的计算载荷和安全系数

在进行承载安全的强度计算时，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基础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，应该注意安全系数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。

吊钩的安全检查与报废

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.表面检查：通过目测、触摸检查吊钩的表面状况。吊钩表面应该光洁、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、白点和影响使用安全的任何夹杂物等缺陷，必要时，应进行内部探伤检查。

4.安全装置：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安全装置。

5.吊钩出现下列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。十、起重机钢丝绳安全（一）

钢丝绳是起重机使用率很高的构件之一，这是由于它的独有特性所决定。与刚性构件相比，钢丝绳具有强度高、自重轻、柔韧性好、耐冲击等特点，特别突出的是它的安全可靠性。

在正常情况下使用的钢丝绳一般不会发生突然破断，即使破坏也是有前兆的，一般总是从个别、局部断丝开始，逐渐发展到整个绳，是有一段时间过程的，除非因为载荷超过其极限破断力而发生整绳突然破坏。这就提供了这样一种可能，只要平常加强对钢丝绳的安全管理和使用，那么，由钢丝绳引发的事故是可以避免的。

但是钢丝绳的受力状况多变、工作环境复杂，其破坏除了机械损伤之外，结构选型不当、维护检查不当，失效的钢丝绳没有及时报废并更新等原因有关。

钢丝绳的安全技术涉及钢丝绳的种类、制造方法、构造性能、受力状况，以及维护、检查、报废等多方面的问题，是个专业性比较强的技术，每个安全管理人员和技术人员都应该对钢丝绳的有关知识、受力状况和运行状态有个基本了解，我们将分几个专题分别做一介绍。

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若干根钢丝捻制成股，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表面处理，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别、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。十一、钢丝绳的特性

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，表现出较好的安全性。安全工程人员对起重机实施安全管理，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基本了解。

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，但成本也低，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，按照钢丝是否进行表面处理，可分为光面钢丝绳和表面镀锌钢丝绳两种。光面钢丝绳的钢丝表面不做任何处理，用于常规无腐蚀性环境的起重机用绳。表面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。

钢丝绳的标记方法

钢丝绳的构造、钢丝之间的接触状态、捻制方法和捻向、以及钢丝绳的机械特性和表面特征，直接影响钢丝绳的使用安全。这些参数和性能指标在钢丝绳的标记中得到综合反映，是我们在选择、更换和使用钢丝绳的依据。

根据圆股钢丝绳的国家标准GB1102规定，以起重机常用的右交互捻钢丝绳为例，我们来从下图认识钢丝绳技术参数的标记方法。

钢丝绳6×37—15.0—1550—Ⅰ—甲—镀—右交

①②③④⑤⑥⑦⑧⑨

此图为钢丝绳技术参数标记，其中：

①——钢丝绳的股数，起重机常用6股绳。

②——钢丝绳的结构型式，

点接触普通钢丝绳，标记“×”；

线接触瓦林吞型钢丝绳（粗细式），标记“W”；

线接触西尔型钢丝绳（外粗型），标记“X”；

线接触填充型钢丝绳（密集型），标记“T”；

③——每股钢丝数，起重机常用的6股绳一般每股钢丝有19根和37根两种。

④——钢丝绳的直径（mm）。

⑤——钢丝的公称抗拉强度b（MPa）。

⑥——钢丝的韧性等级，根据实际级别分别标记“特”、“Ⅰ”、“Ⅱ”。

⑦——钢丝表面经过镀锌处理，根据实际级别分别标记“甲”、“乙”、“丙”。

⑧——钢丝表面处理特征，表面不做处理的，标记“光”，或不加标记；表面镀锌处理的，标记“镀”。

⑨——钢丝绳的捻制方式和方向，右捻绳标记“右”；左捻绳标记“左”；交互捻标记“交”；同向捻标记“同”。十二、起重机钢丝绳安全（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，保持钢丝绳的持续安全状态。

钢丝绳的选用

钢丝绳的工作状态是随起重机械的特性和工作条件以及用途而变化的。钢丝绳应满足两个基本条件，一是能够承受最大工作载荷的足够强度，二是有足够长的寿命。

（1）钢丝绳承载能力

一般采用安全系数法，按所受最大工作静拉力计算选用钢丝绳。计算公式为：

F0≥Sn

式中：F0——所选钢丝绳的破断拉力（N），可查钢丝绳性能手册获取；

S——钢丝绳最大工作静拉力（N）；

n——钢丝绳的安全系数。

安全系数实质是安全储备的倍数，用在工作机构上的钢丝绳根据机构的工作级别确定，其他钢丝绳根据用途性质确定（见表1），工作级别越高、用途越重要、要求钢丝绳寿命越长的地方，安全系数就越大。特别要注意，对于吊运熔化或赤热金属、酸溶液、爆炸物、易燃物及有毒品等危险物品的起升用钢丝绳的安全系数，一般应按比设计的工作级别高一级的工作级别选用。

表1钢丝绳的安全系数

用途起重机工作机构用钢丝绳其他用途钢丝绳机构工作级别M1～Ｍ3M4M5M6M7M8支承动臂起重机械自身安装揽风绳吊挂和捆绑安全系数44.5567842.53.56

（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，凡是工作级别高，要求钢丝绳寿命长的地方，都采用较大的弯曲比（见表2）。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。

表2滑轮或卷筒的h值

机构工作级别M1～M3M4M5M6M7M8流动式起重机卷筒h11416172022.42516滑轮h216182022.4252818

十三、起重机钢丝绳安全（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安全的重要环节。

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达到相应的强度和安全要求，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）部分合并，然后用钢丝将合并的绳部分扎紧，靠合并的两绳段的摩擦力把钢丝绳尾固定。安全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，则需要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（见下图）。绳卡间距不应小于钢丝绳直径的6倍。

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（3）楔块、楔套连接

钢丝绳一端绕过楔，利用楔在钢制的套筒内的锁紧作用使钢丝绳固定，受力越大，套筒内楔的斜面对钢丝绳压得越紧。固定处的强度约为绳自身强度的75%～85%。

（4）合金套筒浇注法

钢丝绳末端穿过锥形套筒后松散钢丝，将头部钢丝弯成小钩，浇入金属液凝固而成。固定处的强度与钢丝绳自身的强度大致相同。

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，保证足够的安全系数。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。

在起重机械上的钢丝绳投入使用之前，应确保与钢丝绳工作有关的各种装置已安装就绪并运转正常。对机械上有可能与钢丝绳发生摩擦的部位应加以适当防护。

从卷轴或钢丝绳卷上抽放钢丝绳时，应在洁净的地方拖拉，采取措施防止钢丝绳弯折、扭结或粘染杂物，防止外界因素对钢丝绳的损伤、腐蚀而使其性能降低。

使用中避免两钢丝绳在交叉或叠压状态下受力，合理设计卷绕系统的结构，尽量减少钢丝绳弯折次数并避免反向弯折，防止钢丝绳打结、扭曲、过度弯曲和划磨。

对钢丝绳应加强检验并作好记录，以便及时根据有关信息适时更换。在任何情况下，绝对不得使用报废钢丝绳。

新更换的钢丝绳一般应与原设计安装的钢丝绳类型、规格相同。如采用不同类型的钢丝绳，必须保证新钢丝绳不低于原选钢丝绳的性能，并与卷筒和滑轮上的槽形相适应。

对钢丝绳应进行适时地清洗并涂以润滑油或润滑脂，特别是那些绕过滑轮时经受弯曲的部位。涂刷的润滑剂的品种应与钢丝绳相适应。

为防止备用钢丝绳的损坏，应储存在清洁、通风而干燥的仓库内，钢丝绳技术参数的标记应保存良好。十四、钢丝绳的报废

钢丝绳承载过程中，受到拉力作用；在通过滑轮或卷筒时被强迫弯曲，钢丝与钢丝相挤压；由于钢丝绳在滑轮或卷筒的绳槽中运动时发生摩擦；在外界环境因素作用下，钢丝绳会腐蚀生锈。这些不利因素综合积累作用，会使钢丝绳在使用一段时间后，钢丝首先出现缺陷，例如断丝、锈蚀、磨损和变形等，使其他未断钢丝的应力加大，从而使断丝速度加快，强度逐渐降低，发展到一定程度，最终将导致钢丝绳无法保证正常安全工作，甚至发生破坏造成起重事故。我们只有弄清钢丝绳的报废标准，采用正确的检查养护手段，及早发现、及时更换报废的钢丝绳来保证安全。

1.钢丝绳的断丝数达到报废标准

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）内的断丝数达到表1的数值，应报废。

表1钢丝绳报废断丝数

钢丝绳断丝数安全系数钢丝绳结构绳6×9绳6×37一个节距中的断丝数交互捻同向捻交互捻同向捻＜612622116～71472613＞71683015

（2）如果钢丝绳锈蚀或磨损时，应将表1断丝数按表2折减，并按折减后的断丝数作为判断报废的依据。

表2锈蚀或磨损的折减系数表

钢丝表面磨损或锈蚀量%1015202530~40＞40折减系数%85757060500

（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，否则应报废。

（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，则不管由于什么原因、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表面磨损成平面状。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表面粗糙锈蚀、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，当表面出现腐蚀深坑，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。1.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，若径向波浪漫主义度达绳径的4/3，则钢丝绳应报废。

（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表面形成笼形，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，形成一部分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则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达到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。

十六、滑轮和卷筒安全（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

（1）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。

（2）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，避免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

钢丝绳依次穿绕过若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。

（4）滑轮的安全使用要求和报废

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。十七、滑轮和卷筒安全（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；按卷筒筒体表面是否有绳槽、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表面切有弧形螺旋槽，以增大钢丝绳与筒体的接触面积，避免相邻绳之间摩擦，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表面直接采用光面，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，钢丝绳尾的圈数保留得越多，绳尾的压板或楔块的受力就越小，也就越安全。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，安全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，还应保留1.5圈～3圈的安全圈，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安全圈数，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）卷筒使用安全要求和报废

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留足够的安全圈。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，端部凸缘富余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。十八、制动器安全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部分，身兼机构工作的控制和安全双重任务，是安全检查的重点。

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，形成摩擦副中的一部分与固定构件相连，另一部分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；当摩擦副分离时，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。

2.制动器的种类

（1）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。

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。

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