黃超亮,程俊,王堅(jiān),孫亞良
(紹興市特種設(shè)備檢測(cè)院,浙江 紹興 312000)
隨著我國(guó)城市建設(shè),各地高樓林立、公路拓寬,需要鉆山取道、高架橋梁,正是門(mén)式起重機(jī)等露天起重機(jī)械用武之地。隨著此類(lèi)設(shè)備向大型化、高速化、自動(dòng)化發(fā)展,設(shè)備的受風(fēng)面積越來(lái)越大,整體重心越來(lái)越高,一旦在突發(fā)強(qiáng)風(fēng)的作用下,出現(xiàn)傾覆等事故災(zāi)害,后果不堪設(shè)想。
風(fēng)災(zāi)是全世界影響最大的自然災(zāi)害,占自然災(zāi)害總數(shù)的51.4%,造成經(jīng)濟(jì)損失占災(zāi)害總損失的40.5%。起重機(jī)械受強(qiáng)風(fēng)影響發(fā)生滑動(dòng)碰撞甚至傾覆破壞的事故在全球?qū)乙?jiàn)不鮮。2020年3月21日,一股突發(fā)超強(qiáng)風(fēng),致使某企業(yè)一臺(tái)額載10噸的門(mén)式起重機(jī)發(fā)生了傾覆事故。此次事故的直接原因是:事故起重機(jī)突遇超強(qiáng)對(duì)流天氣時(shí),事故起重機(jī)的抗風(fēng)防滑裝置(夾軌器和錨定裝置)處于非工作狀態(tài);在風(fēng)載荷作用下,事故起重機(jī)經(jīng)50米軌道加速距離后高速運(yùn)行,以設(shè)計(jì)速度19倍的撞擊速度,瞬間撞飛焊接在軌道上的端部止擋,從而滑出軌道絆墻體傾覆。所幸此次大風(fēng)突發(fā)之際,正是企業(yè)下班時(shí),未造成人員傷亡。在對(duì)事故的原因進(jìn)行分析后,我們看到了有很多在露天起重機(jī)械使用管理上容易忽視卻值得反思的地方。
從事故看出,當(dāng)門(mén)式起重機(jī)處于非工作狀態(tài)時(shí), 如果防風(fēng)錨定裝置不處于有效的工作狀態(tài), 門(mén)式起重機(jī)就在強(qiáng)大的風(fēng)力作用下沿著軌道溜走。一直遇到大于它許多倍的阻力如端部止擋等,才能驟然受阻力而停止。但是,如果風(fēng)力持續(xù)夠大,門(mén)式起重機(jī)會(huì)在軌道加速運(yùn)動(dòng),又由于門(mén)式起重機(jī)的重心較高,下部遇到阻擋時(shí),上部主梁在強(qiáng)大慣性的作用下可能還會(huì)繼續(xù)高速向前移動(dòng),這便必然造成門(mén)式起重機(jī)走行梁后部翹起而發(fā)生脫軌或傾覆事故。因此使用單位必須在起重機(jī)管理制度或者操作規(guī)程中,列入防風(fēng)裝置使用的相關(guān)內(nèi)容,當(dāng)露天起重機(jī)不在工作狀態(tài)時(shí),必須啟用防風(fēng)裝置。
一般情況下,特別是大型起重機(jī),應(yīng)選用自動(dòng)作用的防風(fēng)抗滑裝置,以確保在斷電和暴風(fēng)突發(fā)時(shí),起重機(jī)不會(huì)滑動(dòng)。錨定裝置一般只作為補(bǔ)充裝置,用來(lái)預(yù)防的特大暴風(fēng)(圖1)。
圖1 液壓夾軌器
從地形看,事故發(fā)生地處于西北-東南和東北-西南方向兩條丘陵山系形成的谷地的交匯處,相當(dāng)于谷口位置,在圖2中以紅十字標(biāo)志。
圖2 事故企業(yè)地形圖
事故地區(qū)丘陵環(huán)繞,地勢(shì)起伏多變,對(duì)風(fēng)速影響較為顯著。
一般山區(qū)風(fēng)速有如下特點(diǎn):
(1)山間盆地、谷地等閉塞地形,由于四周高山對(duì)風(fēng)的屏障作用,一般比空曠平坦地面風(fēng)速減小10%~25%,相應(yīng)風(fēng)壓要減小20%~40%。
(2)谷口、山口等開(kāi)敞地形,當(dāng)風(fēng)向與谷口或山口趨于一致時(shí),氣流由開(kāi)敞區(qū)流入兩邊為高山的狹窄區(qū),流區(qū)壓縮,風(fēng)速必然增大;風(fēng)速比一般空曠平坦地面增大10-20%。
(3)山頂、山坡等弧尖地形,由于風(fēng)速隨高度增加和氣流越過(guò)山峰時(shí)的抬升作用,山頂和山坡的風(fēng)速比山麓要大。
可見(jiàn)諸如事故單位這樣的谷口位置,更容易遭遇風(fēng)災(zāi)襲擊。因此,對(duì)處在谷口、山口、山頂和山坡的露天起重機(jī),我們應(yīng)該在起重機(jī)的安裝、使用、檢驗(yàn)、監(jiān)管等各個(gè)環(huán)節(jié)均區(qū)別對(duì)待,加強(qiáng)風(fēng)災(zāi)防控意識(shí)。首先,在這些場(chǎng)所都必須安裝風(fēng)速儀,以及時(shí)對(duì)風(fēng)速風(fēng)級(jí)進(jìn)行報(bào)警,因?yàn)槠胀ǖ奶鞖忸A(yù)報(bào)無(wú)法滿(mǎn)足這些場(chǎng)地對(duì)風(fēng)力的判別;其次,工作在這些場(chǎng)地的露天起重機(jī),也應(yīng)選用自動(dòng)作用的防風(fēng)抗滑裝置。
起重機(jī)結(jié)構(gòu)和物品的迎風(fēng)面積,按其凈面積與最不利風(fēng)向的垂直投影面積計(jì)算。它等于構(gòu)件迎風(fēng)面積的外形輪廓面積A0乘以結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面充實(shí)率φ2,即A=A0φ2,起重機(jī)結(jié)構(gòu)上總的風(fēng)載荷為其各組成部分風(fēng)載荷的總和。門(mén)式起重機(jī)按照主梁結(jié)構(gòu)分,主要有箱型梁和桁架梁。箱型梁由鋼板焊接成箱式結(jié)構(gòu),桁架梁使用角鐵、圓鋼或者工字鋼焊接而成。箱型梁自重大,安全性能高,剛度大,造價(jià)高;桁架梁自重輕,造價(jià)低,可靠性相對(duì)較低,迎風(fēng)面積小,抗風(fēng)性能好。
桁架結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能好主要是因?yàn)橛L(fēng)面積小,然而,有些單位喜歡在桁架主梁上掛上安全生產(chǎn)標(biāo)語(yǔ)或者廣告的標(biāo)牌,大大增加了起重機(jī)的迎風(fēng)面積,如圖3所示,小小的8塊標(biāo)牌,迎風(fēng)面積增加了幾乎一倍。果真是宣傳效果喊得好,造成的安全隱患也不小。
圖3 安全標(biāo)牌增加的迎風(fēng)面積
大車(chē)端部止擋是阻擋起重機(jī)沖出軌道的裝置。根據(jù)常規(guī)設(shè)計(jì),起重機(jī)大車(chē)以額定速度沿大車(chē)軌道行駛,軌道兩端都有大車(chē)端部限位和端部止擋裝置。在正常工況下,大車(chē)行駛到端部碰觸大車(chē)端部限位后,大車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)失電,制動(dòng)器下閘,迫使大車(chē)減速直至停止,因此,正常情況下大車(chē)緩沖器不會(huì)撞到端部止擋裝置;但當(dāng)大車(chē)限位裝置失效或大車(chē)電機(jī)失速并以大于額定的速度行駛,大車(chē)緩沖器將撞到端部止擋裝置,起重機(jī)有傾覆、脫軌的可能性,而起重機(jī)支腿也有失穩(wěn)的可能性。如果沖擊力足夠大,大車(chē)端部止擋將被撞飛。
目前,大車(chē)端部止擋的設(shè)計(jì)缺乏國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)與制作大多由安裝隊(duì)或使用單位自行完成,有的安裝隊(duì)貪圖方便,會(huì)將角鐵直接焊接在大車(chē)軌道上,作為端部止擋,但是起重機(jī)鋼軌材料一般為U71Mn,此種材料的焊接性能差,容易造成焊接困難和焊接融合區(qū)應(yīng)力集中的缺陷及殘余應(yīng)力和變形。
大車(chē)端部止擋宜采用聯(lián)接板加防松墊圈用螺釘固定直角三角形支撐架的方式,或者直接采用鋼混結(jié)構(gòu),撞擊面的位置必須和緩沖器相匹配,保證緩沖器最大限度的吸收動(dòng)能。今后,我們可以設(shè)計(jì)即增加緩沖距離又保證足夠強(qiáng)度的新型大車(chē)端部止擋,以增加其防傾覆功能(圖4)。
圖4 鋼混結(jié)構(gòu)端部止擋