雷家鑫，劉 鎖，張博聞

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

0 引言

大型履帶起重機有著高昂的運維成本，特別是在維護、保養(yǎng)和維修過程中，涉及到很多備品備件和準(zhǔn)備工作，花費大量物資成本和人力成本。為減低該成本，提出一種預(yù)防性維修策略，基于設(shè)備完整性的角度，對履帶起重機在工作過程中會產(chǎn)生的風(fēng)險進行充分識別和系統(tǒng)管理，在故障發(fā)生前就識別風(fēng)險和隱患，并針對故障采取相應(yīng)的措施避免，在故障完全暴露之前就能夠提前關(guān)閉。

1 履帶式起重機風(fēng)險管理

風(fēng)險管理的主要目的是識別和評估風(fēng)險：首先是對設(shè)備的功能和組成進行具體分析；其次采用行業(yè)內(nèi)普遍應(yīng)用的風(fēng)險識別方法和評估工具，對設(shè)備進行風(fēng)險識別與評估工作；最后根據(jù)設(shè)備特點和重要程度，有針對性地選擇具體的技術(shù)方法進行專項風(fēng)險評估[1]。

1.1 履帶式起重機風(fēng)險識別

為充分識別履帶起重機的風(fēng)險，需要了解其系統(tǒng)組成，并對實現(xiàn)各功能的系統(tǒng)進行分解，從而進行設(shè)備的故障分析，最終確定設(shè)備的危害和風(fēng)險。為了解履帶起重機的結(jié)構(gòu)，需要對其各系統(tǒng)進行進一步分解，以識別構(gòu)成系統(tǒng)的最小單元、組件為目標(biāo)，主要采取“由上至下，由表及里”的原則：首先將系統(tǒng)分解為不同的部件或子系統(tǒng)，再將每個部件分解為不同的組件，從而得到了設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)。

目前對于設(shè)備故障分析，應(yīng)用比較普遍的方法是以演繹分析為基本思想的故障樹分析法（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA），是美國貝爾電報公司在1961 年提出的一種用在安全工程和可靠度工程領(lǐng)域的分析方法[2]。按照故障樹分析步驟，以設(shè)備因各類故障而停止工作為頂事件，然后分解到不同的系統(tǒng)中，并依次向下分解，直至可直接影響頂事件的底層事件（系統(tǒng)邊界）。

1.2 履帶式起重機風(fēng)險評估與影響分析

失效模式與影響分析（Failure Mode Effectiveness Analysis，F(xiàn)MEA）作為一種在各行業(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)可的風(fēng)險評估方法，主要關(guān)注設(shè)備危害產(chǎn)生后如何降低人員受傷害的概率和所受傷害的嚴(yán)重程度，以及如何降低危害產(chǎn)生后的經(jīng)濟損失或消除設(shè)備因風(fēng)險而產(chǎn)生的影響[3]。

首先確定失效模式各個評價指標(biāo)的等級，評價指標(biāo)包括嚴(yán)酷度（Seriously）、發(fā)生度（Occurrence）、可探測度（Detection）、風(fēng)險優(yōu)先數(shù)（RPN）[4]：①確定嚴(yán)酷度等級時，主要考慮設(shè)備風(fēng)險可能導(dǎo)致的直接經(jīng)濟損失、維修成本、健康/安全/環(huán)保、可修性和停工故障損失；②對于發(fā)生度的評價，主要是根據(jù)設(shè)備從購置到使用至今的設(shè)備維修、保養(yǎng)與檢修記錄中的維修故障來確定，統(tǒng)計故障在使用時間內(nèi)發(fā)生的次數(shù)，依據(jù)失效模式的概率值劃分不同等級；③可探測度的等級則是根據(jù)系統(tǒng)分解得到的設(shè)備各個層次之間的關(guān)系，并結(jié)合設(shè)備實際使用情況分析得出。

確定了評價指標(biāo)后，就可以確定所有失效模式的風(fēng)險系數(shù)（Risk Priority Number，RPN）的值。RPN 值越大，說明其對應(yīng)失效模式所產(chǎn)生的影響越大，失效模式優(yōu)先級越高，越需要優(yōu)先考慮。當(dāng)RPN 值超過某一閾值時是不可接受的，需要制定相應(yīng)的建議措施。

FMEA 對于結(jié)果的體現(xiàn)主要有危害性矩陣和風(fēng)險分析報告，其中風(fēng)險分析報告作為FMEA 全過程的分析和總結(jié)，可以將FMEA 過程詳細地體現(xiàn)。

2 履帶式起重機預(yù)防性維修策略

在識別了履帶式起重機所有風(fēng)險，并進行了評估后，就可以根據(jù)評估結(jié)果展開針對風(fēng)險所引起故障的預(yù)防性策略的研究。研究過程中需要一定的數(shù)據(jù)支撐，可根據(jù)設(shè)備實際使用過程中所發(fā)生的故障進行統(tǒng)計，也可根據(jù)設(shè)備廠家提供的故障數(shù)據(jù)研究，進而根據(jù)不同故障的發(fā)生頻率來指導(dǎo)預(yù)防性維修策略的制定。

2.1 預(yù)防性維修策略的制定

在預(yù)防性維修策略的制定時，首先明確通過預(yù)防性維修期望實現(xiàn)的目標(biāo)，明確預(yù)防性維修的思路，再根據(jù)設(shè)備的實際故障分析、FMEA 分析和現(xiàn)有維修方法的分析，明確預(yù)防性維修所采取技術(shù)手段。采取預(yù)防性維修策略的目的主要有2 點：①降低設(shè)備故障發(fā)生概率及設(shè)備故障發(fā)生的危害，從而降低設(shè)備的運行成本，實現(xiàn)降本增效、本質(zhì)安全；②通過預(yù)防性維修策略，強化設(shè)備的全生命周期的管理，進一步實現(xiàn)設(shè)備完整性管理。

圍繞這兩點可以明確預(yù)防性維修的總體思路和采取的技術(shù)手段：①圍繞降本增效，主要考慮采取經(jīng)濟的維修管理辦法，選擇經(jīng)濟的維修方式；②圍繞設(shè)備完整性管理，首先為落實完整性管理要素之一的風(fēng)險管理要求，根據(jù)設(shè)備的特點，以提供設(shè)備可靠性為目的，制定科學(xué)的風(fēng)險管理辦法；③根據(jù)設(shè)備FMEA 分析的結(jié)果，可以將改進措施作為預(yù)防性維修的手段，主要針對危害性較高的故障，同時可能需要借助外部資源；④完善設(shè)備的檢查、檢測及維護手段，目前針對履帶起重機的檢查手段主要是設(shè)備每日使用前的日常檢查、常規(guī)操作及定期檢查；⑤建立合理的備件策略，實現(xiàn)降低庫存積壓，同時避免設(shè)備因缺少備件導(dǎo)致的停機，需要制定一個合理的備件策略。

2.2 預(yù)防性維修策略實施方案

實施方案主要根據(jù)設(shè)備的不同系統(tǒng)來劃分，并綜合考慮設(shè)備本身的特點和設(shè)備實際故障發(fā)生情況。以某臺運轉(zhuǎn)正常的履帶式起重機為調(diào)研對象，針對各系統(tǒng)制定的預(yù)防性維修策略。

（1）液壓系統(tǒng)。目前的檢查手段就是日常檢查，觀察液壓系統(tǒng)各類管線及接頭、附件等是否存在漏油的現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)之上，在日常檢查時增加對管線接頭緊固的操作，并測試各高、低壓附件的壓力，確保設(shè)備不存在漏油的現(xiàn)象，避免設(shè)備在工作過程因接頭松動產(chǎn)生的漏油。另外，建立合理的備件策略。

（2）電氣系統(tǒng)。目前設(shè)備缺少定期的試驗、測試操作，需要定期對設(shè)備進行空載試驗，確保設(shè)備控制系統(tǒng)的正常，避免控制系統(tǒng)在工作過程中失效，產(chǎn)生安全事故。另外，建立合理的備件策略。

（3）吊臂系統(tǒng)。完善設(shè)備檢查手段，對臂桿金屬結(jié)構(gòu)盡量能做到定期扒桿進行徹底的外觀檢查，定期請專業(yè)檢測機構(gòu)對金屬結(jié)構(gòu)進行無損檢測等安全評估工作，確保金屬結(jié)構(gòu)的完好。另外，建立合理的備件策略。

（4）卷揚系統(tǒng)。首先在日常檢查中需要考慮對起重臂、桅桿卷揚棘爪進行目視檢查，這是卷揚安全操作的重要保障。定期對卷筒、滑輪、鋼絲繩進行外觀檢查，判斷其磨損情況，根據(jù)磨損情況決定是否需要更換或調(diào)整。定期進行防撞極限測試，確保卷揚達到限位后制動器能自動啟動，使卷筒停止工作。

（5）回轉(zhuǎn)系統(tǒng)。雖然目前回轉(zhuǎn)系統(tǒng)沒有發(fā)生故障，但由于設(shè)備年齡較大，可能存在老化等問題，需要進行更深層次的檢查，主要是定期進行回轉(zhuǎn)制動試驗和回轉(zhuǎn)鎖定試驗，確保制動器和鎖定裝置功能正常。

（6）動力系統(tǒng)。從動力系統(tǒng)的故障情況來看，目前主要的維修方式是更換備件。發(fā)動機的備件主要是各類管線、接頭和相關(guān)附件，如柴油濾清器、排煙筒等。根據(jù)故障發(fā)生次數(shù)，各類管線漏油年均發(fā)生3～4 次，所以管線的備件按每季度提報；柴油濾清器、排煙筒可以通過焊接修復(fù)，確保此類備件有庫存即可。

（7）運載系統(tǒng)。目前對于運載系統(tǒng)的檢查手段是日常檢查中的外觀檢查，在此基礎(chǔ)上需要定期檢查履帶的松緊度，對松緊異常的情況進行適當(dāng)調(diào)整，避免因履帶的松緊不一加速履帶連接銷及螺栓的磨損。

（8）潤滑系統(tǒng)。潤滑系統(tǒng)的故障主要體現(xiàn)在管線、油罐及接頭的漏油，故障發(fā)生的概率是年均3 次，所以對于管線及接頭密封圈的備件可以按季度提報；罐體、油泵等備件確保有庫存即可。還需加強檢查情況，日常檢查中需要觀察各潤滑點的潤滑情況，觀察潤滑油罐中潤滑油液位、油管線及接頭是否漏油。

2.3 預(yù)防性維修策略的可行性分析

為說明預(yù)防性維修策略的可行性，需要將一個故障事件下的兩種維修方式的維修成本和停機時間對比，從而體現(xiàn)預(yù)防性維修策略在降本增效中發(fā)揮的作用。設(shè)備的故障事件主要參考了故障樹分析確定的故障和設(shè)備實際發(fā)生故障的統(tǒng)計、現(xiàn)有維修手段參考FEMA 分析中“已有控制措施”和設(shè)備使用中實際的維修情況。

通過兩種維修方式的對比，主要體現(xiàn)在3 個方面：①FMEA分析和定期進行安全評估，實現(xiàn)對設(shè)備主體金屬結(jié)構(gòu)件故障的預(yù)防，避免了設(shè)備金屬結(jié)構(gòu)在工作中出現(xiàn)故障而導(dǎo)致群死群傷；②完善設(shè)備檢查手段，有效減少設(shè)備故障的發(fā)生次數(shù)，也減少了設(shè)備的運行成本和停機時間；③建立合理的備件策略，根據(jù)部件的實際更換情況進行備件采購，避免設(shè)備故障后因缺少備件造成的停機，同時避免了盲目采購，實現(xiàn)降低庫存積壓、節(jié)省備件成本。

2.4 預(yù)防性維修策略在實際案例中的推演

為進一步說明預(yù)防性維修策略的優(yōu)越性，根據(jù)實際調(diào)研的履帶起重機的實際使用情況，針對3 個實際發(fā)生的故障案例，按通過理論推演的方法，詳細描述預(yù)防性維修策略的理論實現(xiàn)過程。

（1）某設(shè)備在使用過程中發(fā)現(xiàn)部分履帶支重輪嚴(yán)重磨損，個別支重輪的銅套碎裂并且無法修復(fù)，只能更換備件。通過檢查設(shè)備發(fā)現(xiàn)，支重輪及銅套的磨損原因是履帶支重輪黃油嘴損壞，支重輪潤滑不足。日常檢查記錄中沒有關(guān)于部件潤滑情況的檢查，也沒有定期檢查潤滑系統(tǒng)的狀態(tài)，最終導(dǎo)致支重輪損壞。這次故障更換了2 個支重輪，每個支重輪成本約1 萬元，直接造成經(jīng)濟損失約2 萬元，并造成了3 d 停機。根據(jù)預(yù)防性維修策略，若在日常檢查時檢查部件的潤滑情況，并定期檢查潤滑系統(tǒng)的工作狀態(tài)，則可以避免支重輪的嚴(yán)重磨損，從而減少損失。

（2）某設(shè)備在啟動不久后發(fā)動機自動熄火，儀表臺顯示屏報6#節(jié)點故障。通過對設(shè)備故障分析發(fā)現(xiàn)，這一故障產(chǎn)生的直接原因是發(fā)動機排煙筒更換后方向裝反，并且在日常檢查中沒有規(guī)定對發(fā)動機外觀進行檢查，導(dǎo)致設(shè)備啟動后發(fā)動機排出的熱氣吹向發(fā)動機，較高的溫度導(dǎo)致發(fā)動機部分電源線融化和6#節(jié)點直接燙壞，這一故障導(dǎo)致直接經(jīng)濟損失約2 萬元，同時造成了2 d停機。根據(jù)預(yù)防性維修策略，若在日常檢查中開蓋檢查發(fā)動機外觀，可以在設(shè)備啟動前就發(fā)現(xiàn)排煙筒方向錯誤，及時更改后就不會出現(xiàn)故障。

（3）兩年時間內(nèi)，履帶連接銷螺栓、履帶擋銷螺栓、支重輪固定軸承頻繁斷裂，該類故障兩年來累計發(fā)生26 次，故障頻率高達月均1 次，甚至存在剛換螺栓不到2 d 時再次斷裂。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，是履帶的松緊程度發(fā)生變化，履帶的松緊不一導(dǎo)致了各螺栓和連接銷受力情況不同，緊的部位螺栓長時間磨損，帶載行走時磨損更為嚴(yán)重，且沒有定期調(diào)整履帶松緊程度的操作，所以螺栓頻繁斷裂。雖然單個螺栓成本不高，但每次斷裂后更換螺栓的數(shù)量都在8 個以上，加上斷裂的次數(shù)較高，很可能存在因庫存不足而導(dǎo)致的停機。根據(jù)預(yù)防性維修策略，定期檢測履帶的松緊情況，發(fā)現(xiàn)履帶松緊不一時就及時調(diào)整，就能避免螺栓的磨損，從而避免頻繁的斷裂。

從以上3 個實例可以看出預(yù)防性維修策略的實施過程，清晰體現(xiàn)預(yù)防性維修策略的目的與意義，為實現(xiàn)設(shè)備完整性管理、降本增效打下良好基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

針對大型履帶起重機進行了基于設(shè)備完整性管理的預(yù)防性維修的研究，討論了預(yù)防性維修策略的制定方法，通過理論分析和推演的方法研究了預(yù)防性維修策略的運用情況，與目前的維修手段進行對比，進一步說明了預(yù)防性維修的可行性，可以大幅降低履帶式起重機維護、保養(yǎng)和維修的成本。