門(mén)智峰,彭琳

(河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院,河北 石家莊 050021)

橋式起重機(jī)整機(jī)安全和壽命評(píng)估方法研究

門(mén)智峰,彭琳

(河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院,河北 石家莊 050021)

橋式起重機(jī)是現(xiàn)代生產(chǎn)不可或缺的運(yùn)輸工具,由于使用頻繁、環(huán)境惡劣,易發(fā)事故.目前國(guó)內(nèi)外只是針對(duì)起重機(jī)的單個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行安全評(píng)估,過(guò)于片面,無(wú)法真實(shí)地反映出起重機(jī)整機(jī)的安全狀況.將起重機(jī)整機(jī)劃分為6個(gè)單元分別進(jìn)行評(píng)估,然后將各個(gè)單元的評(píng)估結(jié)果整合分析,最后得出總的評(píng)估意見(jiàn),這樣就能夠真實(shí)的反映出起重機(jī)整機(jī)的安全狀況,確保起重機(jī)安全運(yùn)行,避免安全事故的發(fā)生,也為起重機(jī)械的安全評(píng)價(jià)評(píng)估提供了一個(gè)新技術(shù)、新方法.

橋式起重機(jī);整機(jī)安全;壽命;評(píng)估

起重機(jī)是用于垂直起升或垂直下降并且能夠水平移動(dòng)物料的機(jī)械設(shè)備,是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的輔助設(shè)備,也是機(jī)械制造、加工、倉(cāng)儲(chǔ)等企業(yè)不能缺少的生產(chǎn)設(shè)備.起重機(jī)械類型很多,橋式起重機(jī)在現(xiàn)代化企業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用很普遍.但是由于在實(shí)際工作中,使用單位管理不到位、工人違規(guī)操作、維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)等原因,使得起重機(jī)的安全事故發(fā)生頻率比較高,經(jīng)濟(jì)損失非常大,有的還造成人員傷亡.目前國(guó)內(nèi)迫切需要一套能夠提供可靠的技術(shù)支持對(duì)大型起重機(jī)械設(shè)備進(jìn)行全面的安全評(píng)價(jià)和壽命評(píng)估的有效方法.在對(duì)橋式起重機(jī)設(shè)備管理單元、主梁壽命單元、運(yùn)行機(jī)構(gòu)單元、電氣系統(tǒng)單元、安全防護(hù)裝置單元、載荷試驗(yàn)單元分別進(jìn)行安全和壽命評(píng)估的基礎(chǔ)上,再對(duì)橋式起重機(jī)整機(jī)安全和壽命進(jìn)行評(píng)估,給出橋式起重機(jī)整機(jī)需要檢修、大修、更換或報(bào)廢的建議結(jié)論,最終形成一套方法先進(jìn)、可操作性強(qiáng)、推廣應(yīng)用價(jià)值較高的橋式起重機(jī)整機(jī)安全和壽命評(píng)估方法,對(duì)于預(yù)防和減少事故,保障生命和財(cái)產(chǎn)安全具有非常大的意義.

1 起重機(jī)械安全評(píng)估的發(fā)展

隨著對(duì)起重機(jī)械的使用需求的不斷擴(kuò)大,起重機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造也向著大型化、自動(dòng)化和多功能化的方向發(fā)展.由于鋼鐵、港口運(yùn)輸?shù)绕髽I(yè)所使用的起重機(jī)普遍存在噸位大、使用頻繁、工作環(huán)境惡劣、事故頻發(fā).2016年全國(guó)總共發(fā)生特種設(shè)備安全事故233起,起重機(jī)械的事故有94起,因起重機(jī)械造成的安全事故死亡人數(shù),為總的死亡人數(shù)的51.67%.為此,起重機(jī)械安全問(wèn)題不得不引起重視.

改革開(kāi)放以來(lái),有關(guān)安全系統(tǒng)工程我國(guó)也開(kāi)始采用,在故障的診斷、可靠性評(píng)價(jià)和安全管理等方面都提出了要求,積極推進(jìn)了安全評(píng)價(jià)評(píng)估工作的發(fā)展.國(guó)內(nèi)各大企業(yè)、有關(guān)科研機(jī)構(gòu),特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)等也開(kāi)始關(guān)注起重機(jī)械結(jié)構(gòu)、部件、安全裝置使用狀況的安全性研究,對(duì)安全操作也都做出了相應(yīng)的規(guī)定,對(duì)起重機(jī)械操作工人也制定了相關(guān)的操作規(guī)程.國(guó)家專門(mén)成立了由各部門(mén)、行業(yè)的專家組成的特種設(shè)備安全科技發(fā)展規(guī)劃研究機(jī)構(gòu),負(fù)責(zé)特種設(shè)備安全中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃和研究.目前只是針對(duì)起重機(jī)的單個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行安全評(píng)估,例如起重機(jī)的主梁、起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu).這種評(píng)估方法過(guò)于片面,無(wú)法真實(shí)地反映出起重機(jī)整機(jī)的安全狀況.對(duì)于起重機(jī)械整個(gè)系統(tǒng)的安全與壽命風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估評(píng)價(jià)還需要進(jìn)行大量的工作.

2 橋式起重機(jī)整機(jī)安全和壽命評(píng)估方法

對(duì)起重機(jī)械的以下六個(gè)主要單元的危險(xiǎn)因素分別進(jìn)行區(qū)分,依據(jù)起重機(jī)械相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)規(guī)側(cè)進(jìn)行檢測(cè),再運(yùn)用合理的安全性評(píng)估方法進(jìn)行定性或定量分析,建立數(shù)學(xué)模型,聘請(qǐng)起重機(jī)械領(lǐng)域的專家進(jìn)行打分,得出起重機(jī)械的實(shí)際危險(xiǎn)程度等級(jí),獲取權(quán)重?cái)?shù)值,并依據(jù)權(quán)重?cái)?shù)值的大小對(duì)橋式起重機(jī)整機(jī)安全和壽命進(jìn)行評(píng)估.最終形成一套方法先進(jìn)、可操作性強(qiáng)、推廣應(yīng)用價(jià)值較高的橋式起重機(jī)整機(jī)安全和壽命評(píng)估方法,給出橋式起重機(jī)整機(jī)需要改造、修理、更換或報(bào)廢的建議結(jié)論.

(1)設(shè)備管理單元.《中華人民共和國(guó)特種設(shè)備安全法》等相關(guān)法律法規(guī)和技術(shù)規(guī)范規(guī)定,使用單位應(yīng)建立健全特種設(shè)備安全管理制度,加強(qiáng)起重機(jī)械設(shè)備的日常管理,加強(qiáng)起重機(jī)械作業(yè)人員的培訓(xùn)學(xué)習(xí),提高操作技能,保障設(shè)備的安全使用.然而,在日常實(shí)際工作中,使用單位對(duì)起重機(jī)械的安全管理松懈,沒(méi)有設(shè)定專職或者兼職的特種設(shè)備安全管理人員,對(duì)設(shè)備的技術(shù)資料和檔案未按要求管理存檔,對(duì)設(shè)備的日常巡視檢查不到位,未按要求進(jìn)行定期檢查和定期維護(hù)保養(yǎng)或者不到位,未按相關(guān)的安全管理制度進(jìn)行監(jiān)管,最終留下一些安全隱患.

設(shè)備管理安全評(píng)估是通過(guò)查閱設(shè)備的日常管理制度是否健全、設(shè)備檔案和技術(shù)資料是否完善、日常維護(hù)保養(yǎng)是否全面等方面,對(duì)設(shè)備管理單元進(jìn)行定性分析.

(2)主梁壽命單元.主梁是橋式起重機(jī)的非常關(guān)鍵的承載部件,主梁的剛度和強(qiáng)度相當(dāng)重要.由于在制造過(guò)程中,焊接處不可避免地存在著大量的夾雜物,還有咬邊、氣孔、裂紋、沒(méi)有焊透等缺陷,這些地方很容易發(fā)生應(yīng)力集中產(chǎn)生嚴(yán)重的危險(xiǎn)裂紋,很難修復(fù),在繁重和頻繁的工作過(guò)程中,出現(xiàn)疲勞破壞,最終將導(dǎo)致起重機(jī)主梁發(fā)生疲勞失效.

橋式起重機(jī)主梁壽命評(píng)估研究主要包括以下四個(gè)方面.①構(gòu)建一套起重機(jī)主梁受力幾何模型,再對(duì)有限元應(yīng)力進(jìn)行分析.②構(gòu)建完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),進(jìn)行數(shù)據(jù)收集處理.③根據(jù)疲勞理論知識(shí),分析橋式起重機(jī)的實(shí)際工作狀況,選用適合的主梁鋼結(jié)構(gòu)疲勞壽命評(píng)估的方法.④對(duì)橋式起重機(jī)的主梁進(jìn)行壽命評(píng)估.

(3)運(yùn)行機(jī)構(gòu)單元.起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)是起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的三大組成部分.在生產(chǎn)中,由于起重機(jī)長(zhǎng)時(shí)間而又是斷續(xù)的工作,所用電動(dòng)機(jī)處于頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)狀態(tài);負(fù)載也欠規(guī)律,時(shí)重時(shí)輕,還經(jīng)常承受大的過(guò)載和機(jī)械沖擊,致使主要零部件加速磨損和損壞.電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器等作為各個(gè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的主要零部件,是運(yùn)行機(jī)構(gòu)安全評(píng)估的關(guān)鍵所在.起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)安全評(píng)估是針對(duì)橋式起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)(包括起升機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu))的主要零部件,選取不同參數(shù)量對(duì)各個(gè)零部件,進(jìn)行定量、定性分析,得到各個(gè)零部件的評(píng)價(jià)結(jié)果.并依據(jù)獲得評(píng)價(jià)結(jié)果,聘請(qǐng)起重機(jī)械領(lǐng)域的專家進(jìn)行打分,最終獲取權(quán)重值.并依據(jù)權(quán)重?cái)?shù)值的大小對(duì)橋式起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)做出安全評(píng)估.

(4)電氣系統(tǒng)單元.由于起重機(jī)工作環(huán)境很差,又常在溫度高、粉塵多、腐蝕性強(qiáng)、煙霧及蒸汽、潮濕等條件下工作,致使電氣設(shè)備及元件銹蝕、老化、性能不穩(wěn);電線及電纜加速老化、破損;電氣設(shè)備及元件、電氣線路等絕緣降低;接地保護(hù)失效;緊急斷電裝置損壞;短路保護(hù)和失壓保護(hù)失效;凸輪控制器觸點(diǎn)接觸不良或者是線路故障引起零位保護(hù)失效;過(guò)流過(guò)載保護(hù)等裝置失效.

電氣系統(tǒng)單元安全評(píng)估是對(duì)起重機(jī)的供電電源、饋電裝置、電氣設(shè)備及元件、電線及電纜、絕緣電阻、接地電阻、緊急斷電開(kāi)關(guān)、短路保護(hù)裝置、失壓保護(hù)、零位保護(hù)、過(guò)流過(guò)載保護(hù)等裝置進(jìn)行定量、定性分析評(píng)估,判定其符不符合起重機(jī)械制造標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)規(guī)則相關(guān)的要求.

(5)安全保護(hù)裝置單元.由于維護(hù)保養(yǎng)不到位,導(dǎo)致限位裝置的撞尺變形;行程限位器開(kāi)關(guān)損壞;連鎖保護(hù)電氣開(kāi)關(guān)損壞;緩沖器脫落和破損;掃軌板、止擋撞擊變形;起升高度限位開(kāi)關(guān)損壞;超載限制器失效或者不可靠等問(wèn)題都會(huì)造成起重機(jī)發(fā)生重大安全事故.

安全保護(hù)裝置單元的評(píng)估是對(duì)大小車行程限位器、連鎖保護(hù)裝置、緩沖器、掃軌板、止擋、起升高度限位、超載限制器等安全保護(hù)裝置進(jìn)行定量、定性分析,判定其符不符合起重機(jī)械制造標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)規(guī)則的相關(guān)要求.

(6)載荷試驗(yàn)單元.起重機(jī)載荷試驗(yàn)的目的是檢查起重機(jī)及其各部分的結(jié)構(gòu)承載能力,起重機(jī)在使用一段時(shí)間后,由于結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力、高溫環(huán)境、操作工使用不合理等因素的影響,主要受力結(jié)構(gòu)件異常,主梁的上拱度會(huì)逐漸的減小,出現(xiàn)永久性的變形致上拱度下?lián)?操縱機(jī)構(gòu)不靈活;控制系統(tǒng)和安全保護(hù)裝置失效;各運(yùn)行機(jī)構(gòu)不正常;主要機(jī)構(gòu)連接處松動(dòng)或損壞等.載荷試驗(yàn)單元安全評(píng)估是依據(jù)起重機(jī)械制造標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)規(guī)則的要求,對(duì)起重機(jī)進(jìn)行必要的性能試驗(yàn),如空載試驗(yàn)、額載試驗(yàn)、動(dòng)載試驗(yàn)和撓度的測(cè)量,判定其符不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和檢規(guī)的要求.

(7)評(píng)估結(jié)論.通過(guò)對(duì)以上各項(xiàng)的總結(jié)評(píng)價(jià),最后得出評(píng)價(jià)結(jié)論.

①安全.該起重機(jī)所有機(jī)構(gòu)、主要部件、安全裝置等狀況良好.整機(jī)可以繼續(xù)安全使用.②合格.該起重機(jī)機(jī)構(gòu)、主要部件、安全裝置的安全指標(biāo)都符合規(guī)定,只存在少量安全指標(biāo)不符合相關(guān)要求,對(duì)整臺(tái)設(shè)備安全影響很小.不需要停止使用,但需要維修和調(diào)整.③異常.該起重機(jī)機(jī)構(gòu)、主要部件、安全裝置的大部分安全指標(biāo)或部分重要指標(biāo)不符合相關(guān)要求,對(duì)整機(jī)安全影響比較大,但可以通過(guò)修復(fù)達(dá)到要求.整機(jī)需要修理后再重新評(píng)估,評(píng)估合格后才能繼續(xù)使用.④危險(xiǎn).該起重機(jī)機(jī)構(gòu)、主要部件、安全裝置的大部分嚴(yán)重?fù)p壞,無(wú)法修復(fù)或者修復(fù)困難,對(duì)整機(jī)安全影響極大,通過(guò)維修和調(diào)整都不能達(dá)標(biāo).整機(jī)做報(bào)廢或停車大修處理.

3 結(jié)語(yǔ)

做好起重機(jī)械的安全評(píng)估工作是特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)重要的工作職能和社會(huì)責(zé)任.本文提供的方法不僅適用于橋式起重機(jī)整機(jī)安全和壽命評(píng)估,而且還可以推廣到門(mén)式起重機(jī)、塔式起重機(jī)等多種起重機(jī)械的整機(jī)安全和壽命評(píng)估,對(duì)于特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)適應(yīng)市場(chǎng)需求,開(kāi)展評(píng)估評(píng)價(jià)業(yè)務(wù),保障起重機(jī)械安全起到推動(dòng)作用.

[1]王福綿.起重機(jī)械技術(shù)檢驗(yàn)[M].北京:學(xué)苑出版社,2000.

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A

1671-0711(2017)11(下)-0082-02