TSG Q7002—2019吊運熔融金屬的通用橋式起重機相關問題研究

陳曉偉 馬鑫磊 李成良 高金釗

1泰安市特種設備檢驗研究院 泰安 271000 2山東金特裝備科技發展有限公司 濟南 250003

0 引言

目前，吊運熔融金屬的通用橋式起重機在某些產能較小的冶金企業大量應用，該類起重機制造成本較低、結構簡單、吊運過程靈活，廣受規模較小、產線單一的冶金企業的青睞。此類設備在金屬結構和起升機構上存在一定的設計缺陷，導致其本質安全性較低，影響設備的安全使用。自TSG Q7002—2019《起重機械型式試驗規則》實施后，對該類起重機從品種劃分、制造標準依據及本質安全等方面提出新的要求。本文通過分析TSG Q7002—2019實施前后該類起重機安全規范和制造標準要求的異同，結合國家市場監管總局特種設備安全監察局的相關問題答復，分析新制造設備在設計和制造及登記在用設備在使用維護中易出現的問題，并提出相應的解決措施，提高新制造產品的本質安全并降低登記在用設備的事故概率和事故風險，確保設備的安全使用。

1 TSG Q7002—2019實施之前吊運熔融金屬通用橋式起重機的基本要求

在TSG Q7002—2019實施之前，吊運熔融金屬的通用橋式起重機（代號QDY）的制造標準依據為GB/T 3811—2008《起重機設計規范》、JB/T 7688.1—2008《冶金起重機技術條件第1部分：通用要求》和GB/T 14405—2011《通用橋式起重機》。相關制造標準規定該類起重機的鋼絲繩、滑輪、電動機、減速器、聯軸器等零部件及電氣裝置應該符合相應作業環境的基本要求，保證設備的使用性能[1-3]。同時，吊運熔融金屬的通用橋式起重機的高度限位器、超速保護、正反向接觸器故障保護等安全保護裝置還應該符合GB/T 6067.1—2010《起重機安械全規程 第1部分：總則》、TSG Q0002—2008《起重機械安全技術監察規程—橋式起重機》、TSG Q7016—2016《起重機械安裝改造重大維修監督檢驗規則》和TSG Q7015—2016《起重機械定期檢驗規則》的相關規定，確保設備的安全性能[4-7]。

除此之外，相關安全技術規范對該類起重機的起升機構和制動器有特殊規定，其中，TSG Q0002—2008規定吊運熔融金屬的通用橋式起重機額定起重量不超過75 t，工作級別為A7或A8；起升機構裝設有2套獨立作用的符合標準要求的工作制動器[5]；TSG Q7016—2016和TSG Q7015—2016規定額定起重量為75 t以下的吊運熔融金屬的通用橋式起重機主起升機構的驅動軸上裝設2套符合JB/T 6406—2006《電力液壓鼓式制動器》或JB/T 7020—2006《電力液壓盤式制動器》要求，且能獨立工作的制動器，每套制動器的安全系數符合GB/T 3811—2008中6.1.1.3.1.3 c的相關規定[6,7]。由以上安全技術規范的規定可以看出，吊運熔融金屬的通用橋式起重機起升機構可設置為單驅動系統和雙工作制動器的模式，只需要工作制動器的安全系數符合GB/T 3811—2008的要求即可。由于工作制動器設置在高速軸上，即該類設備對高速軸的制動安全進行了冗余設置，而未考慮低速軸系統斷裂或損壞的風險。

事實上，吊運熔融金屬的通用橋式起重機是鐵嶺事故發生后一個過渡階段的產物，其與通用橋式起重機無本質差別，只是將額定起重量限制為75 t以下，將工作級別提高至A7、A8，起升機構設置雙限位和雙制動系統以降低鋼水包沖頂和墜落的風險[8]。如果該類設備低速軸出現斷裂、減速器產生損壞或者制動器的接觸器出現異常黏連的情況，鋼水包會產生墜落的風險，降低設備的本質安全。同時，該類起重機還存在作業環境惡劣，中小企業管理不規范、人員素質相對較低及維護保養不及時等事實，進一步增加了設備的安全隱患。

2 TSG Q7002—2019實施之后吊運熔融金屬通用橋式起重機的基本要求

TSG Q7002—2019實施后，對吊運熔融金屬的通用橋式起重機提出新的要求，其規定吊運熔融金屬的冶金起重機的吊具、電動機、鋼絲繩、滑輪、卷筒、制動器、司機室、隔熱板還應當符合GB/T 7688.1—2008《冶金起重機技術條件第1部分：通用要求》和GB/T 7688.5—2012《冶金起重機技術條件 第5部分：鑄造起重機》的要求[9]。由以上規定可以看出，吊運熔融金屬的通用橋式起重機品種統一劃歸為冶金橋式起重機，稱為鑄造起重機（代號為YZ），其設備代碼為4150；以前吊運熔融金屬的通用橋式起重機設備品種為通用橋式起重機，其設備代碼為4110，兩者存在本質的區別。

由上述標準可知，TSG Q7002—2019實施前后，吊運熔融金屬的通用橋式起重機制造依據的其產品制造標準存在本質的差別。其中，GB/T 7688.5—2012明確規定吊運熔融金屬的橋式起重機（鑄造起重機）主起升機構應設置2套驅動裝置，且在輸出軸上剛性連接；或主起升機構設置2套驅動裝置，在輸出軸上無剛性連接或主起升機構設置1套驅動裝置時，均應在鋼絲繩卷筒上設置安全制動器；或對于額定起重量不大于16 t的起重機，在設計起升機構時其工作級別至少比實際作業條件所要求的高2級，最小工作級別不應低于M5級[10]。由于吊運熔融金屬的橋式起重機起升機構的實際工作級別較高，一般需要達到M7或M8，當額定起重量不大于16 t時，設計起升機構的工作級別至少比實際作業條件高2級的條件無法達到，其起升機構的設置必須滿足其他要求。因此，對于吊運熔融金屬的橋式起重機（鑄造起重機）主起升機構的設置2套剛性連接的驅動系統，或設置2套無剛性連接或1套驅動系統時，均應在卷筒上設置安全制動器。通過起升系統的冗余設計或在低速軸上的設置安全制動器以降低鋼水包墜落的風險。

根據特種設備安全監察局2020年9月16日的相關答復，對于吊運熔融金屬的通用橋式起重機自2020年3月1日TSG Q7002—2019實施之日起，結合相應標準及標準內容的調整變化，將吊運熔融金屬的通用橋式起重機統一歸為冶金橋式起重機管理，即無論是原75 t以上的吊運熔融金屬的鑄造起重機還是原75 t以下的吊運熔融金屬的通用橋式起重機全部歸為冶金橋式起重機管理；對于2020年3月1日起新制造及出廠的吊運熔融金屬的通用橋式起重機原型式試驗已不再適應；與此同時，該類起重機應當在現行有效的許可證覆蓋范圍內，以冶金橋式起重機的名義依照TSG Q7002—2019的要求進行型式試驗，并以冶金橋式起重機的名義出廠，履行相關程序后投入使用，即原吊運熔融金屬的通用橋式起重機的型式試驗報告自動作廢。

3 TSG Q7002—2019實施之后新制造吊運熔融金屬橋式起重機設計及制造過程的注意事項

TSG Q7002—2019實施后，在設計和制造上對吊運熔融金屬的橋式起重機作了明確的規定，特別是起升機構的驅動方式和制動器的種類及數量，無論其額定起重量為多少，將其完全歸類為冶金橋式起重機，主起升機構設置雙驅動系統且系統間剛性連接，就是設置未剛性連接的雙驅動系統或單驅動系統并在卷筒處增設安全制動器。TSG Q7002—2019實施前生產的吊運熔融金屬的通用橋式起重機已不能滿足新規范的要求，相應的型式試驗合格證將作廢，即吊運熔融金屬的通用橋式起重機將不再繼續生產，原持有該類型式試驗合格證的制造單位需要重新按照新規范的要求進行型式試驗或持有鑄造起重機型式試驗合格證才能生產該類設備。

TSG Q7002—2019規定對大于10 t的冶金橋式起重機需加裝起重機安全監控管理系統，即冶金起重機作為樣機進行型式試驗時，當其額定起重量大于10 t時設備需要安裝安全監控管理系統[9]；TSG Q7016—2016規定新制造的冶金橋式起重機應該安裝安全監控管理系統，即新出廠的冶金起重機需要加裝安全監控管理系統[6]。2個安全技術規范規定略有不同，原因是TSG Q7002—2019將電動葫蘆作為起升機構的吊運熔融金屬的單梁（代號LDY）或者雙梁（代號LHY）納入冶金橋式起重機管理，將實施安裝監督檢驗，TSG Q7002—2019規定該類起重機的額定起重量不能超過10 t，即LDY或LHY型式試驗時可不加裝安全監控管理系統，也就是說對于LDY或LHY的安裝監督檢驗時不應該強制要求加裝安全監控管理系統，此處的理解與國家市場監管總局特種設備安全局就該問題的答復是一致的。

吊運熔融金屬的橋式起重機的整機工作級別一般為A7、A8，機構工作級別一般為M7、M8，金屬結構的工作級別一般為E7、E8。對于機構來說，零部件根據GB/T 3811—2008中零部件的系數進行選擇，特別是鋼絲繩、卷筒和滑輪、電動機及制動器的選擇應按照機構工作級別并結合整機的運行工況進行選擇。鋼絲繩應選擇金屬芯或金屬繩芯的冶金專用鋼絲繩，一般需要選擇比設計級別高一級別的安全系數且鋼絲繩的安全系數不能小于7.1；卷筒和滑輪根據機構的工作級別選擇相應的系數；電動機應該根據機構工作級別選擇接電持續率JC值為40%以上、絕緣等級H級以上且帶超速保護的冶金專用電動機[1]。對于剛性連接的雙起升系統的吊運熔融金屬的橋式起重機，每套系統設置2個符合標準要求的工作制動器，且安全系數應該在1.1以上，對于單驅動系統或雙驅動系統未剛性連接的吊運熔融金屬的橋式起重機，每套系統設置2個符合標準要求的工作制動器和1個安全制動器，工作制動器的安全系數為1.25以上，安全制動器的安全系數設計標準沒有明確規定，考慮安全制動器動作后的巨大沖擊力的問題，其安全系數不能太高，在1.25左右即可。對于冶金起重機的金屬結構，在保證其強度、剛度及穩定性滿足要求的情況下應該充分考慮主梁的抗疲勞強度，該強度主要與構件的應力循環特性r及構件的拉伸和壓縮疲勞許用應力[σ-1]的基本值有關[1，8]。由于在相同應力集中情況等級下Q235B與Q355B的拉伸和壓縮疲勞許用應力的基本值[σ-1]基本相同，使用屈服強度級別較高的Q345代替屈服強度級別較低的Q235不能明顯地提高連接構件的疲勞許用應力，而會增加制造成本[8]。然而，Q235B具有比Q355B更好的焊接性和抗冷裂紋能力，在相同焊接條件下，Q235B比Q355B具備更低的應力集中等級，能提高拉伸和壓縮許用應力的基本值，使Q235B比Q355B具有更高的抗疲勞性能。因此，盡量選擇焊接性和抗冷裂紋性能更好的Q235B制作吊運熔融金屬橋式起重機的金屬結構。同時，在冶金起重機主梁制作時，要有針對性地制定焊接工藝規程和焊接作業指導書，采取減小焊接殘余應力的措施，特別是一些重要焊縫的焊接順序、焊接方式或焊后打磨的方法，降低焊縫的殘余應力，進而降低焊縫的應力集中等級，提高金屬結構整體的抗疲勞性能。

4 TSG Q7002—2019實施之后登記在用吊運熔融金屬的通用橋式起重機使用過程的注意事項

在TSG Q0002—2008實施以后至TSG Q7002—2019實施之前，在十多年時間內通過制造或改造的吊運熔融金屬的通用橋式起重機在中小型冶金企業中大量應用，額定起重量基本都集中在10～50 t之間，少量設備達到74 t。這類設備的典型特點是起升機構采用單驅動系統和雙工作制動器設計，既沒有采用剛性連接的雙驅動系統也沒有采用帶安全制動器的單起升系統，具有較大的安全風險。特別是工作制動器失效或低速軸斷裂的情況下將會產生鋼水包傾覆的危險。由于該類產品在TSG Q7002—2019實施之前制造并使用，根據國家市場監管總局特種設備安全監察局2020年的答復，對于已經使用登記的75 t以下的吊運熔融金屬的通用橋式起重機型式試驗是繼續有效的，可以繼續使用。

由于該類設備起升機構存在先天的缺陷，使用場所環境惡劣，整機工作級別高，存在比同類設備更大的安全隱患。因此，使用單位應該對該類設備加強安全監控、定期維護保養、定期動作試驗或降低參數使用等手段，確保設備的安全運行。首先，登記在用的該類設備應該加裝安全監控管理系統，實時監控設備的主參數、運行狀況、安全保護裝置特別是制動器和起重量限制器的情況，確保設備不超載且制動良好，保證設備安全運行。其次，使用單位應該加強設備的維護保養，將保養周期縮短至1個月，實時掌控設備的基本情況，特別是確保制動器制動力矩的實時調整，減速器輸出軸無裂紋或變形，鋼絲繩在卷筒上的壓制接頭牢固穩定，確保設備各零部件和安全保護裝置運行正常。最后，使用單位應該對該類設備的電動機的動力控制和制動器的制動控制系統每隔3個月進行檢查和維護保養，并對電動機和制動器的接觸器進行動作試驗，確保控制電動機的接觸器釋放后控制制動器的接觸器不能吸合或處于非吸合的狀態，保證重物失去起升動力后能在空中穩穩地制停而不能發生墜落。

通過以上措施，使用單位加強了對在用吊運熔融金屬的通用橋式起重機的管理，降低事故隱患，確保生產安全。

5 結語

TSG Q7002—2019實施前吊運熔融金屬的起重機包括鑄造起重機、吊運熔融金屬的通用橋式起重機及以電動葫蘆為起升機構的單梁或雙梁起重機；TSG Q7002—2019實施后將所有吊運熔融金屬的起重機包括鑄造起重機和電動葫蘆為起升機構的單梁或雙梁起重機，統一劃歸為冶金橋式起重機管理，新制造產品都將實施安裝改造重大維修監督檢驗。吊運熔融金屬的通用橋式起重機是過渡階段特殊的起重機，其結構形式已不能滿足TSG Q7002—2019的規定，相關制造單位的型式試驗報告已作廢，而已注冊登記的吊運熔融金屬的通用橋式起重機型式試驗將繼續有效，可以繼續使用。

對于新出廠的吊運熔融金屬的起重機，設計和制造應該滿足TSG Q7002—2019的規定，其中起升機構的設置應該滿足GB/T 7688.5—2012的規定，零部件和安全保護裝置的選擇嚴格按照GB/T 3811—2008的要求計算并結合使用工況選取，金屬結構滿足GB/T 3811—2008規定的強度、抗疲勞強度、剛度及穩定性要求，且金屬結構盡量使用焊接性和抗冷裂紋能力更好的Q235B制作。

對于已經登記在用的吊運熔融金屬的通用橋式起重機，使用單位應該從加強設備監控、縮短維護保養周期及定期動作試驗等方面確保使用過程的安全，降低設備安全隱患。