大型起重設備關鍵部件的檢測與事故預防

齊凱

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

1 1200

噸提梁機主鉤銷軸斷裂事故經過1.1 1200噸提梁機出運2000噸箱梁概況

某海灣大橋第12合同段主要負責60m箱梁整孔預制和安裝376片，每片箱梁重約2000噸。箱梁出運由兩臺1200噸提梁機雙機聯動，將箱梁從存梁臺座運至駁船，拖輪將駁船拖至安裝地點后，再由2600噸起重船"奮進號"進行安裝。

1.2 銷軸斷裂事故的經過

1200噸提梁機由中交四航局與鄭州華中建機有限公司共同研制，單臺額定起重量為1200噸，為目前國內起重能力最大的門式起重機。2008年7月底正式投入使用，并經過國家相關檢測部門檢測，取得了合格證。2009年6月16日，某海灣大橋第12合同段項目部的2臺1200噸提梁機正在進行箱梁起升操作時，主鉤的φ240銷軸發生整體斷裂，由于箱梁未完全起吊，起吊重量僅為單鉤380噸，故未發生設備傾覆、人員傷亡等情況。從設備正式投入使用到發生機損事故止，共出運箱梁165件，未發生任何事故。

1.3 事故原因分析

為進一步確認事故原因，委托青島持恒工程技術有限公司對2臺設備的吊具的全部銷軸進行超聲波探傷檢測，其中φ130銷軸檢測結果均為合格，但主鉤8根φ240銷軸（包括已斷裂銷軸）檢測評定級別為C級，全部為不合格。銷軸內部有超標缺陷，對現場的斷裂式樣經過低倍組織及缺陷酸蝕檢驗分析，發現切片上（銷軸內部）有不同程度的嚴重酥松、夾渣物和裂紋缺陷，此類缺陷的存在導致銷軸的強度和韌性指標大大降低，是造成本次事故的直接原因。

1.4 事故解決處理

為滿足生產需要，生產廠家將2臺1200噸提梁機大鉤φ240銷軸共計8根全部更換，更換的銷軸材質為40Cr，并對全套吊具進行重新的審核計算，提供有效的改進措施及設計方案。青島持恒工程技術有限公司到現場對8條新銷軸進行超聲波檢測，檢測結果為合格。銷軸安裝完成后，為確定新銷軸是否能夠滿足工作強度要求，華中廠家技術人員對全部8根新銷軸進行650t加壓試驗。加壓試驗后，8根銷軸均發生變形，且進行超聲波檢測后發現，在銷軸的距端部180-240mm范圍的斷面內，銷軸整個圓周范圍內都有明顯的缺陷，無法滿足要求。

發生了第一次銷軸更換不滿足要求的事件后，經過專家討論，進行了方案加強修改：

原來銷軸材質為40Cr。該材料存在質量問題，且銷軸的強度等級不夠，加上內部缺陷以及熱處理及加工不滿足要求，導致性能存在很大缺陷，完全滿足不了要求。經過反復論證，決定將銷軸的材料調整為40CrNiMoA，作為改進銷軸的材質，鋼材原材料來自山東齊魯特鋼。要求原材料必須進行鍛造加工，在進行熱處理（調質）后，達到國家規定的技術指標；對銷軸表面進行磨削加工，確保銷軸的表面粗糙度達到要求；

經分析，認為原 φ240mm（40Cr）銷軸受力不滿足使用載荷。針對吊具的實際情況，將銷軸直徑加到φ280mm左右，提高銷軸的承載能力，并由華中建機進行重新的設計、并提供完整的設計及計算書。

2 類似其它設備關鍵部件損傷引發事故的共性思考

除本次銷軸斷裂事故外，僅廣東省近年來就發生的多起重大安全事故，筆者認為，此類事故的根本原因在于設備關鍵部位未能及時、定期檢測，關鍵部件由于長期高負荷運行，產生不同程度的金屬疲勞與損傷，最終導致事故的發生。

隨著大型、超大型起重設備不斷的投入應用，除日常的保養外，設備關鍵部件的定期檢測成為設備管理的重點工作。以施工生產為例，大型起重設備長期、穩定運行成為施工生產的重中之重，大型起重設備一旦發生故障，維修難度高、時間長，對工期和安全都有很大的影響，一旦發生人員傷亡，對企業的損失更是巨大。

3 大型起重設備關鍵部位的檢測及事故預防措施

本次事故發人深思，銷軸內部結構發生變化，在日常檢修與保養中難以發現，在日常操作中帶"病"工作，使用的最終結果就是嚴重事故。類似的危險源很多，唯一的解決辦法就是加強關鍵部件的定期檢查，及早發現危險，并進行維修。針對設備關鍵部位預防事故主要有以下幾個方面：

3.1 關鍵部位的設計應經過反復驗算并合理選擇材質

針對本次事故，銷軸采用的材質是發生事故的一個因素，1200噸提梁機雖然不是24小時運行的設備，但是每天的工作量不少，2000噸箱梁的場內轉運及出運都依賴提梁機的操作，每天工作8-12小時，銷軸等關鍵部件對材質抗疲勞、強度、韌性要求高。因此，關鍵部件選取合適的材質，并反復進行計算和驗算，是設備設計過程的一個非常關鍵的步驟。

3.2 設備運行過程中對關鍵部件進行定期檢測

定期檢測是設備管理中非常重要的一環，在一般企業中，設備檢測一般只是靠目測、耳聞、鼻嗅、使用簡單的測量工具等方法。但是，隨著設備不斷變大，大部分關鍵部件難以通過直接觀察進行檢測，例如承力件中最常見也是最危險的缺陷－疲勞裂紋等。此時，對不可見部位進行無損檢測是一個設備關鍵部件探傷的有效手段。無損檢測是在不損壞工件或原材料工作狀態的前提下，對被檢驗不見的表面和內部質量進行檢查的一種檢測手段。大部分危險源若是正確地采用滲透檢測(對被檢件表面粗糙度有一定要求)、磁粉檢測(必須是鐵磁材料)、渦流檢測(必須是導電材料)、超聲波檢測以及射線照相檢測(基本上不受材料種類影響)這些常規的無損檢測方法就能有效地檢測出來。

無損檢測技術主要是根據物質的各種物理特性變化，在不損傷被檢物使用性能與形狀的條件下可以實現百分之百檢查，從而判斷被檢物的質量狀況。為了保障在役設備的安全運行，無損檢測技術可以充分發揮其非破壞性及可靠性并且在許多情況下更可以實施原位檢測(即不需拆卸解體)的特長。就目前已經應用的無損檢測技術方法而言就已達到數十種，主要有超聲波檢測、磁粉檢測、渦流檢測、射線照相檢測和滲透檢測(稱為五大常規方法)。當然，各種無損檢測方法也各有其不同特點，有各自的檢測工藝要求、適用對象與檢測范圍。

無損檢測現正不斷在各個應用領域進行推廣，如結構件探傷、鋼絲繩斷絲檢測、內孔表面缺陷檢測等，各種成熟的無損檢測產品也逐步上市。因此，對重要設備的關鍵部件定期檢測逐步得到重視，以確保設備運行的安全。

3.3 建立大型起重設備定期檢測制度

大型起重設備管理制度及保養、檢修制度很多，設備類型很多，難以一一舉例。在此，就以制訂1200噸提梁機的定期檢測制度作為范例，對設備運行管理提出具體要求，要求如下：

2臺1200噸提梁機派遣技術過硬的操作人員進行專門的操作和日常維護。務必堅持日檢、例行保養等，確保設備正常，杜絕違章作業。派遣固定的專業指揮人員負責對箱梁的橫移、縱移全過程進行指揮，并嚴格按照設備的安全操作規程的要求進行。杜絕違章指揮、違章作業。

2臺1200噸提梁機在有空閑時間情況下，對吊具進行詳細的檢測工作。進一步確認吊具是否合格，是否還存在隱患。

設備調試和試運行階段，須進行全面檢測，包括試吊、靜載測試、關鍵部位超聲波測試等，這是驗證設計合理性和適用性的重要手段，并作為試運行階段結構受力及穩定性進一步分析的重要依據。

建立長期的定期檢驗工作。在每縱移出運50-60片箱梁后，請有關單位對設備，特別是受力的關鍵部件（銷軸）、主鉤鋼絲繩等，進行檢測工作。確保各關鍵部件長期處于可靠狀態。

4 結語

綜上所述，加強大型設備質量驗收檢驗工作，是有效控制事故預防的重要舉措，同時，大型設備的主要結構的制造質量必須嚴格把關，對進口設備也應認真檢驗。對設備重要部位，應結合設備特點定期檢驗；進行必要的無損探傷檢測。在設備運行前，必須制定安全操作和維護保養規程，并嚴格執行。

[1]吳彥，沈功田，葛森.起重機械無損檢測技術[J].無損檢測，2006-07-10.