基于現(xiàn)場檢驗的架橋機安全評估風(fēng)險預(yù)判

范雪騏 薛志鋼 蘇文勝 巫 波 胡東明 吉麗明

1 江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院無錫分院 2 國家橋門式起重機械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心

1 引言

隨著高鐵的大量建設(shè)，用于高鐵建設(shè)的設(shè)備架橋機也被廣泛關(guān)注。架橋機的主要作用是架設(shè)高鐵上起支撐作用的箱梁，其安全使用對高鐵的建設(shè)起著至關(guān)重要的作用。近年來，隨著架橋機的廣泛應(yīng)用，由于人員違規(guī)操作、違規(guī)指揮、監(jiān)管不力、設(shè)備陳舊等原因造成事故頻繁發(fā)生，因此學(xué)者提出了架橋機安全評估的必要性[1]。《架橋機安全規(guī)程》[2]中明確了架橋機使用達到以下條件之一要對其進行安全評估：架梁片數(shù)達到1 000孔/2 000片/3 000節(jié)，安裝拆卸專場次數(shù)4次，出廠年限達到5 a。檢驗的內(nèi)容應(yīng)包括承載結(jié)構(gòu)、機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、安全系統(tǒng)。但是在實際安全評估中，缺少安全評估的風(fēng)險預(yù)判。安全評估主要的過程依次為：風(fēng)險辨識、高風(fēng)險項目提供檢測方案、確認(rèn)風(fēng)險狀況、提出整改措施消除或減低風(fēng)險、確定最終風(fēng)險等級、風(fēng)險確認(rèn)。風(fēng)險辨識和高風(fēng)險檢測方案的制定是安全評估的首要任務(wù)，也是安全評估后續(xù)工作的基礎(chǔ)。本文基于架橋現(xiàn)場檢驗的現(xiàn)狀，結(jié)合橋式起重機檢驗的方法對架橋機的風(fēng)險辨識進行研究，并制定了架橋機的檢測方案。

2 架橋機的現(xiàn)狀

根據(jù)架橋機作業(yè)環(huán)境的不確定性，我國研發(fā)了眾多品種的架橋機，但是其工作類型大致相似，分為架梁和過孔2種工況，架橋機不同的系統(tǒng)協(xié)調(diào)參與，保證2個工況安全有序地進行，一旦某個系統(tǒng)的設(shè)備出現(xiàn)問題都有發(fā)生事故的風(fēng)險。

2.1 承載結(jié)構(gòu)

架橋機的承載結(jié)構(gòu)是其他系統(tǒng)的支撐平臺，是橋梁得以安裝的支撐部件。承載結(jié)構(gòu)主要由支腿、主梁、導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)組成。由于架橋機是露天作業(yè)，積水和腐蝕在架橋機中普遍存在，會導(dǎo)致主梁板的厚度減少，進而降低主梁的承載能力。此外，連接主梁、扁擔(dān)梁的螺栓松動、斷裂、規(guī)格不統(tǒng)一現(xiàn)象也普遍存在。小車軌道是小車行走的基礎(chǔ)，軌道之間的縫隙較大，同時還存在軌道在連接處高低不平、小車啃軌、軌道多處拼接的現(xiàn)象。

通過應(yīng)變測試的方法對主梁承載能力進行評價，可選擇電阻式或光纖式應(yīng)變傳感器。某架橋機吊裝應(yīng)力時程曲線見圖1。該架橋機的最危險工況兩小車分別在前主梁和后主梁中間位置附近，此外在架梁過程中，小車移動和機構(gòu)升降都比較慢，對結(jié)構(gòu)應(yīng)力放大作用不明顯。過孔過程結(jié)構(gòu)應(yīng)力時程曲線見圖2，在此過程中結(jié)構(gòu)剛度降低，并且臨時軌道較差的平整度激勵結(jié)構(gòu)振動，使結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出應(yīng)力放大效應(yīng)，此外還應(yīng)對過孔過程中的動剛度測試，保證該響應(yīng)不會降低駕駛員的舒適度，進而影響駕駛員的操作。

圖1 吊裝應(yīng)力時程曲線

圖2 過孔應(yīng)力時程曲線

2.2 機械系統(tǒng)

機械系統(tǒng)主要是架橋機的傳動系統(tǒng)。相比于橋式起重機，架橋機的流動性比較大，故銷軸缺失、無效銷軸、聯(lián)軸器的螺栓松動等現(xiàn)象較為明顯。部分減速機在使用過程中存在響動，可以利用振動的方法對減速機內(nèi)部的早期故障進行識別，還可以通過對軸是否對中、螺栓是否松動進行診斷。此外，承托鋼絲繩的托輥滾動不暢，會造成鋼絲繩在托輥上磨損，磨損嚴(yán)重的托輥出現(xiàn)較深的磨痕，會嚴(yán)重磨損鋼絲繩，降低鋼絲繩的使用壽命；導(dǎo)線繩缺失會造成導(dǎo)線無法正常滑動。

2.3 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要應(yīng)用在架橋支腿的升降、控制扁擔(dān)梁橫移運動、安全制動器開閘等方面。漏油是架橋機液壓系統(tǒng)普遍存在的現(xiàn)象，主要出現(xiàn)在換向閥、液壓推桿、管路等部位。

2.4 電氣系統(tǒng)

架橋機的電氣系統(tǒng)主要作用是控制、監(jiān)控各個傳動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，是架橋機得以運轉(zhuǎn)的核心。短路、過流、零位、失壓等保護、聯(lián)鎖保護裝置和急停開關(guān)在絕大多數(shù)的架橋機上都能夠有效使用。但許多電控柜接地保護大多缺失，通過測試發(fā)現(xiàn)絕緣電阻不足。

2.5 安全系統(tǒng)

安全系統(tǒng)是保障架橋機健康運營、保護工作人員安全的重要部分。但是在實際檢驗過程中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的安全監(jiān)控系統(tǒng)處于無效狀態(tài)，或者監(jiān)控系統(tǒng)中某些監(jiān)控量無法正常工作。此外，安全保護裝置的傳感器沒有安裝、安裝不當(dāng)或者無法正常工作的現(xiàn)象普遍存在，如風(fēng)速傳感器安裝在司機室上面、安全制動器開關(guān)傳感器缺失、重量傳感器無法顯示重量、某些止擋部件、緩沖裝置缺失、使用外力將接觸器強制吸合等；架橋機電動葫蘆上導(dǎo)繩器缺失、吊鉤防脫裝置缺失現(xiàn)象也普通存在。

3 架橋機安全評估方案設(shè)計

基于以上的風(fēng)險分析，結(jié)合橋式起重機的特點，制定架橋機安全評估方案，包括資料審查、整機和機械性能檢測、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、安全裝置、運行試驗7個部分。

資料審查主要是檢查設(shè)備的歷史使用狀況和自身的相關(guān)參數(shù)，包括制造許可證、出廠合格證、使用說明書、基本信息與資料表、主要技術(shù)參數(shù)表、使用記錄、維修保養(yǎng)記錄、事故記錄等，檢查以上資料信息是否齊全，記錄是否完整。

整機和機械性能的檢測主要是檢測架橋機的整體外觀和功能性檢查，檢驗的項目包括：主要鋼結(jié)構(gòu)是否有可見的變形、裂紋和腐蝕；連接螺栓和銷軸是否牢固和固定可靠，型號規(guī)格是否正確；主要焊接外觀不得有目測可見的裂紋、孔穴、固體夾渣等缺陷；同時仔細(xì)檢查焊接邊緣板材有無裂紋和層間撕裂；可疑處應(yīng)刮開油漆，用放大鏡觀察是否有裂紋等；電箱電纜要完整無破損；防護罩殼要完整且固定可靠；各機構(gòu)應(yīng)安裝牢固無漏油，運動靈活且無卡阻；吊具包括扁擔(dān)梁和吊桿，其中扁擔(dān)梁結(jié)構(gòu)無變形和裂紋，螺栓要型號正確且連接可靠；吊桿表面應(yīng)光潔，無剝裂、毛刺、裂紋等，吊桿應(yīng)利用磁粉對螺紋進行無損檢測，宜用環(huán)形探頭對螺紋進行探傷；滑輪結(jié)構(gòu)應(yīng)靈活、潤滑良好，磨損量不超過GB6067.1-2010的要求；卷筒表面無裂紋，筒壁磨損量不應(yīng)超過原壁厚20%，且鋼絲繩纏繞無亂繩現(xiàn)象；觀察軌道磨損、接頭間隙、波浪度等。

架橋機的電氣系統(tǒng)和橋式起重機相似，可按照《起重機定期檢驗規(guī)則》[3]的具體項目進行檢驗，包括短路保護、過流保護、零位保護、失壓保護、斷錯相保護、整機動作警示都應(yīng)具備，且功能完好；急停開關(guān)應(yīng)能夠在司機室和電氣室內(nèi)斷開總電源，且急停按鈕為非自復(fù)位式；架橋機動力線路導(dǎo)線和保護接地電路之間絕緣電阻不應(yīng)小于1 MΩ；架橋機金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)可靠接地。

相對于橋式起重機，液壓系統(tǒng)是架橋機獨有的，根據(jù)液壓系統(tǒng)的使用情況和目的，從以下幾個方面進行檢驗：液壓系統(tǒng)應(yīng)有防止過載和液壓沖擊的安全溢流閥，且溢流閥的調(diào)整壓力不得大于系統(tǒng)正常工作壓力的110%，不得大于液壓泵的額定壓力；液壓系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有滿足系統(tǒng)要求的過濾器或者其他防止油污染的裝置；液壓系統(tǒng)中，應(yīng)有防止因物品或主梁自重等作用，使液壓馬達超速的措施或裝置(如平衡閥)，平衡閥與油缸和液壓馬達應(yīng)剛性連接；有相對運動的部位采用軟管連接時，應(yīng)當(dāng)盡可能縮短軟管長度，避免相互摩擦碰撞，易受到損壞的外露軟管應(yīng)當(dāng)加保護套；系統(tǒng)采用蓄能器時，必須在蓄能器上或者靠近蓄能器的明顯處標(biāo)出安全警示標(biāo)志；對于工作壓力超過5 MPa或溫度超過50℃，并位于架橋機操作者1 m范圍之內(nèi)的液壓軟管，應(yīng)加裝安全防護裝置[4]。

安全裝置的檢驗主要包括安全監(jiān)控系統(tǒng)、安全保護裝置和保護工作人員自身安全的設(shè)備和結(jié)構(gòu)。安全監(jiān)控系統(tǒng)要數(shù)據(jù)可靠，并且符合《起重機械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》[5]的相關(guān)要求；起重量限制器要有效，當(dāng)起重量大于最大額定起重量并小于110%額定起重量時，應(yīng)停止上升方向動作，但應(yīng)有下降方向動作；起升高度限位器選型要正確且有效；在架橋機整機橫移和吊梁小車每個運動方向裝設(shè)行程限位器；檢查軌道端部是否具有緩沖器及端部止擋裝置，并確定該裝置是否牢固可靠；針對具有下導(dǎo)梁的架橋機要檢查架橋機在過孔狀態(tài)下，下導(dǎo)梁是否與橋墩進行錨定連接；架橋機應(yīng)安裝有抗風(fēng)防滑裝置，且該裝置應(yīng)安裝可靠、性能完好；有關(guān)工作人員人身安全的防護設(shè)備要具備且性能完好，如外部旋轉(zhuǎn)部件防護、走臺、欄桿、爬梯等。

運行試驗的主要目的是檢測架橋機在實際工作工況中的運行狀態(tài)，檢驗包括空載、額定載荷和過孔行走3種工況下各個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)情況是否正常可靠和噪聲測試，同時要對架橋機在額定載荷和過孔2種工況下進行應(yīng)力測試，以檢測結(jié)構(gòu)在2種工況下的承載能力。此外，根據(jù)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)可知，如果條件允許，應(yīng)對架橋機在過孔工況進行動剛度測試，檢驗過孔過程結(jié)構(gòu)振動是否會給駕駛員帶來不適。在吊裝和過孔2種工況下，利用水平儀或全站儀對主梁的靜剛度進行測試，查看2種工況下主梁的變形情況是否在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

4 結(jié)語

基于對多臺架橋機的現(xiàn)場測試情況，結(jié)合橋式起重機的相關(guān)檢驗方法，完成了架橋機安全評估的風(fēng)險辨識和檢驗方案制定工作，為架橋機的安全評估奠定了基礎(chǔ)。