基于模擬分析的電動葫蘆門式起重機吊裝事故研究

鄧代軍 謝 磊 肖 軍 周傳林

湖北特種設備檢驗檢測研究院宜昌分院 宜昌 443005

起重運輸機械高效、便捷的性能和強大的起重運輸能力在工業生產活動中起著巨大的作用。但作為涉及生命財產安全的特種設備，若在與其相關聯的作業活動中使用不當有可能會造成嚴重的后果。電動葫蘆門式起重機是以電動葫蘆作為起升機構的門式起重機，一般以單主梁結構為主，起重量較小，主要用于露天作業的工廠、碼頭、料場、工地等場所裝卸貨物。這類使用場所的普遍共性是條件簡易、環境復雜，有的是臨時作業場所，在露天環境下起重機更易腐蝕，設備需要經常性維護保養。這類設備操作簡單，一般以地控或遙控居多，這種操作方式下的作業人員不需取得特種設備作業人員證，僅由使用單位加強教育培訓，因此若使用管理不當容易發生危險。本文根據一起真實發生的事故案例，通過查閱資料、現場勘察、測試檢查、模擬事故現場、建立尺寸鏈模型、還原事故經過等方式，對事故發生的原因進行認真的分析，總結教訓并結合實際提出預防措施和建議，以期對相關單位及作業人員有所幫助和警示，避免類似事故發生。

1 事故概況

2020年7月30日下午14時，位于某公司廠房車間的1臺電動葫蘆門式起重機在起吊該公司自制的噴沙房箱體頂蓋結構件（以下簡稱被吊物）時，因被吊物不平衡發生傾斜，在用人力拉拽的過程中，起吊索具從吊鉤內脫落，造成現場1名作業人員受被吊物擠壓致死，3名作業人員受傷的傷害事故。

該設備為電動葫蘆門式起重機；制造日期為2010年6月3日；型號為MH10t-20m A3；額定起重量10 t；跨度20 m；起升高度9 m；起升速度7 m/min；小車運行速度20 m/min；大車運行速度20 m/min；工作級別A3；操作方式為遙控操作；4倍起升倍率。

2 事故分析

2.1 被吊物

該被吊物為現場制作的不規則大型金屬框架結構，無設計圖。東西兩側鋼結構內分別安裝有箱板，東側箱板高1.2 m，西側箱板高0.71 m，東西兩側鋼結構上橫梁約1/3處均勻對稱設置4個吊耳，部分鋼結構連接處有斜支撐。最大外形尺寸為：8.22 m×9.39 m×1.20 m，總質量約2 000 kg，外形及尺寸如圖1所示。

圖1 被吊物外形及尺寸示意圖

該被吊物的特性是：體積大、質量重、物體上平面為長方形，整體東高西低呈梯形狀，質量明顯分布不均勻，物體質心不在其幾何中心。經現場檢查，事發后該被吊物完好無損。

2.2 索具

作業現場選用的索具為2副雙肢環鏈索具，分別用于懸掛東西兩側4個吊點。東側環鏈索具上端連接有吊環，雙肢下端分別裝有卸扣；西側環鏈索具上端連接有吊環，雙肢下端分別裝有吊鉤。2副雙肢環鏈索具長度均為4.50 m，且長度均不可調節。

經現場檢查，2副雙肢環鏈索具無變形、裂紋、磨損等缺陷，也未斷裂，均完好無損。

2.3 起重機

2.3.1 吊鉤

吊鉤額定起重量為10 t，整體無裂紋、變形、明顯磨損、開口度增大、扭轉等缺陷，且吊鉤懸掛牢固可靠，轉動靈活、整體完好。

2.3.2 吊鉤防脫鉤裝置

該吊鉤防脫鉤裝置為卡片式結構，該裝置由安全卡、雙扭彈簧、螺栓組成，如圖2所示。經現場檢查，事發后安全卡處于吊鉤開口以外非正常工作位置。安全卡長110 mm，寬39 mm，安全卡無明顯變形，雙扭彈簧功能有效，螺栓緊固完好。通過將安全卡恢復到正常工作位置后手動測試，安全卡動作復位靈活，防脫鉤裝置具備正常防脫鉤功能。

圖2 吊鉤防脫鉤裝置結構示意圖

2.3.3 安全性能

現場對該電動葫蘆門式起重機各項性能安全進行了檢查，并進行空載試驗及額定載荷試驗，各機構動作平穩、制動可靠、運行正常，排除事故發生時因起重機安全性能的原因出現溜鉤或其他故障的可能性。

2.4 模擬分析

2.4.1 模擬事故現場

為還原事故真相，將吊鉤防脫鉤裝置恢復到正常工作位置，在采取相應安全措施的前提下，現場模擬事發時的工作狀態，如圖3所示，重新用2副雙肢環鏈索具懸掛被吊物，在索具張緊后緩慢提升被吊物，待被吊物一端離地后停止，進行現場觀察確認。

圖3 模擬事故現場圖

由現場模擬狀態可知：

1）被吊物質量不平衡，起吊后發生嚴重傾斜，一端（西側）離地，另一端（東側）未離地。主要原因是由于被吊物質心不在其幾何中心，東側重、西側輕，而4個吊點均勻對稱布置，選用的索具為等長且不可調節，吊點的布置和索具的選用是按照質心在幾何中心的規則物體準備的，故被吊物起吊后一定會發生傾斜且無法調整。

2）2副雙肢環鏈索具張緊后均趨于水平狀態，吊鉤開口方向朝西側，西側索具吊環位置已接近吊鉤開口處。隨著吊鉤繼續起升，被吊物傾斜將更加嚴重，西側索具位置將繼續抬高，吊環與吊鉤間夾角將繼續減小，吊環位置將更接近吊鉤開口處，存在較大脫出風險，如圖4所示。

圖4 吊鉤與吊環位置圖

3）吊鉤防脫鉤裝置安全卡受到西側索具吊環的擠壓，產生了嚴重變形。由此可以判斷事故發生時，吊鉤防脫鉤裝置處于吊鉤鉤口以外非正常工作位置，未投入使用。

2.4.2 建立尺寸鏈模型

根據現場模擬狀態對2副雙肢環鏈索具以及4個吊點間形成的尺寸鏈進行模擬分析。

如圖5所示，由于被吊物上平面為長方形，4個吊點均勻對稱布置，所以4個吊點A、B、C、D及吊鉤E點通過索具共同形成一個正四棱錐狀模型，其中：雙肢環鏈索具AE和BE為1副索具，CE和DE為1副索具，AE=BE=CE=DE=4.50 m；吊點間距：AB=CD=3.09 m ；AD=BC=8.22 m。

在起吊受力鉛垂面ACE面內（見圖5陰影部分），兩副索具其中相對應的兩肢AE和CE長度之和為：AE+CE=4.50+4.50=9.00 m

圖5 尺寸鏈模型示意圖

∵AC2=AD2+CD2，AD= 8.22 m，CD=3.09 m

∴AC=8.78 m

∴AE+CE-AC=9.0-8.78=0.22 m

由此可見，在受力鉛垂面ACE面內，相對應兩肢AE和CE長度之和僅比吊點間最大長度AC略大，說明選用的兩副雙肢環鏈索具長度明顯過短。

另，可計算出相對應兩肢AE和CE間夾角α：

∵COSα=（AE2+CE2-AC2）/2AE×CE，AE=4.50 m，CE=4.50 m，AC=8.78 m

∴α=154.6e

根據現行有效的LD 48—1993《起重機械吊具與索具安全規程》14.7.2.10項：吊索提升吊重時，應力求各分肢受力均勻，肢間夾角一般應不超過90°，最大時不得超過120°。同時，根據GB/T 16762—2009《一般用途鋼絲繩吊索特性和技術條件》4.3.3項：兩肢相對應的吊索夾角α不應大于120°。由上述計算結果可知，本案中物體起吊后相對應索具肢間夾角α=154.6°，遠大于120°，兩肢間形成夾角過大，導致2副雙肢環鏈索具幾乎與4個吊點處于同一平面，不符合相關要求。

由上述分析可知，本次起吊作業選用索具長度過短且不可調節，索具選用不當。

2.5 吊裝方案

根據GB/T 6067.1—2010《起重機械安全規程 第1部分：總則》17.2.1項：為了保證起吊的穩定性，應通過各種方式確認起吊載荷質心，確立質心后，應調整起升裝置，選擇合適的起升系掛位置，保證載荷起升時均勻平衡，沒有傾覆的趨勢。

本次事故發生前，使用單位未制定作業計劃，沒有根據被吊物的特性制定詳細的吊裝作業方案，現場作業人員未對吊鉤防脫鉤裝置等安全裝置進行檢查和恢復。事故發生時，作業人員發現被吊物傾斜后，沒有及時放下被吊物，更換索具，調整起吊點和物體質心位置，而是違章進入起重作業區域，通過鋼結構西側兩吊點下方設置的繩索拉拽被吊物，使被吊物在起吊過程中產生晃動，從而導致一側索具從吊鉤中脫落。

3 事故原因

3.1 直接原因

導致該事故發生的直接原因是：使用單位在吊裝作業前，未根據被吊物特性選用合適的索具，并在吊鉤防脫鉤裝置未投入使用，被吊物體起吊后發生嚴重傾斜的情況下，現場作業人員違章進入起重作業區域，通過繩索拉拽被吊物，導致一側索具從吊鉤中脫落，從而引發該事故。

3.2 間接原因

1）該使用單位未落實安全生產主體責任，未按GB/T 6067.1—2010《起重機械安全規程 第1部分：總則》中第11.1條的要求建立起重機安全工作制度，包括工作計劃、起重機和相關設備的正確選用、提供和使用，制定專門的培訓計劃并確定明確自身職責的主管人員以及與起重操作有關的其他人員等，現場管理混亂，缺乏必要的安全措施。

2）該使用單位安全管理人員未根據GB/T 6067.1—2010《起重機械安全規程 第1部分：總則》中第11.2條的要求制定起重作業計劃，包括載荷特性、索具的選用、起吊方法、作業空間環境、危險因素等內容，以便充分考慮各種危險因素，確保安全操作。

3）該使用單位未組織作業人員進行相關法律法規、規章制度、操作規程、事故案例等安全教育和技能培訓，作業前未進行安全技術交底，作業人員對起重機械的安全使用、司索指揮等知識掌握嚴重不足，以致違規操作。

4 預防及建議

4.1 制定起重作業計劃

起重機械吊裝作業不是簡單重復勞動，需要起重工、司索工、指揮人員、輔助人員等多工種相互配合、相互協調才能共同完成，因此需要充分準備、精心組織、統一指揮。作業前制定起重作業計劃是非常關鍵的步驟，尤為重要，需要根據現場環境、物體特性、起重機性能、吊運路線等，經過分析和計算物體的質量、體積、質心，選擇合理的吊點、索具和司索方法，采取可靠的吊運方法和安全措施，制定詳細的作業方案，做到分工明確、方法得當、安全有保障。實際工作中，很多單位對大型起重吊裝作業很重視，一般會預先制定起重作業計劃，但對很多小型、簡易、臨時吊裝作業重視程度不夠，沒有制定起重作業計劃，全憑臨場發揮，這樣有可能準備不充分、考慮不周全，不能確保安全可靠地完成吊裝作業。

4.2 選用合適的索具

在起重吊裝作業中，索具是吊具與吊運重物有效聯結的輔助用具，常用索具主要有鋼絲繩、鏈條、環鏈、棕繩、吊帶等，根據物體的特性選擇合適的索具非常重要。很多起重吊裝作業只考慮了索具的承重能力，而忽視了索具長度的重要性，錯誤地認為只要夠長能用就行，以至于帶來潛在的危險。索具的長度應該根據物體的體積、物體的質心、吊點的位置來確定，其長度要足夠長，或者能調整，以確保起吊后物體保持平衡狀態，同時保證索具各肢間夾角符合相關要求。在本案中，正是因為選用索具過短，勉強能夠起吊，因此起吊后索具趨于水平，幾乎與吊點在同一平面內，一側吊環接近吊鉤開口處，另一側吊環處于吊鉤危險斷面位置，導致吊鉤受力方向發生改變，原本主要承受垂直方向的受力變成了承受水平方向受力，不僅索具有從吊鉤里脫出的風險，而且吊鉤在水平拉力的作用下存在開口度變大甚至整體破壞的風險。

4.3 檢查吊鉤防脫鉤裝置

吊鉤防脫鉤裝置是安裝在吊鉤上防止索具從吊鉤里脫出的鎖閉裝置，對于保證起重吊裝作業安全起到重要的作用。目前吊鉤防脫鉤裝置主要以卡片式結構居多，這種裝置結構簡單、成本較低，但易損，在反復使用過程中，其安全卡、彈簧和固定螺栓等部件容易變形或損壞，需要經常檢查、維修或更換。在實際工作中很多單位不太重視吊鉤防脫鉤裝置的作用，損壞了也不及時更換。還有一些吊裝作業人員在頻繁掛、取索具時覺得防脫鉤裝置礙手礙腳，為圖方便違規把防脫鉤裝置棄之不用，如同本案一樣，最終釀成大禍，這種因防脫鉤裝置缺失導致的安全事故在全國已發生過很多起。因此，千萬不要忽視吊鉤防脫鉤裝置的作用，每次吊裝前一定要認真檢查，確保其正常。

5 結語

安全生產，預防為主。很多安全事故的發生其實是可以避免的。以本案為例，若使用單位在吊裝前制定好起重作業計劃，把吊鉤防脫鉤裝置恢復正常，正確選用合適的索具，嚴格按照操作規程的要求進行作業，很可能就可以避免這起事故。希望通過本文的分析和介紹能夠引起相關單位的重視，提高安全防范意識，嚴格落實安全生產主體責任，切莫因小失大，再發生類似事故。