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(jī)有著高昂的運(yùn)維成本，特別是在維護(hù)、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(fèi)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(duì)履帶起重機(jī)在工作過程中會(huì)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行充分識(shí)別和系統(tǒng)管理，在故障發(fā)生前就識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)和隱患，并針對(duì)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(jī)風(fēng)險(xiǎn)管理

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

1.1 履帶式起重機(jī)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

為充分識(shí)別履帶起重機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，需要了解其系統(tǒng)組成，并對(duì)實(shí)現(xiàn)各功能的系統(tǒng)進(jìn)行分解，從而進(jìn)行設(shè)備的故障分析，最終確定設(shè)備的危害和風(fēng)險(xiǎn)。為了解履帶起重機(jī)的結(jié)構(gòu)，需要對(duì)其各系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步分解，以識(shí)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(gè)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(duì)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(bào)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(jī)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(xiǎn)評(píng)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(jì)損失或消除設(shè)備因風(fēng)險(xiǎn)而產(chǎn)生的影響[3]。

首先確定失效模式各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括嚴(yán)酷度（Seriously）、發(fā)生度（Occurrence）、可探測度（Detection）、風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)（RPN）[4]：①確定嚴(yán)酷度等級(jí)時(shí)，主要考慮設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)可能導(dǎo)致的直接經(jīng)濟(jì)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(duì)于發(fā)生度的評(píng)價(jià)，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(jì)故障在使用時(shí)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(jí)；③可探測度的等級(jí)則是根據(jù)系統(tǒng)分解得到的設(shè)備各個(gè)層次之間的關(guān)系，并結(jié)合設(shè)備實(shí)際使用情況分析得出。

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

FMEA 對(duì)于結(jié)果的體現(xiàn)主要有危害性矩陣和風(fēng)險(xiǎn)分析報(bào)告，其中風(fēng)險(xiǎn)分析報(bào)告作為FMEA 全過程的分析和總結(jié)，可以將FMEA 過程詳細(xì)地體現(xiàn)。

2 履帶式起重機(jī)預(yù)防性維修策略

在識(shí)別了履帶式起重機(jī)所有風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行了評(píng)估后，就可以根據(jù)評(píng)估結(jié)果展開針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)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(shí)際使用過程中所發(fā)生的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，也可根據(jù)設(shè)備廠家提供的故障數(shù)據(jù)研究，進(jìn)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(shí)，首先明確通過預(yù)防性維修期望實(shí)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(shí)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(diǎn)：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(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)降本增效、本質(zhì)安全；②通過預(yù)防性維修策略，強(qiáng)化設(shè)備的全生命周期的管理，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)設(shè)備完整性管理。

圍繞這兩點(diǎn)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(jì)的維修管理辦法，選擇經(jīng)濟(jì)的維修方式；②圍繞設(shè)備完整性管理，首先為落實(shí)完整性管理要素之一的風(fēng)險(xiǎn)管理要求，根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)，以提供設(shè)備可靠性為目的，制定科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)管理辦法；③根據(jù)設(shè)備FMEA 分析的結(jié)果，可以將改進(jìn)措施作為預(yù)防性維修的手段，主要針對(duì)危害性較高的故障，同時(shí)可能需要借助外部資源；④完善設(shè)備的檢查、檢測及維護(hù)手段，目前針對(duì)履帶起重機(jī)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(shí)現(xiàn)降低庫存積壓，同時(shí)避免設(shè)備因缺少備件導(dǎo)致的停機(jī)，需要制定一個(gè)合理的備件策略。

2.2 預(yù)防性維修策略實(shí)施方案

實(shí)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(diǎn)和設(shè)備實(shí)際故障發(fā)生情況。以某臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)正常的履帶式起重機(jī)為調(diào)研對(duì)象，針對(duì)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(shí)增加對(duì)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(dòng)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(yàn)、測試操作，需要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行空載試驗(yàn)，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(duì)臂桿金屬結(jié)構(gòu)盡量能做到定期扒桿進(jìn)行徹底的外觀檢查，定期請專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)對(duì)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測等安全評(píng)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(yáng)系統(tǒng)。首先在日常檢查中需要考慮對(duì)起重臂、桅桿卷揚(yáng)棘爪進(jìn)行目視檢查，這是卷揚(yáng)安全操作的重要保障。定期對(duì)卷筒、滑輪、鋼絲繩進(jìn)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(jìn)行防撞極限測試，確保卷揚(yáng)達(dá)到限位后制動(dòng)器能自動(dòng)啟動(dòng)，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(jìn)行更深層次的檢查，主要是定期進(jìn)行回轉(zhuǎn)制動(dòng)試驗(yàn)和回轉(zhuǎn)鎖定試驗(yàn)，確保制動(dòng)器和鎖定裝置功能正常。

（6）動(dòng)力系統(tǒng)。從動(dòng)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(dòng)機(jī)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(bào)；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(yùn)載系統(tǒng)。目前對(duì)于運(yùn)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(duì)松緊異常的情況進(jìn)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(duì)于管線及接頭密封圈的備件可以按季度提報(bào)；罐體、油泵等備件確保有庫存即可。還需加強(qiáng)檢查情況，日常檢查中需要觀察各潤滑點(diǎn)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(gè)故障事件下的兩種維修方式的維修成本和停機(jī)時(shí)間對(duì)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(shí)際發(fā)生故障的統(tǒng)計(jì)、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(shí)際的維修情況。

通過兩種維修方式的對(duì)比，主要體現(xiàn)在3 個(gè)方面：①FMEA分析和定期進(jìn)行安全評(píng)估，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(yùn)行成本和停機(jī)時(shí)間；③建立合理的備件策略，根據(jù)部件的實(shí)際更換情況進(jìn)行備件采購，避免設(shè)備故障后因缺少備件造成的停機(jī)，同時(shí)避免了盲目采購，實(shí)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(shí)際案例中的推演

為進(jìn)一步說明預(yù)防性維修策略的優(yōu)越性，根據(jù)實(shí)際調(diào)研的履帶起重機(jī)的實(shí)際使用情況，針對(duì)3 個(gè)實(shí)際發(fā)生的故障案例，按通過理論推演的方法，詳細(xì)描述預(yù)防性維修策略的理論實(shí)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(gè)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(gè)支重輪，每個(gè)支重輪成本約1 萬元，直接造成經(jīng)濟(jì)損失約2 萬元，并造成了3 d 停機(jī)。根據(jù)預(yù)防性維修策略，若在日常檢查時(shí)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(dòng)不久后發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)熄火，儀表臺(tái)顯示屏報(bào)6#節(jié)點(diǎn)故障。通過對(duì)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(dòng)機(jī)排煙筒更換后方向裝反，并且在日常檢查中沒有規(guī)定對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)外觀進(jìn)行檢查，導(dǎo)致設(shè)備啟動(dòng)后發(fā)動(dòng)機(jī)排出的熱氣吹向發(fā)動(dòng)機(jī)，較高的溫度導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)部分電源線融化和6#節(jié)點(diǎn)直接燙壞，這一故障導(dǎo)致直接經(jīng)濟(jì)損失約2 萬元，同時(shí)造成了2 d停機(jī)。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(dòng)機(jī)外觀，可以在設(shè)備啟動(dòng)前就發(fā)現(xiàn)排煙筒方向錯(cuò)誤，及時(shí)更改后就不會(huì)出現(xiàn)故障。

（3）兩年時(shí)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(jì)發(fā)生26 次，故障頻率高達(dá)月均1 次，甚至存在剛換螺栓不到2 d 時(shí)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(shí)間磨損，帶載行走時(shí)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(gè)螺栓成本不高，但每次斷裂后更換螺栓的數(shù)量都在8 個(gè)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(jī)。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(shí)就及時(shí)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(gè)實(shí)例可以看出預(yù)防性維修策略的實(shí)施過程，清晰體現(xiàn)預(yù)防性維修策略的目的與意義，為實(shí)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(duì)大型履帶起重機(jī)進(jìn)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(yùn)用情況，與目前的維修手段進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)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(jī)維護(hù)、保養(yǎng)和維修的成本。