起重机液压原理

第一单元 概述

流动式起重机的种类

流动式起重机属于旋转臂架式起重机。由于靠自身的动力系统驱动，也称为自行式起重机，其中采用充气轮胎装置的被称为轮式起重机。流动式起重机可以长距离行驶，灵活转换作业场地，机动性好，因而得到广泛应用。

流动式起重机主要有汽车起重机、轮胎起重机和履带式起重机，它们的特性简要介绍如下。 1．汽车起重机

汽车起重机使用汽车底盘，具有汽车的行驶通过性能，行驶速度高。缺点是运行不能负载，起重时必须打支腿。但因其机动灵活，可快速转移的特点，使之成为我国流动式起重机中使用量最多的起重机。

2．轮胎起重机

轮胎起重机采用专门设计的轮胎底盘，轮距较宽，稳定性好，可前后左右四面作业，在平坦的地面上可不用支腿负载行驶。在国外，轮胎起重机特别是越野轮胎起重机使用越来越广泛，大有取代汽车起重机的趋势。 3．履带式起重机

履带式起重机是用履带底盘，靠履带装置行走的起重机。与轮式起重机相比有其突出的特点：履带与地面接触面积大、比活小，可在松软、泥泞地面上作业；牵引系数高、爬坡度大，可在崎岖不平的场地上行驶；履带支承面宽大，稳定性好，一般不需要设置支腿装置。弱点是笨重，行驶速度慢，对路面有损坏作用，制造成本较高。 以上三种类型的起重机在安全技术上有共性。本章以汽车起重机为例，介绍流动式起重机的有关安全技术。

主要技术参数 1．起重量 Gn

起重量是起重机安全起升物品的质量，单位t。对于流动式起重机来说，其额定起重量是随幅度而变化的，标牌上标定的起重量值是最大额定起重量，指基本臂处于最小幅度时的最大起重量。 2．幅度 L

幅度是起重机置于水平场地时，吊具垂直中心线至回转中心线之间的水平距离，单位m。它是臂架长度与臂架仰角的函数，在臂架长度一定时，仰角越大，幅度越小。

有效幅度是指使用支腿侧向工作时，吊具垂直中心线至该侧支腿中心线的水平距离。当轮胎式起重机幅度小于支腿跨距一半时，作业无法进行。规定有效幅度A的极限值[A]为：

3．起重力矩 M

起重力矩是汽车起重机的起重特性指标，单位N·m，为起重量和相应的工作幅度的乘积。 4．起升高度 H

起升高度是吊具上升到最高极限位置时，吊具中心至地面的垂直距离，单位m。当臂架长度一定，起升高度随幅度减少而增加（见图10－l）。

图10－1 轮胎式起重机的工作幅度和高度 5．工作速度 V

（1）起升速度vq。它是起升机构在稳定运行状态下，吊额定载荷的垂直位移速度，单位m/min。为降低功率，减少冲击，流动式起重机的起升速度应取较低值。

（2）变幅速度v1。它是变幅机构在稳定运动状态下，在变幅平面内吊挂最小额定载荷，从最大幅度至最小幅度的水平位移平均速度，单位m/min。有时用最大幅度到最小幅度的时间表示。变幅速度对起重作业的平稳性和安全性影响较大，平均速度在 15m/min左右。 （3）旋转速度ω。它是旋转机构在稳定运动状态下，驱动起重机转动部分的回转角速度，单位r/min。受到旋转启制动惯性力的限制，旋转速度不能过大，一般在 3r/min左右，当回转半径增大，旋转速

度相应降低。

（4）行走速度v。它是在道路上行驶状态下，流动式起重机的平稳运行速度，单位工作场地转移速度要快，汽车起重机行走速度较高，可以与汽车编队行驶，轮胎起重机的行走速度一般较汽车起重机低。 此外，还有伸缩式臂架起重机特有的参数，臂架伸缩速度，单位m/min，一般外伸速度是缩回速度的1倍左右。支腿收放速度用时间表示，单位s。 起重机的特性曲线

起重机的特性曲线表示起重机起重量与幅度的关系曲线见图10－2，它规定了在某一幅度下，安全起吊的最大起重量。起重机作业安全区是由钢丝绳强度线、臂架强度曲线和起重机稳定曲线的包络线限定的区域。起重特性曲线经常与起升高度曲线画在一起，有些起重机技术资料还给出同一起重机在不同工况下的多条特性曲线。

图10－2 汽车起重机的特性曲线

根据起重机的受力分析可知，作用在臂架上的起升载荷可以分解为垂直手臂架的倾翻成行和对臂架的压力载荷，这两个分力随着幅度的变化而变化。在起升载荷木变、臂长不变的情况下，幅度越小，对臂架的压力越大，倾翻载荷越小，因而载荷产生的倾覆力矩也小；幅度越大，对臂架的压力降低，倾翻载荷越大。该特性曲线可分为三个

区段，在小幅度时，起重量受臂架强度的限制，超载会发生臂架破坏；在大幅度时，起重量受起重机稳定性的限制，起重作业的主要危险是丧失稳定而引起整机倾覆；起重机的最大起升载荷还受钢丝绳强度的制约，超载会导致钢丝绳断裂。超出安全区的操作属于违规作业。 起重机的特性曲线是进行起重作业的操作依据，应根据起重机的臂架幅度，严格控制起重量在特性曲线限制的安全区内不超载。同时，特性曲线也是起重事故分析的重要参考依据。对事故进行分析时，还应该综合考虑风力、操作速度不当所引起的惯性力、支腿支撑基础变化、臂架悬伸太长时臂端出现的弹性下挠等非起重量超载等原因，给起重机带来的实际超载影响，这些都可以借助特性曲线进行分析。 流动式起重机事故

流动式起重机区别于其他类型起重机的最大特点就是起重机的流动性。作业场所和环境多变、汽车的行驶功能和起重功能兼备以及复杂的结构，使操作难度增大。除了一般起重事故，如由吊具损坏、捆绑不当、机构故障、结构件破坏、人为等原因造成的重物坠落以及一般机械伤害事故外，流动式起重机常见事故是丧失稳定性导致的倾翻、臂架破坏、夹挤伤害，以及在转移作业场地过程中发生的交通事故等。下面仅就起重作业中，流动式起重机常见事故作一说明。 1．失稳倾翻

从理论上讲，倾翻的根本原因是作用在起重机上的力矩不平衡，倾覆力矩超过稳定力矩。从实际情况看，产生倾覆力矩的因素是多方面的，除超载、操作失误这些比较明显的原因外，还有风力、工作速度不当引起的惯性力，支腿支撑基础劣化，臂架端部的变形下挠，或其他一些随机的、不确定因素，各种因素往往交织在一起。这些非起重量超载原因的影响，使起重机实际操作的复杂性增加，给正确判断造成困难。 2．臂架破坏

臂架是流动式起重机最主要的承力金属结构，在起重作业时，承受压、弯的联合作用，在强度、刚度和稳定性方面的失效都有可能引发臂架结构破坏。变幅机构故障还会导致臂架坠落，其后果的严重程度等同于重物坠落。 3．触电

起重机在输电线附近作业时，触碰高压带电体或与之距离过近，都可能引发触电伤害。 4．挤压

受作业场地条件所限，起重机与其他设备或建筑结构物之间缺少足够的安全距离，当回转作业时，回转部分的金属结构、配重或吊载对人员造成夹挤伤害

第二单元 汽车起重机的工作原理 机械式汽车起重机的工作原理

汽车起重机的主要机构有起升机构、旋转机构、变幅机构和运行机构，以及臂架的伸缩机构和支腿收放机构。这些工作机构通常以内燃机作为原动机，传动方式有机械传动和液压传动。国外也有采用外接电源作为动力源，但不普遍。起重机的各工作机构及零部件都安装在金属结构上，金属结构承受起重机的自重以及作业时的各种载荷。

机械式汽车起重机的工作原理是操纵控制装置，通过各种机械零件（如齿轮、传动轴、离合器和制动器等）的配合运动，将原动机的能量变成各机构的运动。现以QI－5型汽车起重机为例（见图10－3）进行介绍，其传动路线是：

图10－3 Q1-5型汽车起重机传动系统

1-动力分路箱主动齿轮 2,3-齿轮 4,5-伞齿轮 6,7-换向离合器伞齿轮 8,9-动力分配箱圆柱齿轮 10-起升机构蜗轮减速箱

11-回转机构蜗轮减速箱 12-回转机构小齿轮 13-大齿圈 1．动力分路箱

动力分路箱位于变速箱和后桥之间，通过滑移齿轮离合器，将动力分为两路，一路进入后桥，驱动运行机构，实现汽车起重机的行驶功能；另一路进入上车系统，提供起重各机构的动力。该离合器只能单向结合，使运行和起重不能同时进行。 2．圆锥齿轮减速器

圆锥齿轮减速器固定在车架上，通过一对锥形齿轮将动力由下车传递到上车。 3．动力分配箱

动力分配箱通过三个牙嵌式离合器，将传递到上车的动力分配给起升机构、变幅机构和旋转机构。这三个机构可以单独工作，也可以组合工作。

4．换向机构

换向机构由爪形离合件和三个伞形齿轮构成，功能是实现上车各机构的正反方向运动。下车将动力传递给离合器的轴，伞齿轮空套在离合器轴上。当离合器分别与上下伞齿轮结合时，可以实现起升机构的升降、变幅机构的仰附、旋转机构的左右回转。

旋转机构的运动是由离合器来控制结合与分离的。当离合器结合时，由动力分配箱传入的动力经过蜗轮减速器带动小齿轮，与固定的中空大齿圈啮合，从而带动回转上车部分作旋转运动。蜗轮的力矩由极限力矩联轴器制约，当臂架触碰障碍物或由于旋转力矩过大等原因造成超载趋势时，通过极限力矩联轴器的锥形摩擦轮打滑来防止过载。制动器控制机构运动停止。

起升机构和变幅机构的工作原理相似，当各自的离合器结合时，由动力分配箱传入的动力经过蜗轮减速器带动卷筒旋转，收放钢丝绳，实现起升机构升降吊物，变幅机构使臂架变幅。

因受汽车起重机装配空间的限制，卷筒采用多层缠绕的光筒，制动器采用体积小、制动力矩大的常闭带式支持制动器，以适应汽车起重机对元件体积小、结构紧凑的要求。

液压汽车起重机

以QL2－8型汽车起重机的液压系统为例，说明其工作原理。 1．液压系统的功能

起重机的起升机构、变幅机构、旋转机构、臂架伸缩机构和支腿收放机构均采用液压传动，其原理参见液压系统图10－4。ZBD40型定量泵由装在底盘上的取力箱带动，直接从油箱中吸油，经过滤油器2，输出压力油。改变发动机的转速，可改变泵的排出油量，从而对各机构的工作速度进行调节。手动换向阀3可控制压力油的流向。联合阀4操纵上车各机构（起升、变幅、旋转和臂架伸缩机构），二联阀5操纵支腿收放。系统工作压力由溢流阀6，7控制。上车务机构的油路相互串联，可实现一个机构单独动作或几个机构的组合动作。二联阀3和主控四联阀4中的各手动换向阀都有节流作用，因而可在一定范围内实现机构运动的无级调速。

图10－4 液压系统原理图

1-泵 2-滤油器 3-手动换向阀 4-四联阀 5-二联阀 6,7-溢流阀 8-回转马达 9-变幅油缸 11-臂架伸缩油缸 10,12,14-平衡阀 13-起升卷筒马达 15-制动器 16,17-支腿油缸 18-双向液压锁 2．系统中各阀的功能及工作原理

（1）手动换向阀3是二位三通阀，用来切换油泵输出压力油的通路。当阀在左位时压力油只能进入上车系统回路；当阀在右位时，压力油只能进入下车支腿回路。

（2）主控四联阀4由4个三位四通手动换向阀（包括回转机构的阀4－Ⅰ、变幅机构的阀4－Ⅱ、臂架伸缩机构的阀4一Ⅲ和起升机构的阀4－Ⅳ）组合而成，用来控制上车各机构执行装置的换向、锁紧和调速。操纵各阀的手柄，可以使每个分阀处于三个工作位置，其中左位和右位分别控制执行装置的两个相反方向运功；中位使工作机构处于停止状态。回转机构、变幅机构和臂架伸缩机构的三个换向阀构造相同，中位都采用M型，可将油缸（或马达）两腔封死，起锁紧作用。起升机构的换向阀中位采用Y形，防止由于马达泄漏造成进油路吸空现象。

（3）二联换向阀5由两个手动三位四通阀组合而成，用于前支腿（二联换向阀5－I）、后支腿（二联换向阀5－Ⅱ）的油路换向，其结构与变幅机构的换向阀相同。

（4）溢流阀6位于主控四联阀的进油端，限制上车起升、变幅、旋转、臂架伸缩回路的最大工作压力，并保护上车系统油路免于过载。 （5）溢流阀7位于支腿油路的进油端，限制下车支腿油路的最大工作压力，并有过载保护作用。

（6）平衡阀10、12、14都采用同一结构。平衡阀10，12保证变幅和伸缩臂机构匀速运动，同时起液压锁的作用。一旦与油缸连接的管路破裂，可防止吊臂突然下落或缩回造成事故。平衡阀14保证吊载匀速下降，防止在重力作用下运动速度过快，造成事故。

现以起升机构为例，说明平衡阀的工作原理（见图10－5）。平衡阀是由单向阀1和内泄漏的远控顺序阀2组成。当手动换向阀拨至左位时，油泵输出压力油项开单向阀，无阻碍地进入油马达，马达带动卷筒旋转来起升吊载，回油经换向阀返回油箱。当换向阀拨到右位时（如图10－5所示状态），油泵输出的压力油直接经换向阀进入油马达的另一端。而马达回油无法再经单向阀1返回，必须打开顺序阀2才能将回路接通。顺序阀2的控制油路与马达进油的管路相通，这时控制管路中的高压油进入D腔。将顺序阀2中的阀杆B向左推移，打开阀杆上锥形体E处的环形通道，于是马达回油经此流出，再经换向阀返回油箱，马达带动卷筒反向旋转下降吊物。由于重力作用，吊物有加速下降并带动马达加速旋转的趋势。当马达的排油量大于油泵的供油量时，马达的进油压力减小，甚至出现负压，顺序阀2控制油路的油压也相应变化，顺序阀2的阀杆B在弹簧C的作用下，阀杆锥体E处的环形通道变小，使马达经此通道返回油箱的流量减小，直到与泵的供油量相适应时为止，从而使马达的转速（相关吊载的下降速度〕始终保持匀速。变幅机构与臂架伸缩臂机构的平衡阀则是分别在起重臂架下降或回缩时，对图10－4中执行元件油缸9和11的运动起限制作用。

图10－5 平衡阀工作原理

1-单向阀 2-顺序阀 A-阀腔 B-阀杆 C-弹簧 D-油进入腔 E-锥体 （7）双向液压锁18保证支腿油缸在伸出或缩回状态下锁紧，其构造如图10－6所示。两个液控单向阀共用一个阀体1和一个控制活塞2，而预杆（即卸行阀芯）3分别置于控制活塞两端，二者共同构成双向液压锁。当P1腔通压力油时，油液通过左阀到P2腔，同时顶开右阀，保持P4与P3腔相通；当P3腔通压力油时，油液一面通过右阀到P4腔，同时顶开左阀，保持P2与P1腔畅通。而当P1、P3腔都不通压力油时，P2和P4腔被两个单向阀封闭，执行元件（支腿油缸）被双向锁住，从而保证在起重作业时，支腿伸出支好后不因外力而自行收缩；支腿收回起重机行驶时，不因自重而自动落下。液压锁直接安装在油缸壁上，防止管路破裂引起事故。

图10－6 双向液压锁工作原理 1-阀体 2-控制活塞 3-顶杆

2．油路分析

在图10-4所示状态，各机构均不工作，各换向阀处于中位，油泵卸荷。在图10－4中循环油路为：滤油器2→油泵1→手动换向阀3→上车主控四联阀4→油箱。

（1）旋转机构回路。液压马达8通过蜗轮减速箱和开式小齿轮，与转盘上的固定内齿圈相啮合来驱动转盘。由于转盘速度较低，驱动转盘的液压马达转速也不高，不必设置马达制动回路。通过阀4－I的三个工作位置，可获得左转、停转、右转三种不同工况。

（2）臂架伸缩回路。多节臂架的伸缩由一个伸缩液压缸9控制。为防止吊臂架在自重作用下下落，该回路中串有平衡阀10。手动换向阀4－Ⅱ操纵伸缩臂伸出、停止、缩回三种工况。

（3）变幅回路。手动换向阀4-Ⅲ控制液压缸11，使起重臂幅度

变小（即仰角增大），停止变幅，幅度增大。变幅作业要求平稳可靠，因此该回路装有平衡阀12。

（4）起升回路。起升机构是起重机的最主要的机构，直接关系起重作业安全。平衡阀14的作用是防止重物下降时速度失控，但由于马达的泄漏，尽管有平衡阀，仍可能产生\溜车\现象。为此，在油马达输出轴上装设常闭式液压制动器15。 当制动器的油缸与回油相通时，借助弹簧力的作用，制动瓦抱紧制动轮锁紧马达，使吊载停止运动；当制动器的油缸与压力油相通时，压力油克服弹簧力，推动油缸活塞，给制动器松闸，使马达旋转，实现吊物升降。为避免其他机构工作导致制动器松阐发生意外，起升回路置于上车系统串联回路的最末一级。手动换向阀4－Ⅳ的中位采用Y形，其作用是在中位时，将阀的进、出油口与通往马达的进油口沟通。在制动时为油马达的回路补油，避免由于马达泄漏造成进油路的吸空现象。

（5）支腿回路。由于汽车轮胎的承载能力有限，在起重作业时必须放下支腿使轮胎悬空，行驶时则必须收回支腿，使轮胎接触路面。支腿回路由手动换向三位四通阀5控制前（二联换向阀5－I）、后（二联换向阀5－Ⅱ）共四条支腿，每条腿配一个液压缸，每个油缸上部配有一个双向液压锁，两阀串联，以保证支腿可靠地锁住，防止起重作业过程中发生\软腿\，或行驶过程中支腿的自行下落。

汽车起重机的金属结构

汽车起重机的金属结构以回转平台为界，分为上车和下车两部分。上车部分由起重臂架、人字架、配重、回转平台和起重司机室组成；下车部分由车架、汽车司机室和支腿组成。上车部分可以相对下车部分旋转。起重机的金属结构将起重机连接成一个整体，承受起重机的自重以及作业时的各种外载荷。 1．起重臂

起重臂有桁架式和箱型伸缩式两种。后者采用多节套装在一起的箱形结构，满足了起重机运行时臂架缩叠体积小，起重时臂架伸展幅度大的不同要求，成为现代流动式液压起重机的首选臂架型式。伸缩臂架结构由基本臂、伸缩臂和附加臂组成，借助人字架铰支在回转平台上，通过变幅液压油缸的活塞运动调整臂架幅度。起重作业时，在臂架平面和垂直臂架平面这两个平面上承受压、弯联合作用。起重臂必须满足强度、刚度和稳定性要求，是起重机最主要的承载构件。 2．回转平台

回转平台是上车各组成部分的支承连接平台，提供臂架的铰接点和上车各机构的运动约束，承受起升载荷和上车部分的自重，并通过旋转支承装置传递到下车部分。配重设置在与臂架悬伸相反的方向上，起平衡稳定作用。 3．车架

车架是整个起重机的基础结构，也是整机驱动装置和运行机构连

接的固定框架。车架的刚度、强度将直接影响起重机的性能。 4．支腿

支腿安装在车架上，支腿在起重机运行时收回，起重作业时伸出并支承在坚实的基础上，将充气轮胎架空，构成刚性支撑，为起重作业提供较大的支承面积，提高稳定性。

第三单元 汽车起重机的稳定性

行驶稳定性

汽车起重机兼有汽车行驶和起重两种功能，行驶稳定性是指起重机在行驶时，抗倾翻和滑移的能力；起重稳定性是指起重机在起重作业时，抗倾翻的能力。 1．纵向行驶稳定性

起重机在行驶过程中失去纵向行驶稳定性有两种情况，一是当其前轮（转向轮）的轮压为零时，无法控制行进方向，丧失操纵性；二是当后轮（驱动轮）的轮压太小或附着力不够，车轮打滑甚至车体下滑，丧失纵向行驶稳定性。其主要原因是行驶道路的坡度超过起重机的设计爬坡角，或路况太滑。 2．横向行驶稳定性

丧失横向行驶稳定性的主要表现是行驶中发生侧翻或侧向滑移。其主要原因是转弯时行驶速度过快，产生较大离心力所致。

起重稳定性

起重稳定性是指起重作业中，在最不利的载荷组合条件下，起重机抗倾覆的能力。通常需对其稳定性进行验算。 1．验算工况与载荷系数

考虑到各种载荷对稳定性的实际影响程度，在进行起重机抗倾覆稳定校核时，不同工况各载荷应分别乘以相应的载荷系数（见表10－1）。

工矿特征 自重 系数 水平惯性力(包括物品) 风力 无风静载 1 1.25+0.1A/PQ① 0 0 有风动载 1.15 1 1

突然卸载或吊具脱落 -0.2 0 0 表10一1 载荷系数

注①：A为臂架自重对臂端和臂架铰点按静力等效原则折算到的臂端重量； PQ为起升载荷。 2．倾覆线

倾覆线是指最外侧支腿或轮胎的连线（见图10－7）。对于作业打支腿的起重机，起重机前方的倾覆线是支腿与前轮着地点的连线。 起重机倾翻是沿臂架所在方向的倾覆线倾翻。在计算时，各载荷力矩等于载荷与其到倾覆线距离的乘积。

图10－7 轮胎起重机的倾覆线 1-支腿 2-轮胎 3-吊臂 4-第五支腿

Ⅰ-用支腿时的倾覆线 Ⅱ-不用支腿时的倾覆线 Ⅲ-整机重心位置 3．稳定性的计算方法

（1）力矩法。其稳定条件为： ∑M≥0

式中：∑M--包括自重在内的各项载荷对倾覆边的力矩之和，计算时起稳定作用的力矩为正，使起重机倾覆的力矩为负。

（2）利用合力轨迹（圆）校核倾覆稳定性。用一合力轨迹同时对每条倾覆边进行稳定性校核（见图10－8）。

图10－8 利用合力轨迹(圆)校核倾覆稳定性

起重机在确定的幅度下吊重回转时，所有载荷的合力轨迹是一个圆，

若合力轨迹位于支承面内，则起重机在各个方向均为稳定。当起重机下车部分重心在底架纵轴线上时，此合力轨迹圆方程为：

式中:x,y--合力作用点的坐标；

PGI--起重机下车（固定部分）的总垂直载荷； PGO--起重机上车的总垂直载荷； PG--起重机的总垂直载荷；

e--起重机的下车重心在底架纵轴线上的坐标；

R--起重机上车的总垂直载荷作用重心的回转半径； M'--垂直于臂架平面的侧向倾覆力矩。

无论用哪种方法计算，计算中载荷须根据不同工况的各载荷乘以相应的载荷系数。 4．起重机作业区

根据起重机的稳定性，可对作业范围进行划分。起重机应按制造厂明确规定的作业范围进行作业。

起重机用支腿作业时，从俯视角度按行驶方向，以回转中心为原点通过支腿中心的射线为界限，划分为前方、后方、左右侧方四个区，汽车起重机作业区主要包括侧方和后方，其稳定性后方大于侧方（见图10-9a）。轮胎起重机、履带起重机作业区一般包括侧方、后方和前方（见图10－9b）。

图10－9 流动起重机的作业区

(a)不用支腿作业时的方位区 (b)用支腿作业时的方位区

第四单元 流动式起重机的安全管理 安全技术检验

解决流动式起重机安全问题应该从设备和使用两个环节入手。通过对起重机的安全检查和监管来保证设备的安全状态；在使用环节，加强对人员的安全培训与考核，制定安全操作规程，通过技术手段来

化解遗留风险。 1．技术资料审查

技术资料审查包括产品合格证，验收资料（安全技术档案，使用许可证等），安装、使用、维护说明书，历次检查试验记录，人员、设备事故记录等。 2．载荷试验检查

通过无负荷试验、静载试验、动载试验，检查起重机金属结构和连接的承载能力、主要零部件的性能，以及是否报废、工作机构的性能及运转、电气系统和液压系统工作情况等。 3．安全防护装置及措施

按规定装设的安全装置应该齐备（见表10－2），性能可靠，信号灯和警示安全标志醒目、清晰；起重特性曲线或起重性能表牌应配备在司机室内，便于操作人员使用。

序号 1 汽车起重机 起重量＜16t,宜装 2 起重量≥16t,应装 应装 应装 起重量≥16t,应装 5 6 7 8 9 10 应装 应装 应装 应装 应装 应装 应装 应装 应装 应装 应装 应装 应装 轮胎起重机 应装 履带

3 4 应装 应装 表10－2 流动式起直机的安全装置

使用安全技术管理

除了起重机通用的操作技术外，流动起重机还应针对自身特性，制定相应的安全规程。 1．起重作业前的准备工作

（1）了解作业环境，平整作业场地，清除障碍物，确定搬运路线。在阴暗或夜间条件下作业，应对照明给予充分注意，保证司索工和起重机司机能清楚地观察操作场地情况。

（2）划定作业危险区域，必要时，应加临时围栏或设置警示标记。危险区域范围可考虑以下几个因素：起重机、臂架和配重的可能移动（回转）范围，吊载意外坠落可能涉及的范围。

（3）作业场地的地面应坚实，不得下陷；松软地面应在支腿下垫上木板或枕木。支腿伸出垫好后，起重机应保持水平。

（4）对使用的起重机和吊装工具进行安全检查。必要时，作无负荷运转检查。安全装置、警报装置、制动器等必须灵敏可靠。

（5）在高压线附近作业，事前应向电业管理部门了解情况，研究安全对策。

2．起重作业操作要求

（1）控制起重的工作幅度和臂架仰角，起吊前调整好幅度，尽量避免带载变幅，起吊重物时不准落臂。严格按起重机的特性曲线限定的起重量和起升高度作业。操作人员必须遵守\十不吊\，严禁超载。 （2）起重机带载回转要平稳，特别是在接近额定起重量时，防止快速回转的离心力或突然回转制动，引起吊载外偏摆，增大工作幅度，造成倾翻事故。在旋转时，无论周围是否有人，都要鸣笛示警。 （3）流动式起重机的稳定性是后方大于侧方，在从后方向侧方回转时，要注意控制转速，防止倾翻。汽车起重机应尽量避免在前方作业。

（4）注意支腿基础情况，防止垫块破坏或基础下沉而造成起重机倾翻。严禁带载荷调整支腿，如需调整支腿，应将重物落地后方可进行。

（5）司机在物品处于悬吊状态时，不准离开司机室，必须把起重物落到地面，方可离开。

（6）了解当天的气象情况，对瞬时大风和风向给以关注。大幅度作业、回转或物品起升较高时，要注意风力和风向的影响。风力6级以上须停止作业。

（7）汽车起重机不许吊载行走。轮胎起重机和履带起重机可在允许小起重量范围内带载移动，臂架一定要处于行驶前方。行驶时要锁紧旋转装置，路面要平整坚实，根据路况选择档位低速行进，避免急刹车，防止吊重摆动。 （8）在高压输电线附近作业应安排专人监看，禁止越过电线吊拉。起重机任何部位与输电线的最小距离应不小于表10－3的规定。一旦触电要控制起重机及时脱开电线，司机应双脚跳离起重机，防止跨步电压电击。

输电线路电压U/KV ＜1 1～35 ≥60 最小距离/m 1.5 3 0.01(U-50)+3 表10－3 与输电线最小距离

中大吨位汽车起重机液压系统设计

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2008年4月1日

通过对大吨位汽车起重机液压系统性能的分析研究，针对不同用户群，设计了负荷敏感手动比例控制和电比例控制2套液压系统，可较大程度满足用户的需求。 1、大吨位汽车起重机液压系统的特点

汽车起重机液压系统一般由上车和下车2个液压系统组成。上车液压系统一般由起升、变幅、伸缩、回转、控制5个主回路组成。起升液压系统的要求是：具有规定的提升能力和提升速度；工作平稳，尤其重物下降时，应能防止由于载荷的自重导致超速降落；微动性能好，防止载荷就位时发生冲击。变幅液压系统的要求是能带负载变幅，变幅动作平稳可靠；由于落臂时与负载运动方向一致，有自动增速的趋势，要采取限速措施。吊臂伸缩液压系统的要求是：吊臂作业时，伸缩液压缸不能缩回，带载回缩时，伸缩油缸不能超速缩回，所以也要有限速措施，设置平衡阀组成平衡回路。大吨位汽车起重机一般采用5节及以上伸缩臂，对于5节伸缩臂的伸缩液压系统，国内一般采用同步或顺序加同步的伸缩方式，当采用2级油缸时，上下两油缸实现内部沟通，一般采用插装式平衡阀；对于具有5节以上伸缩臂的液压系统，多采用单缸插销伸缩机构，这种伸缩机构自重轻，能大幅提

高起重机的起重性能，能有效地控制整机的重量，通过采用多油口和多平衡阀的油路来提高伸缩的效率。回转液压系统的要求是：回转平稳，通过自由滑转功能来实现吊重的自动对中，从而有效防止侧载的产生。操纵、控制系统主要有3种形式：机械式操纵是汽车起重机最简单、最广泛使用的一种操纵方式；液控比例操纵系统使操作性能得到了很大的提高；而最有发展前途的还是电控比例操纵系统，借助于计算机技术和可编程技术，汽车起重机将向智能化发展。 下车液压系统主要是支腿油路，液压支腿在起重机工作时，支承整机和外载荷重量，要求安全可靠，作业时不能发生支腿自缩现象。为了提高效率及整机调平需要，各支腿液压缸既可同时伸缩又可单独伸缩。 2、两种液压系统设计方案

2.1 负荷敏感手动比例控制液压系统（见图1） 该方案上车液压系统采用负荷敏感手动比例控制系统，主操纵阀为具有负载压力补偿功能的多路换向阀。这种多路阀内具有负载压力检测通道，经过内部梭阀相互连通，将负载压力信号传递到压力补偿阀，压力补偿阀借助于调节弹簧使泵口与阀出口之间的预定压降保持恒定，于是由阀芯位置决定的油液流量始终恒定流向出口，使执行元件的运动速度保持不变，而与负载压力无关。主泵采用定量齿轮泵，主卷

扬采用双泵合流，提高了提升速度。整个系统采用国产元件，成本降低，具有较高的性价比。

图1：负荷敏感手动比例控制液压系统原理图

2.2 电比例控制液压系统（见图2）

该方案上车液压系统采用电比例控制的负载反馈多路换向阀控制系统，主操纵阀为负载敏感式电比例多路换向阀。主泵为变量泵，当泵出口压力与负载压力之间的压差产生变

化时，通过负载反馈口来改变变量泵的配油盘倾角，从而改变泵的排量。采用恒功率变量泵控制方式，通过负载反馈使泵的压力、流量自动调节到最佳，使控制性能和节能效果大为提高。采用电比例控制阀，先导阀手柄移动的角度与输入电流成正比，主操纵阀的阀芯开口位移与先导阀输入电流也成正比，所以整机具有良好的微动性。系统主要元件采用进口，具有较高的性能和可靠性。

图2：负荷敏感电比例控制液压系统原理图

3、液压回路

上述2种液压系统的基本回路及主要功能相似，因此下面以负荷敏感手动比例控制液压系统为例，说明液压回路的主要功能（见图1）。 3.1 回转油路

扳动上车操纵阀9的回转联到回转位置，回转马达13两工作口油路通过上车操纵阀9回转联与回油路沟通，该回转油路具有自由滑转功能，按下自由滑转控制开关使回转制动控制电磁阀球阀10通电，打开回转制动器，回转马达13两工作口油路通过上车操纵阀9的回转联与回油路沟通，使整个上车部分处于浮动状态，吊臂在钢丝绳拉动下自动摆向重物的重心上方，从而保护吊臂不受侧载。可随时踩下回转阀11解除自由回转。 3.2 主、副起升油路

主、副起升机构采用内藏式定量马达，体积小、转矩大。主、副卷扬的制动器均为常闭式，当操纵控制主、副起升的手柄时，主油路压力油通过上车操纵阀9进入主、副卷扬马达24、22，同时电磁球阀10通电，控制油开启卷扬制动器，进行正常的起升或下降动作。

当手柄回中位时，主油路压力油从上车操纵阀9返回油箱1，处于卸荷状态，电磁阀球阀10断电，使得卷扬制动器

中的压力油在制动弹簧的作用下通过泄油路回油箱1，制动器在弹簧的作用下处于制动状态。

主、副起升油路中的起升平衡阀25、23可以有效防止重物在下放过程中产生失速现象，保证重物下降速度平稳可靠，提高了安全性能。 3.3 变幅油路

变幅油缸20为双作用液压缸，变幅油缸上安装有变幅平衡阀21，变幅油缸回缩时，只有当上腔液压油达到一定压力时，油缸下腔的油才能回油箱，实现变幅下落，从而保证变幅下落时起重臂的稳定作业。 3.4 伸缩油路

伸缩回路有2个液压缸：液压缸Ⅰ（件15）的活塞杆与基本臂铰接，而其缸体铰接于第2节臂；液压缸Ⅱ（件19）的缸体与第2节臂铰接，而其活塞杆铰接于第3节臂。其中液压缸Ⅰ用于控制2-5节臂与1节臂的相对伸缩，液压缸Ⅱ用于控制3-5节臂之间的相对伸缩。电液换向阀16用于缸Ⅰ与缸Ⅱ之间的运动切换。 3.5 支腿油路

通过操纵支腿操纵阀31来控制5个支腿油缸的伸缩，每个支腿油缸都带有液压锁30，用来保证支腿油缸不会因操纵阀的中位泄露回缩。第5支腿33上带有压力传感器32，当超

载时，压力传感器将发出信号使电磁球阀8换向，将上车操纵阀9的主安全阀打开，使上车的所有动作失效。 3.6 冷却油路

该系统具有自动冷却功能，油箱内装有温度传感器。该传感器一旦检测到油箱内的油液温度上升到设定温度，电磁球阀5通电，使节流阀6换向，使部分油进入冷却器7，对系统进行冷却。如果油液温度低于设定温度，电磁球阀5断电，使节流阀6回位，系统不再冷却。

自升式爬模研制与应用

周 宇 钱兴喜

摘要：三峡工程永久船闸地下榆水系统竖井多且高，混凝土施工难度大，自升式爬模作为一种新型的施工手段，使用效果良好，具有较大的实用价值。 关键词：竖井；自升式爬模；研制；应用；三峡工程

1 概况

三峡工程永久船闸地下输水系统竖井数量多、井身高，体形复杂，工期紧，断面尺寸大小不同的36条竖井呈南中北3条线，分6级水平对称布置。 竖井高度最大为91.65m，最低54.55m，除少数竖井衬砌后伸出地面外，其余皆为埋藏式，外伸段最高约32m。

竖井混凝土衬砌总量约20万m，钢筋约2万t，施工从1999年3月开始，要求2001年9月全部结束，工期为两年半。时间紧，任务重，施工干扰大，如何多快好省地进行施工，资源的合理配置特别是模板的选型设计显得尤为重要，竖井施工能否按期完成直接制约着金结安装的进行，从而影响到整个工程的进展情况。

由于竖井数量较多，且各具特点，在竖井混凝土施工中配置了多种模板形式，自升式爬模作为其中的一种，在使用中体现出了较大的优越性，具有

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自身独到之处。

2 结构特点及工作原理

2.1 结构特点

自升式爬模主要由模板、井架、中部平台、下部平台、支腿、脱立模撑杆及液压系统组成。模板浇筑层高3.3m。

(1)模板分角模和直边模。角模由钢板制作成一体，直边模由标准小钢模与骨架组合而成，标准模板主要选用P3018和p6018，模板间用U型卡扣紧，骨架用8#槽钢制作而成，模板与骨架用螺栓相连。模板高3.6m，与下部成形混凝土搭接30cm。模板通过撑杆与井架连为一体。 分为4层，用型钢制作后连为一体，为解决部分施工材料由井底往上吊运的问题，在井架中部留空；当钢筋等从井口由上往下吊运时，则把井架封闭，作为堆放钢筋等材料的平台。大井井架为，分成几块制作，现场拼装成整体，接头用螺栓井架由于形体尺寸较小，重量较轻，可做成一整于中层平台上，用螺栓相连。

下层平台用油缸相连，支腿固定于平台端部，可缩，支腿外伸后置于井壁预留孔内。

系统由泵站、液压油缸及管路组成。油缸中部铰程达2m，两端分别与中下层平台相连。为便于操阀门井模板配置了4个油缸及1个泵站，水泵井板各配置2个油缸并共用1个泵站。油缸每次伸分两次完成整个升模过程。

坡而言，每个阀门井由工作阀门井、水泵井及上

A--水泵井 B一检修井 C一工作阀门井

1个组成，各井模板自成一体，可单独进行爬升。

1一角模 2一模板 3一井架 4一

井爬模结构布置见图l。 理

爬模运行步骤主要分为脱模、升模、校模三个过程。

(1)脱模 脱模前把模板与井架之间的固定支撑拆除，然后利用手动撑杆把模板拉离混凝土面约5cm。脱模时，先脱角模，然后再脱边模。 (2)升模 升模前检查各部位有无卡阻现象，清除相关障碍物，承力支腿

图l 爬升模板布置图

应伸人孔内一定长度，确保稳定受力。升模时，下层平台先不动，把中层平台支腿水平内收离开混凝土面，开动液压泵站让油缸带动中层平台、模板及井架向上顶升1.65m，把中层平台支腿外撑人预留孔内承力，然后把下层平台支腿内收脱离井壁，油缸回油把下层平台往上提升1.65m，到位后把支腿外撑固定，完成一半升模。重复前面步骤即可完成整个3.3m的升模过程。爬模爬升工作原理见图2：

液压系统工作压力为16MPa，额定流量37L/min，功率11kW。油泵、电机及各种控制阀集中布置于泵站上，采用多路换向阀进行方向控制，换向操作方便可靠；为便于装拆，管道皆采用高压软管连接。多路换向阀每联控制一只油缸，当需要几支油缸同步运行时可把多路换向阀同时打开，油缸同时上升；当每只油缸上升不同步，需单独进行调整时，可把其余控制阀关闭后进行微调，待处于同一水平高程后再同步上升。在爬升过程中，各井位油缸应同步运行，高差不允许大于10cm，若超过则应及时调整，防止同步误差过大造成模板倾斜、受力不均及卡塞。液压系统工作原理见图3。

图2 爬升运行原理图

l一井架 2--模板 3一撑杆 4－预留孔 中层平台 6一油缸 7一下层平行台 8一支腿

图3 液压原理图

l一油缸 2--多路换向阀 3一油阀 45一压力表 6--调速阀 7一油箱 滤

(3)校模 模板爬升就位后根据测量控制基准进行校模。对于模板垂直度的调整，利用油缸进行局部微调把中层平台调整水平，把支腿垫平稳；模板形体尺寸利用手动螺旋丝杆进行涧整。各部调校平直后把模板与井架之间的固定支撑上牢、上全，防止浇筑时模板局部发生变形，影响混凝土成形质量。

3 施工实践

自升式爬模自1999年9月12日第一套投入竖井混凝土施工以来，相继又有9套投入使用，爬模不仅用于南北坡，还用于中隔墩，是用于竖井混凝土施工的几种模板形式中数量最多的。从使用效果来看，自升式爬模具有以下特点：

(1)液压爬升，无需起吊设备；

(2)操作简单，安全可靠，脱、立模快；

(3)整体性好，浇筑速度快，混凝土体形易保证。

自升式爬模带有液压系统，虽然一次性投入成本稍高，但由于脱立模无需吊机，节省了大量人力物力，加之施工速度快，综合成本反而较低。在竖井混凝土施工中，虽然钢筋密集，振捣、布料十分困难且需处理少部分欠挖，但自升式爬模还是创造了每月浇筑6层高19.8m的好成绩。

表1为自升式爬模技术经济分析，以南北坡阀门井为例，平均高度以70m计。

3 施工实践

自升式爬模自1999年9月12日第一套投入竖井混凝土施工以来，相继又有9套投入使用，爬模不仅用于南北坡，还用于中隔墩，是用于竖井混凝土施工的几种模板形式中数量最多的。从使用效果来看，自升式爬模具有以下特点：

(1)液压爬升，无需起吊设备；

(2)操作简单，安全可靠，脱、立模快；

(3)整体性好，浇筑速度快，混凝土体形易保证。

自升式爬模带有液压系统，虽然一次性投入成本稍高，但由于脱立模无需吊机，节省了大量人力物力，加之施工速度快，综合成本反而较低。在竖井混凝土施工中，虽然钢筋密集，振捣、布料十分困难且需处理少部分欠挖，但自升式爬模还是创造了每月浇筑6层高19.8m的好成绩。

表1为自升式爬模技术经济分析，以南北坡阀门井为例，平均高度以70m计。

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