起重机检验中缓冲器选型问题的分析和探讨

施育峰

（江苏省特种设备安全监督检验研究院张家港分院，江苏张家港215600）

起重机检验中缓冲器选型问题的分析和探讨

施育峰

（江苏省特种设备安全监督检验研究院张家港分院，江苏张家港215600）

分析了起重机检验中遇到的起重机缓冲器选型问题，基于检规标准要求推导了缓冲器容量和缓冲器行程的计算公式，以实际案例计算了缓冲器选型中所需的参数，为实际工作提供了理论依据。

起重机；缓冲器；缓冲器容量；缓冲行程

在起重机运行过程中，当运行机构运行到终端或者接触相邻起重机时，自动减速装置会首先使起重机减速以免发生剧烈碰撞而造成设备损害和安全事故。而有时因起重机运行机构速度过快或行程开关失效，起重机运行机构仍然会以一定速度冲向止挡，此时缓冲器成为碰撞前的最后一道屏障。良好的缓冲器保护可以达到减缓冲击，防止安全事故的目的。本文通过实例对常见缓冲器类型进行分析，由推导计算判断缓冲器选型的问题，为实际工作提供了指导和理论依据。

1 缓冲器的种类和原理

（1）实体式缓冲器。主要是橡胶和聚氨酯缓冲器。橡胶缓冲器以橡胶体作为其缓冲材料，因为其吸收能量较少，一般仅用于速度较低的场合。聚氨酯缓冲器结构与橡胶缓冲器类似，该材料的微孔构造使其工作过程类似于一个带空气阻尼的弹簧，其缓冲容量可以随着碰撞速度提高而加大。实体式缓冲器结构简单，造价低廉，工作可靠而且不产生火花，在目前起重机上被广泛采用。图1为常用的法兰盘型聚氨酯缓冲器。

图1 法兰盘型聚氨酯缓冲器

（2）弹簧缓冲器。以弹簧作为其缓冲材料，可以储存较大的能量，且结构简单，维修方便，因此也得到较多应用。图2为一种端部安装式弹簧缓冲器。

图2 端部安装式弹簧缓冲器

（3）液压缓冲器。依靠液压阻尼对作用在其上的物体进行缓冲减速至停止，缓冲器被压缩的过程是通过活塞挤压液压油做功的过程，这一过程可以消耗大量的动能，起到缓冲作用。液压缓冲器缓冲状态平稳可靠，缓冲效果良好。图3为一种普通的起重机用液压缓冲器。

图3 起重机用液压缓冲器

2 缓冲器检验中的标准依据

目前针对缓冲器的标准条款主要有以下几条：

（1）TSG Q7016-2016《起重机械安装改造重大修理监督检验规则》C11.7：检查在轨道上运行的起重机的运行机构、起重小车的运行机构及起重机的变幅机构等均是否装设缓冲器或者缓冲装置（缓冲器或者缓冲装置可以安装在起重机上或者轨道端部止挡装置上）。

（2）GB 6067.1-2010《起重机械安全规程第1部分：总则》9.2.10：在轨道上运行的起重机的运行机构、起重小车的运行机构及起重机的变幅机构等均应装设缓冲器或缓冲装置。缓冲器或缓冲装置可以安装在起重机上或轨道端部止挡装置上。

（3）GB 6067.5-2014《起重机械安全规程第5部分：桥式和门式起重机》4.3.6：有防爆要求的起重机缓冲器应选用符合JB/T 10833规定的聚氨醋缓冲器或符合JB/T 8110.2规定的橡胶缓冲器。

（4）GB/T3811-2008《起重机设计规范》6.3.5缓冲器应按碰撞动能及最大碰撞力，并考虑缓冲行程来选用，允许的最大减速度为4 m/s2.

（5）GB50278-2010《起重设备安装工程施工及验收规范》3.0.14：同一跨端轨道上的车挡与起重机的缓冲器均应接触良好。

通过这些检规标准可以看出，目前现行的检规对起重机缓冲器的安装要求并不是很多，日常检验中也仅为外观检查和动作试验，而对起重机缓冲器的选型是否正确则一般没有涉及。在日常检验中，经常可以看到随意配搭缓冲器的情况，有些大型起重机配装小块缓冲器，这给起重机的日常运行造成了一定的安全隐患。

3 缓冲器的选用和计算[1-3]

一般缓冲器的选用参数主要考虑缓冲器的缓冲容量和缓冲行程。

本文以某单位132/32 t起重机为例计算缓冲器的选用，图4为该起重机示意图，起重机总重量为200 t，大车重155 t，运行速度70 m/min；钢丝绳起吊重物，大车两侧各安装2只缓冲器。

图4 示例起重机示意图

3.1 缓冲器的缓冲容量计算[1-3]

起重机在接触缓冲器后的缓冲过程中，其动能主要由缓冲器吸收，因此其缓冲过程的公式可简化为：

式中：m为起重机的质量；V0为碰撞时起重机的初速度；n为起重机缓冲器的数量；E为单个缓冲器的缓冲容量。

根据《起重机设计规范》的要求，计算缓冲容量时，关于初速度的选取有如下要求：

（1）对于无自动减速装置和限位开关者，碰撞时的速度大车取85%额定速度，小车取额定速度。

（2）对于有自动减速装置和限位开关者，按减速后的实际碰撞速度计算，但不小于50%额定运行速度。

（3）在计算碰撞载荷时，对于装有导架以限制吊重摆动的起重机，要将吊重考虑在内，对于吊重能自由摆动的起重机，则不考虑吊重所具有的动能。

具体到图4示例额起重机计算实例，计算结果如下：

碰撞初速度按照50%额定运行速度选取

V0=35 m/min=0.583 m/s

故

根据所计算出的能量，单支缓冲器的容量需大于17.01 kJ，然后参考缓冲器型号表来选取符合容量要求的缓冲器。

3.2 缓冲器的缓冲行程计算[1-3]

3.2.1 缓冲行程计算推导[1-3]

缓冲器压缩的过程中，其缓冲过程的能量公式，根据其压缩行程，可表述为以下公式：式中：A为缓冲器吸收的起重机动能；p为缓冲力；s为缓冲器的缓冲行程。

缓冲器所吸收的起重机动能A取决于缓冲力p随缓冲行程s的变化。根据缓冲行程的变化，弹性缓冲器的缓冲力会发生变化，为方便计算，引入缓冲器特征系数k，可按平均缓冲力代入计算。

根据能量守恒定律，由式（2）得出能量方程式如下：

由牛顿第二定律得pmax＝mamax，代入式（3），最终得到以下公式：

式中：pmax为最大缓冲力；amax为最大允许减速度。3.2.2案例计算[1-2]

根据《起重机设计规范》的要求，为使缓冲载荷不至于过大，对缓冲器最大允许减速度做出了要求，最大允许减速度amax=4 m/s2.而缓冲器特征系数k的选取，可参照缓冲器厂家的缓冲力特征曲线来取值。一些技术文献也对特征系数k有过描述。

本文选取文献[2]中关于缓冲器特征系数k，参见表1.

表1 缓冲器特征系数

具体到案例计算中，如选用弹簧缓冲器：

如选用液压缓冲器，取k=1.2

根据上述计算寄过，由表1可知，聚氨酯缓冲器和橡胶缓冲器所需的缓冲行程是最大的，因此在满足同等缓冲条件下，聚氨酯缓冲器和橡胶缓冲器的尺寸也更大。无论从安全缓冲角度还是缓冲器尺寸角度考虑，缓冲行程的数值在起重机缓冲器的选型中均十分重要。

4 起重机缓冲器选型中其他问题的分析思考

除了需要满足本文上述条件外，在起重机缓冲器选型中也应考虑实际使用工况和缓冲器的造价。

比如在露天、高温等恶劣使用环境下一般不适宜使用橡胶缓冲器和聚氨酯缓冲器。弹簧缓冲器一般不宜用于高速运行的起重机上，以免其在压缩后会将能量反弹给起重机，使起重机朝相反方向运动。

总之，在起重机缓冲器选型中，除了要考虑缓冲容量、缓冲力、缓冲行程等因素以外，也要从多方面综合考虑。目前根据TSG Q7014-2008《起重机械安全保护装置型式试验细则》，起重机缓冲器并未纳入法定强制型式试验范围，这使得市面上的缓冲器质量出现了良莠不齐的情况，很多产品也并不符合相关国家标准的要求。在起重机缓冲器的检验中需要多加注意，严格核查，筑牢起重机运行的这道重要安全防线。

[1]全国起重机械标准化技术委员会.GB/T3811-2008，《起重机设计规范》释义与应用[S].北京：中国标准出版社，2008.

[2]徐洪泽，苏冬.起重机缓冲器允许减速度的确定[J].起重运输机械，2003（12）：24-26.

[3]成尖端.门式起重机碰撞缓冲器的选型与设计计算[J].铁道货运，2009（2）：43-45.

Analysis and Discussion on the Type Selection of the Buffer in the Inspection of the Crane

SHI Yu-feng
（Zhangjiagang Branch of Jiangsu Province Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute，Zhangjiagang Jiangsu 215600，China）

The article studies on choosing the buffer during inspecting crane，deducing the calculating formula of buffer capacity and buffer stroke based on inspection standard，and calculating the parameter for choosing buffer by actual cases.Thus，it provides the theoretical basis for the practice.

crane；buffer；buffer capacity；buffer stroke

TH21

A

1672-545X（2016）11-0036-03

2016-08-30

施育峰（1982-），男，江苏张家港人，本科，工程师，主要从事特种设备安全监督检验工作。