橋式起重機整機安全和壽命評估方法研究

門智峰,彭琳

(河北省特種設備監督檢驗研究院,河北 石家莊 050021)

橋式起重機整機安全和壽命評估方法研究

門智峰,彭琳

(河北省特種設備監督檢驗研究院,河北 石家莊 050021)

橋式起重機是現代生產不可或缺的運輸工具,由于使用頻繁、環境惡劣,易發事故.目前國內外只是針對起重機的單個機構進行安全評估,過于片面,無法真實地反映出起重機整機的安全狀況.將起重機整機劃分為6個單元分別進行評估,然后將各個單元的評估結果整合分析,最后得出總的評估意見,這樣就能夠真實的反映出起重機整機的安全狀況,確保起重機安全運行,避免安全事故的發生,也為起重機械的安全評價評估提供了一個新技術、新方法.

橋式起重機;整機安全;壽命;評估

起重機是用于垂直起升或垂直下降并且能夠水平移動物料的機械設備,是現代化工業生產過程中不可缺少的輔助設備,也是機械制造、加工、倉儲等企業不能缺少的生產設備.起重機械類型很多,橋式起重機在現代化企業生產中應用很普遍.但是由于在實際工作中,使用單位管理不到位、工人違規操作、維護保養不及時等原因,使得起重機的安全事故發生頻率比較高,經濟損失非常大,有的還造成人員傷亡.目前國內迫切需要一套能夠提供可靠的技術支持對大型起重機械設備進行全面的安全評價和壽命評估的有效方法.在對橋式起重機設備管理單元、主梁壽命單元、運行機構單元、電氣系統單元、安全防護裝置單元、載荷試驗單元分別進行安全和壽命評估的基礎上,再對橋式起重機整機安全和壽命進行評估,給出橋式起重機整機需要檢修、大修、更換或報廢的建議結論,最終形成一套方法先進、可操作性強、推廣應用價值較高的橋式起重機整機安全和壽命評估方法,對于預防和減少事故,保障生命和財產安全具有非常大的意義.

1 起重機械安全評估的發展

隨著對起重機械的使用需求的不斷擴大,起重機械的設計、制造也向著大型化、自動化和多功能化的方向發展.由于鋼鐵、港口運輸等企業所使用的起重機普遍存在噸位大、使用頻繁、工作環境惡劣、事故頻發.2016年全國總共發生特種設備安全事故233起,起重機械的事故有94起,因起重機械造成的安全事故死亡人數,為總的死亡人數的51.67%.為此,起重機械安全問題不得不引起重視.

改革開放以來,有關安全系統工程我國也開始采用,在故障的診斷、可靠性評價和安全管理等方面都提出了要求,積極推進了安全評價評估工作的發展.國內各大企業、有關科研機構,特種設備檢驗檢測機構等也開始關注起重機械結構、部件、安全裝置使用狀況的安全性研究,對安全操作也都做出了相應的規定,對起重機械操作工人也制定了相關的操作規程.國家專門成立了由各部門、行業的專家組成的特種設備安全科技發展規劃研究機構,負責特種設備安全中長期科技發展規劃和研究.目前只是針對起重機的單個機構進行安全評估,例如起重機的主梁、起重機的起升機構.這種評估方法過于片面,無法真實地反映出起重機整機的安全狀況.對于起重機械整個系統的安全與壽命風險評估評價還需要進行大量的工作.

2 橋式起重機整機安全和壽命評估方法

對起重機械的以下六個主要單元的危險因素分別進行區分,依據起重機械相關標準和檢驗規側進行檢測,再運用合理的安全性評估方法進行定性或定量分析,建立數學模型,聘請起重機械領域的專家進行打分,得出起重機械的實際危險程度等級,獲取權重數值,并依據權重數值的大小對橋式起重機整機安全和壽命進行評估.最終形成一套方法先進、可操作性強、推廣應用價值較高的橋式起重機整機安全和壽命評估方法,給出橋式起重機整機需要改造、修理、更換或報廢的建議結論.

(1)設備管理單元.《中華人民共和國特種設備安全法》等相關法律法規和技術規范規定,使用單位應建立健全特種設備安全管理制度,加強起重機械設備的日常管理,加強起重機械作業人員的培訓學習,提高操作技能,保障設備的安全使用.然而,在日常實際工作中,使用單位對起重機械的安全管理松懈,沒有設定專職或者兼職的特種設備安全管理人員,對設備的技術資料和檔案未按要求管理存檔,對設備的日常巡視檢查不到位,未按要求進行定期檢查和定期維護保養或者不到位,未按相關的安全管理制度進行監管,最終留下一些安全隱患.

設備管理安全評估是通過查閱設備的日常管理制度是否健全、設備檔案和技術資料是否完善、日常維護保養是否全面等方面,對設備管理單元進行定性分析.

(2)主梁壽命單元.主梁是橋式起重機的非常關鍵的承載部件,主梁的剛度和強度相當重要.由于在制造過程中,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、沒有焊透等缺陷,這些地方很容易發生應力集中產生嚴重的危險裂紋,很難修復,在繁重和頻繁的工作過程中,出現疲勞破壞,最終將導致起重機主梁發生疲勞失效.

橋式起重機主梁壽命評估研究主要包括以下四個方面.①構建一套起重機主梁受力幾何模型,再對有限元應力進行分析.②構建完整的數據采集系統,進行數據收集處理.③根據疲勞理論知識,分析橋式起重機的實際工作狀況,選用適合的主梁鋼結構疲勞壽命評估的方法.④對橋式起重機的主梁進行壽命評估.

(3)運行機構單元.起升機構、小車運行機構、大車運行機構是起重機運行機構的三大組成部分.在生產中,由于起重機長時間而又是斷續的工作,所用電動機處于頻繁的起動、制動、反轉狀態;負載也欠規律,時重時輕,還經常承受大的過載和機械沖擊,致使主要零部件加速磨損和損壞.電動機、制動器、減速器等作為各個運行機構的主要零部件,是運行機構安全評估的關鍵所在.起重機運行機構安全評估是針對橋式起重機的運行機構(包括起升機構、大車運行機構、小車運行機構)的主要零部件,選取不同參數量對各個零部件,進行定量、定性分析,得到各個零部件的評價結果.并依據獲得評價結果,聘請起重機械領域的專家進行打分,最終獲取權重值.并依據權重數值的大小對橋式起重機運行機構做出安全評估.

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

電氣系統單元安全評估是對起重機的供電電源、饋電裝置、電氣設備及元件、電線及電纜、絕緣電阻、接地電阻、緊急斷電開關、短路保護裝置、失壓保護、零位保護、過流過載保護等裝置進行定量、定性分析評估,判定其符不符合起重機械制造標準和檢驗規則相關的要求.

(5)安全保護裝置單元.由于維護保養不到位,導致限位裝置的撞尺變形;行程限位器開關損壞;連鎖保護電氣開關損壞;緩沖器脫落和破損;掃軌板、止擋撞擊變形;起升高度限位開關損壞;超載限制器失效或者不可靠等問題都會造成起重機發生重大安全事故.

安全保護裝置單元的評估是對大小車行程限位器、連鎖保護裝置、緩沖器、掃軌板、止擋、起升高度限位、超載限制器等安全保護裝置進行定量、定性分析,判定其符不符合起重機械制造標準和檢驗規則的相關要求.

(6)載荷試驗單元.起重機載荷試驗的目的是檢查起重機及其各部分的結構承載能力,起重機在使用一段時間后,由于結構內應力、高溫環境、操作工使用不合理等因素的影響,主要受力結構件異常,主梁的上拱度會逐漸的減小,出現永久性的變形致上拱度下撓;操縱機構不靈活;控制系統和安全保護裝置失效;各運行機構不正常;主要機構連接處松動或損壞等.載荷試驗單元安全評估是依據起重機械制造標準和檢驗規則的要求,對起重機進行必要的性能試驗,如空載試驗、額載試驗、動載試驗和撓度的測量,判定其符不符合相關標準和檢規的要求.

(7)評估結論.通過對以上各項的總結評價,最后得出評價結論.

①安全.該起重機所有機構、主要部件、安全裝置等狀況良好.整機可以繼續安全使用.②合格.該起重機機構、主要部件、安全裝置的安全指標都符合規定,只存在少量安全指標不符合相關要求,對整臺設備安全影響很小.不需要停止使用,但需要維修和調整.③異常.該起重機機構、主要部件、安全裝置的大部分安全指標或部分重要指標不符合相關要求,對整機安全影響比較大,但可以通過修復達到要求.整機需要修理后再重新評估,評估合格后才能繼續使用.④危險.該起重機機構、主要部件、安全裝置的大部分嚴重損壞,無法修復或者修復困難,對整機安全影響極大,通過維修和調整都不能達標.整機做報廢或停車大修處理.

3 結語

做好起重機械的安全評估工作是特種設備檢驗檢測機構重要的工作職能和社會責任.本文提供的方法不僅適用于橋式起重機整機安全和壽命評估,而且還可以推廣到門式起重機、塔式起重機等多種起重機械的整機安全和壽命評估,對于特種設備檢驗檢測機構適應市場需求,開展評估評價業務,保障起重機械安全起到推動作用.

[1]王福綿.起重機械技術檢驗[M].北京:學苑出版社,2000.

TH21

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1671-0711(2017)11(下)-0082-02