《土方机械安全：挖掘装载机的要求》解读

　　摘要：根据中国国家标准化管理委员会“2006年制修订国家标准项目计划”项目编号20068657-Q-604项，由天津工程机械研究院等单位组成标准起草小组，负责制定强制性国家标准《土方机械  安全  第4部分：挖掘装载机的要求》。本次制定的《土方机械  安全》强制性国家标准共有13项，挖掘装载机的安全要求属于其中第四项内容。标准起草小组按GB/T 1.1—2000和GB/T 20000.2—2001的规定，结合我国国情，修改采用ISO 20474-4:2008，编制了强制性标准GB 25684.4《土方机械  安全  第4部分：挖掘装载机的要求》。通过条文强制性规定，将全面提升我国挖掘装载机产品的水平，增强我国挖掘装载机产品的国际竞争力。

　　随着挖掘装载机行业的发展，世界各国对挖掘装载机的安全、环境保护、人类工效学等方面越来越重视。据统计，2009年全球挖掘装载机产量约10万台，中国近3年每年以50%以上的幅度在增长，2010年初步统计为2 500台。从近年的发展来看，未来国内挖掘装载机的市场年销量将有望达到10 000台左右。但我国挖掘装载机在安全防护、噪声、排放、人类工效学等方面与世界制造强国还有较大的差距。2008年国际上发布了ISO 20474-4:2008《土方机械  安全  第4部分：挖掘装载机的要求》［1］，该标准规定了挖掘装载机应用时的安全要求。而我国挖掘装载机安全标准还是空白，因此，亟需制定此类标准，全面提升我国挖掘装载机产品的水平，提高我国挖掘装载机的国际竞争力。

　　我国强制性标准是在一定范围内通过法律、行政法规等强制性手段加以实施的标准，具有法律属性。根据《中华人民共和国标准化法》等法律，对“保护人体健康和人身财产安全的要求”应制定为强制性标准。因此，根据我国国情及行业技术水平，修改采用ISO 20474-4:2008，删除或用适合我国的技术要求代替了“特定国家和/或区域的强制性规定”，制定强制性标准GB 25684.4—2010《土方机械  安全  第4部分：挖掘装载机的要求》（以下简称“本标准”）。本文主要对本标准的制定、强制性条款及其同ISO 20474-4:2008的差异进行详尽分析和探讨。

　　1  标准制定过程

　　根据中国国家标准化管理委员会“2006年制修订国家标准项目计划”项目编号20068657-Q-604项，由天津工程机械研究院与其他7家主机制造商组成标准制定工作组，负责制定强制性国家标准《土方机械  安全  第4部分：挖掘装载机的要求》。这次制定的《土方机械  安全》强制性国家标准共有13项，挖掘装载机的安全要求属于其中第四部分内容。本标准历时3年，起草了7稿，最终于2009年12月在全国土方机械标准化技术委员会标准审查会上对该项标准的送审稿通过审查，按会议审查意见修改为标准报批稿并上报。

　　2  GB 25684.4强制性国家标准简介

　　本标准规定了GB/T 8498《土方机械  基本类型  识别、术语和定义》［2］定义的轮胎式和履带式挖掘装载机的安全要求。

　　本标准与GB 25684.1《土方机械  安全  第1部分：通用要求》［3］合并使用，特定要求优先于GB 25684.1的通用要求。例如：GB 25684.1规定“最小活动空间应按ISO 3411:2007［4］的规定”。而本标准对配备伸缩式后车窗的挖掘装载机进行了特殊规定，即：当后车窗缩进司机室内测量时，在SIP（座椅标定点）以上司机室的高度不应小于920 mm。则配备伸缩式后车窗的挖掘装载机应符合本标准的规定，而不是GB 25684.1。

　　本标准规定了本范围的土方机械在制造商指定用途和预知的误操作条件下应用时，与其相关的所有重大危险、危险状态或危险事件。并规定了在使用、操作和维护中消除或降低重大危险、危险状态或危险事件引起的风险的技术措施。本标准不适用于在本标准实施前制造的机器。

　　本标准引用了13项已转化为我国标准的ISO/TC 127国际标准。本标准的第4章规定了挖掘装载机保护结构、司机操作装置、报警装置和稳定性的安全要求。其中的4.2（保护）、4.3.2（司机的操纵装置）、4.3.3（司机座椅）、4.4（报警装置）、4.5（稳定性）和4.6（行驶和运输）为强制性的，其余为推荐性的。

　　3  本标准强制性条款解读

　　3.2  保护

　　3.2.1  滚翻保护结构（ROPS）

　　对于具有坐姿司机位置的土方机械，当配备滚翻保护结构（ROPS）时，该ROPS应符合GB/T 17922《土方机械  翻车保护结构  试验室试验和性能要求》［5］或ISO 12117-2:2008《土方机械  挖掘机保护结构的试验室试验和性能要求  第2部分：6t以上挖掘机的滚翻保护结构（ROPS）》［6］的规定。对于派生机器，ROPS的设计应考虑制造商规定最重配置下派生机器的工作质量（见GB/T 21154《土方机械  整机及其工作装置和部件的质量测量方法》［7］）。

　　当符合最小能量要求时，在定位轴LA（SIP）（按GB/T 17772《土方机械  保护结构的实验室鉴定  挠曲极限量的规定》［8］）上部的挠曲极限量（DLV）部分允许侧向偏离或倾斜15º（见图1），在LA（SIP）下部的DLV部分可忽略不计。

　　标号：

　　1——最大15º；
　　2——定位轴LA；
　　3——座椅标定点SIP。

图1  挠曲极限量（DLV）前视图

　　3.2.2  落物保护结构（FOPS）

　　预期在有落物危险场合使用的土方机械应做安装落物保护结构（FOPS）的设计。当安装落物保护结构（FOPS）时，该FOPS应符合GB/T 17771《土方机械  落物保护结构  试验室试验和性能要求》［9］的规定。

　　工作质量不大于700 kg的小型挖掘装载机，应做安装落物保护结构（FOPS）的设计。如安装FOPS，则应符合GB/T 17772 验收基准Ⅰ的性能要求。

　　3.3  司机的操纵装置

　　GB 25684.1—2010的4.5适用于本标准。

　　在装有支腿的挖掘装载机上应安装音响或视觉报警装置，以警示司机行驶前应收起支腿（最好安装联锁装置，使机器在收起支腿后才能行驶）。

　　若挖掘装载机具有可选行驶操纵装置的司机位置，则在此位置也应具有满足基本行驶功能要求的制动和转向操纵装置。

　　3.4  司机座椅

　　当机器需司机坐着操作时，应安装一个可调节的座椅，该座椅能在允许司机按预期工作条件下控制机器的位置上支撑司机。

　　座椅的尺寸应符合GB/T 25624《土方机械  司机座椅  尺寸和要求》［10］的规定。

　　为适应司机身材而做的所有调节应符合GB/T 25624《土方机械  司机座椅  尺寸和要求》的规定，且在无需使用任何工具时，所有的调节操作应易于完成。

　　小型机器座椅调节应符合下列规定：

　　a) 座椅前后调节距离（见GB/T 25624—2010中表1的l2）不应少于±35 mm，或常用司机操纵装置可做相应的调节；

　　b) 不需要垂直调节（见GB/T 25624—2010中表1的h1）。

　　司机座椅的减振能力应符合GB/T 8419《土方机械  司机座椅振动的试验室评价》［11］的要求。小型挖掘装载机座椅还应符合GB/T 8419规定的EM8输入谱类。

　　装有ROPS或TOPS（倾翻保护结构）的机器应配备满足GB/T 17921《土方机械  座椅安全带及其固定器  性能要求和试验》［12］规定的司机约束系统。

　　3.5  报警装置

　　土方机械应安装从司机位置控制的声讯报警装置（喇叭），试验程序和评定准则应符合GB/T 21155《土方机械  前进和倒退音响报警  声响试验方法》［3］的规定。

　　3.6  稳定性

　　3.6.1  一般要求

　　ISO 20474-1:2008的4.11适用，即：在司机手册中制造商规定的所有预期的作业条件下，设计和制造的带工作装置和/或附属装置和可选装置的土方机械应提供足够的稳定性。用于增加土方机械在作业模式下稳定性的装置（如支腿、锁紧的摆动轴）应安装一个联锁装置，例如：如果发生软管失效或漏油的情况，也能保持其原有位置的单向阀。

　　另外。在确定额定工作载荷和附属装置尺寸（容量）时，应考虑载荷质量、密度、重心位置和附属装置及托架的质量（如安装）。液压胶管的爆破压力应为最大工作压力的4倍。

　　为确保足够的稳定性，应按以下规定确定预计工作条件下的额定工作载荷。

　　3.6.2  装载部分

　　3.6.2.1  一般要求

　　挖掘装载机用于装载工况的额定提升能力应按制造商规定的挖掘装置处于运输位置时来确定。

　　3.6.2.2  铲斗工况

　　倾翻载荷和额定工作载荷按GB/T 10175.1《土方机械  装载机和挖掘装载机  第1部分：额定工作载荷的计算和验证倾翻载荷计算值的测试方法》［143］确定。

　　铲斗额定容量按GB/T 21942《土方机械  装载机和正铲挖掘机的铲斗  容量标定》［15］确定（对于特定工况选择铲斗时要考虑质量、铲斗额定容量和物料的密度）。

　　3.6.2.3  货叉工况

　　额定工作载荷取决于货叉的使用情况。

　　关于稳定性评定，倾翻载荷应按GB/T 10175.1和GB/T 10175.2《土方机械  装载机和挖掘装载机  第2部分：掘起力和最大提升高度提升能力的测试方法》［16］确定，并使货叉处于水平位置。按倾翻载荷的百分比确定的额定载荷不应超出表1规定的数值。

表1  货叉工况的稳定系数

　　在液压提升能力方面，规定与液压提升能力相关的液压回路应能满足制造商已预见的所有工作位置下的额定载荷（液压提升能力是货叉处于水平位置时，提升臂在任何位置上所能提升的最大质量）。

　　额定工作载荷应为以上规定的额定载荷和液压提升能力中的较小者。

　　货叉臂尺寸应根据表2给出的载荷重心距离D（见图2）选取。货叉应符合GB/T 5182《叉车  货叉  技术要求和试验方法》［17］的要求。

　　标号：

　　D——距离，单位为毫米（mm）（见表2）；
　　F——载荷，单位为牛顿（N）；
　　G——重心。

图2  货叉载荷重心距离

表2  载荷重心距离 

　　3.6.2.4  圆木装运工况

　　关于稳定性评定，配备圆木抓具装置的倾翻载荷应符合GB/T 10175.1的规定。按倾翻载荷百分比确定的额定载荷不应超出表3规定的数值。

表3  圆木装运工况的稳定系数
 

　　在液压提升能力方面，与液压提升能力相关的液压回路,应能满足制造商已预见的所有工作位置下的额定载荷。

　　额定工作载荷应为以上规定的额定载荷和液压提升能力中的较小者。

　　3.6.2.5  物件吊运工况

　　挖掘装载机在物件吊运工况的额定工作载荷取决于提升附件和附属装置的使用情况。

　　关于稳定性评定，载荷挂系在制造商规定的吊钩装置实际承载点上，倾翻载荷及按倾翻载荷百分比确定的额定载荷应符合GB/T 10175.1的规定。

　　在液压提升能力方面，与液压提升能力相关的液压回路,应能满足制造商已预见的所有工作位置下的额定载荷。

　　额定工作载荷应为以上规定的额定载荷和液压提升能力中的较小者。   

　　3.6.2.6  其他工况

　　派生机器的额定载荷应由制造商按以上规定的载荷确定，因此对特定工况应考虑类似的危险情况。

　　3.6.3  挖掘部分

　　如果装载铲斗规定用于增加机器稳定性，则装载部分的液压回路不需要锁定装置。用于挖掘工况的挖掘装载机额定提升能力应由装载斗和置于地面上的支腿来确定。装载部分的液压回路不需要锁定装置。

　　3.6.3.1  反铲和正铲工况

　　采用EN 474-4:2006《 Earth-moving machinery —Safety — Part 4: Requirements for backhoe loaders》［18］的5.3.3，增加如下规定：

　　用于挖掘工况的带反铲或正铲的挖掘装载机的额定工作载荷应为下列两者中的较小者，即：倾翻载荷的75 %和液压提升能力。

　　铲斗的额定容量应按GB/T 21941《土方机械  液压挖掘机和挖掘装载机的反铲斗和抓铲斗  容量标定》［19］和GB/T 21942确定（在特定工况选择铲斗时应考虑质量、铲斗额定容量和物料的密度）。

　　3.6.3.2  物件吊运工况和其他工况

　　（1） 物件吊运工况

　　采用EN 474-4:2006的5.5.3.3和5.5.3.4，增加如下规定：

　　对于物件吊运工况的额定起重量，挖掘部分物件吊运工况的额定起重量参照本标准中A.7确定。

　　应提供由制造商规定的物件吊运工况的额定起重量表。物件吊运工况的额定起重量表应给出不同的提升点半径下除去附属装置质量的物件吊运工况下的额定起重量。至少应有5种不同的提升点半径，一般应包括最大和最小提升点半径。在司机位置应能得到司机手册规定的不同物件吊运配置的额定起重量表。

　　当测量的额定起重量不小于10 000 N或倾翻力矩不小于40 000 N• m时，用于物件吊运工况的挖掘部分应装有：

　　a)  当额定起重量或相应的载荷力矩达到并超出规定值时，提示司机的音响或视觉报警装置。

　　当挖掘工作装置进行物件吊运外的其他作业时，此装置应解除工作。此装置起作用时应能够明确显示。按GB/T 21935《土方机械  操纵的舒适区域与可及范围》［20］的规定，报警装置的启动/复位操纵装置应在司机的舒适区域内。警告标志应置于操纵装置附近，以提醒（司机）在物件吊运时启动报警装置。

　　b)  在动臂提升液压缸上应安装符合GB/T 21938《土方机械  液压挖掘机和挖掘装载机动臂下降控制装置  要求和试验》［21］要求的动臂下降控制装置。

　　（2） 其他工况

　　派生机器的额定起重量应由制造商按反铲和正铲工况及物件吊运工况给出的载荷规范确定，因此对特定工况应考虑类似的危险。

　　4  本标准与ISO 20474-4:2008的差异

　　本标准与ISO 20474-4:2008相比，最大的差异就是对“特定国家和/或区域的强制性规定”的处理。ISO国际标准将国家和区域性信息均在ISO/TS 20474-14《土方机械  安全  第14部分：国家和区域规定的信息》进行了规定，见表4。

表4  本部分与ISO 20474-4:2008技术性差异及其原因
 

　　5  结论

　　随着国际市场竞争的加剧，越来越多挖掘装载机制造商都意识到安全的重要性。国内主要挖掘装载机制造商均参与了本强制性标准的制定。GB 25684.4—2010《土方机械  安全  第4部分：挖掘装载机的要求》实施时间为2012年12月1日，在不足1年的时间里，建议我国挖掘装载机制造商及相关质检机构尽快理解吸收标准中规定的内容（特别是强制性条款），采取相关措施，进行技术升级，积极应对新强制性安全标准的贯彻实施，与国际接轨，提升我国挖掘装载机产品的国际竞争力。

　　参考文献

　　［1］ ISO 20474-4:2008  Earth-moving machinery —Safety — Part 4: Requirements for backhoe loaders［S］.

　　［2］ GB/T 8498  土方机械  基本类型  识别、术语和定义. ［S］

　　［3］ GB 25684.1—2010  土方机械  安全  第1部分：通用要求［S］

　　［4］ ISO 3411:2007  Earth-moving machinery — Human physical dimensions of operators and minimum operator space envelope［S］.

　　［5］GB/T 17922《土方机械  翻车保护结构  试验室试验和性能要求》［S］.

　　［6］ISO 12117-2:2008《土方机械  挖掘机保护结构的试验室试验和性能要求  第2部分：6t以上挖掘机的滚翻保护结构（ROPS）》［S］.

　　［7］GB/T 21154－2007  土方机械  整机及其工作装置和部件的质量测量方法［S］.

　　［8］ GB/T 17772—1999   土方机械  保护结构的试验室鉴定  挠曲极限量的规定［S］.

　　［9］ GB/T 17771—2010  土方机械  落物保护结构  试验室试验和性能要求［S］.

　　［10］ GB/T 25624—2010  土方机械  司机座椅  尺寸和要求［S］.

　　［11］ GB/T 8419—2007  土方机械 司机座椅振动的试验室评价［S］.

　　［12］ GB/T 17921 土方机械  座椅安全带及其固定器  性能要求和试验［S］.

　　［13］ GB/T 21155  土方机械 前进和倒退音响报警 声响试验方法［S］.

　　［14］GB/T 10175.1《土方机械  装载机和挖掘装载机  第1部分：额定工作载荷的计算和验证倾翻载荷计算值的测试方法》［S］.

　　［15］ GB/T 21942－2008  土方机械  装载机和正铲挖掘机的铲斗  容量标定［S］.

　　［16］ GB/T 10175.2《土方机械  装载机和挖掘装载机  第2部分：掘起力和最大提升高度提升能力的测试方法》［S］.

　　［17］ GB/T 5182叉车  货叉  技术要求和试验方法［S］.

　　［18］ EN 474-4:2006   Earth-moving machinery —Safety — Part 4: Requirements for backhoe loaders［S］.

　　［19］ GB/T 21941－2008  土方机械  液压挖掘机和挖掘装载机的反铲斗和抓铲斗  容量标定［S］.

　　［20］ GB/T 21935－2008  土方机械  操纵的舒适区域与可及范围［S］.

　　［21］ GB/T 21938－2008  土方机械  液压挖掘机和挖掘装载机动臂下降控制装置  要求和试验［S］.