第1434期- 簡介移動式吊車的抗風(以EN13000為例)

移動式吊車的使用時,風力無疑是風險的主要來源之一。根據起重升降機具安全規則[1]第40條之四:「因強風、大雨、大雪等惡劣氣候,致作業有危險之虞時,應禁止工作。」而所謂強風,一般現場均以行政院勞工委員會(89)台勞安二字第0042784號函指:「十分鐘的平均風速達每秒十公尺以上者為強風」來認定。但簡單的以此來認定移動式吊車抗風的安全性,是否真的一定足夠?雖然日本的移動式吊車(如KATO、TADANO)採用10m/s作為吊車能使用之最大風速。但其他地區並不一定如此,如查閱歐洲系列移動式吊車的規格(如Liebheer),其運轉建議的風速則僅為9m/s。

基本上風力分為平均風速(mean wind speed)與最大陣風(wind gust)。所謂平均風速係指高度10m處,10分鐘的最大平均風速而言。最大陣風(gust)則指歷時3秒鐘的最大平均風速。基本上歐洲吊車依循EN13000[2]的規定。由於風速是隨著地面的高度而增加,EN13000保守的以吊車最高點的最大陣風,來計算全部吊車所需承受的風力,或至少以每10m間隔精確計算吊臂所承受之風力。

如果沒有最大陣風的資料,可以平均風速來推估,其公式為:

v(z)=[(z/10)0.14+0.4]×1434-6-2 (公式1)

所以由公式1,當z=10m時,v(z)=1.41434-6-2,其中1434-6-2是平均風速,v(z)是最大陣風。由於氣象預報風速為10m高的風速,因此由公式1計算設計風速與預報風速的係數計算如表1。例如預報平均風速為10m/sec時,100m高之設計風速為17.8m/sec;而預報最大陣風風速為10m/sec時,100m高之設計風速為12.7m/sec。

另外,設計的風力等於風壓力乘以受風面積,風壓力等於q=1/2×ρ×v2,ρ是空氣密度=1.25kg/m3,所以q=0.625×v(z)2,受風面積(Aw)則等於吊車含吊荷物投影於風力方向的面積(Ap)乘以阻力(抗)係數cw。阻力係數(wind resistance factor)又稱風阻(drag coefficient),與物件的外型有關,一般取1.2作為風阻值。

檢查吊車所能承受之風荷重時,有一個很重要的先決條件因素是,受風面積與吊荷總重量(mh)的比值,基本上不能超過 1.2 m2/t,超過時應按比例折減其運轉允許之風速,才算正確[3]。

舉例來說,一吊荷物重85t,阻力係數1.2,吊車之受風投影面積50m2,所以其受風面積為50×1.2=60m2,所以其受風重量比為60/85=0.7 m2/t這值小於1.2,因此查吊車型錄[4],其最大運轉之風力為9m/s,因此可以在9m/s以下之風速吊運。

另外,假設吊荷物重65 t,阻力係數1.4,吊車之受風投影面積200m2,所以其受風面積為200×1.4=280m2,所以其受風重量比為280/65=4.31 m2/t這值大於1.2,因此必須比例折減其所允許之風速。其計算方式有查表的方式[3]或按比例直接加以計算。其計算方式如下:

假設原廠建議之風速為11.1m/s,根據EN13000風壓力P=0.625×v(z)2

按比值1.2來說,為方便了解,用120m2面積,吊荷100t來做比例換算

(280/65)× 0.625×v(z)2=(120/100)×0.625×(11.1)2

v(z)=5.86 m/s

整理以上結果可得v(z)=Vmax×√(1.2 mh /Aw)=11.1×√(1.2×65/280)

有鑑於風力發電等的需求,越來越多時候必須在較大風速時,吊裝風機的各相關部件。因此像德國Liebheer公司在自家吊車控制軟體上,開發了不同風速下,吊車的吊荷能量能即時用軟體計算後,在控制螢幕上顯示。同時也詳細提供了吊臂各階段要求最大風速,於使用手冊中,可供使用時翻閱確認。但對於面積重量比,則必須要求由操作人員於吊荷前,人工加以確認。

所謂各階段風速,德國Liebheer公司在操作手冊上,分為三個階段:安裝階段、旋轉以及使用階段。以該公司750t級吊車為例,安裝59.5m副吊臂,這三階段的最大陣風速依序為8.9、13.3及16.8m/s。使用時均須隨時注意,才能保障其安全性。

參考文獻

1.「起重升降機具安全規則」。勞動部,民國109年8月。

2.「Cranes-Mobile cranes」BS EN13000,2004.

3.「Influence of wind on crane operation」Training documents, Liebheer-Werk Ehingen Gmbh company,2017.

4.吊車型錄「liebherr-technical-data-sheet-mobile-crane-178-ltm-11200-9-1-t-178-05-defisr」, Liebheer-Werk Ehingen Gmbh company,2011.

5.吊車型錄KATO SR-700L等。

表1 設計風速與預報風速的係數

高度

平均風速

最大陣風

10

1.400

1.000

20

1.502

1.073

30

1.566

1.119

40

1.614

1.153

50

1.653

1.181

60

1.685

1.204

70

1.713

1.224

80

1.738

1.241

90

1.760

1.257

100

1.780

1.272

110

1.799

1.285

120

1.816

1.297

130

1.832

1.309

140

1.847

1.319

150

1.861

1.329

160

1.874

1.339

170

1.887

1.348

180

1.899

1.356

190

1.910

1.364

200

1.921

1.372

 

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