預期用途對起重機械的影響

盧德俊 孟慶國

1江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院泰州分院 泰州 225500 2江蘇華澄重工有限公司 泰州 214521

0 引言

目前大部分起重機械的設計、制造與實際使用分屬于若干不同的單位。起重機械從項目立項到入役，經歷訂立合同、設計、制造、安裝、投入使用等多個環節，如果起重機械的預期用途和工作要求沒有能及時反饋到前部環節，則可能導致很多起重機械在投入使用后故障頻發，可靠性低，甚至存在安全隱患，嚴重的情況下還會導致事故的發生。從目前國內起重機械行業的銷售模式上來看，起重機械在使用中存在的問題難以得到很好的反饋，使得這些問題很難得到有效的解決。所以必須預先對所需起重機械的用途進行充分了解，對不同環節進行合理的規劃，使起重機械的各項性能滿足項目的使用需求。

1 預期用途對工作級別的影響

合理的工作級別能使起重機械有足夠的安全裕量、適當的預期壽命，對工作級別較為通用的零部件進行標準化設計，提高產品質量的同時也可獲得較高的經濟效益。目前在起重機械的生產銷售過程中，除了安全技術規范或標準有強制規定必須滿足某工作級別以外，幾乎大多數在役通用橋式起重機、通用門式起重機是A5級別，在役的電動單梁起重機、電動葫蘆門式起重機是A3級別，但這些預設工作級別是否與實際需求相符是存疑的。例如很多小型船廠使用A3級的MH20+20型電動葫蘆門式起重機、A3級的MHEX32(16+16)型電動葫蘆門式起重機進行造船作業，在實際使用過程中整機狀況不佳，容易發生故障。很多企業使用A3級的LD或LDA型電動單梁起重機，由于這類企業經常吊運額定載荷，使得起重機頻頻發生故障。

造成這些現象的主要原因有：部分起重機械制造單位沒有充分理解工作級別的意義，設計人員無法根據客戶要求和實際工作條件進行預估，銷售人員與客戶簽訂合同時，沒有就起重機械預期用途對工作級別進行選擇。因此，制造單位必須按照設計總工作循環數、載荷譜和載荷狀態、平均位移來確定起重機械的分級[1]。目前最新的標準給出了更多的分級項，這使設計人員在設置起重機工作級別時有了更多的選擇。

2 預期用途對零部件的影響

2.1 超載保護

起重機的起升機構安裝有超載保護裝置，通過該裝置來避免起重機的主要受力部件因超載發生損壞，同時超載保護裝置需要通過型式試驗認可，從而保證使用時的可靠性。在起重機的使用過程中，某些多起升機構的起重機，其各超載保護裝置的傳感器信號并沒有進行綜合監測，例如使用ME10+10的起重機吊運自重約為16 t的物體，在起吊過程中最佳狀態是各起升機構分別承載8 t載荷。實際上可能由于吊運時的偏載與重心不穩，導致某一組起升機構超載，此時如果傳感器信號各自響應，超載的一組起升機構停止運行，另一組起升機構仍然能夠起升，使得被吊物體繼續偏斜，嚴重時會發生吊載物品墜落事故。

因為大多數電動葫蘆的超載保護是安裝在鋼絲繩上（見圖1），與采用卷揚小車的橋門式起重機相比，采用電動葫蘆作為起升機構的橋門式起重機，雙起升機構或多起升機構時，其超載保護功能存在較大隱患。1）稱重傳感器一般安裝在定滑輪系軸承支座下時測量精度最高[2]，而電動葫蘆的這類超載保護裝置的傳感器通過夾持鋼絲繩來獲取信號，精度較低，存在較大偏差。2）很多電動葫蘆的超載保護裝置是后期加裝，通過斷開起升機構上升回路來實現保護功能，可靠性差。3）使用電動葫蘆作為雙起升機構或多起升機構時，無法同時監測多個超載保護裝置的傳感器信號。

圖1 電動葫蘆用超載保護裝置

采用冶金電動葫蘆作為起升機構的電動單梁起重機，在吊運熔融金屬或熾熱金屬時夾持式超載保護裝置會受到高溫輻射影響（見圖2）。超載保護裝置使用時能承受的最高溫度在70℃～75℃之間，電子元件受到高溫影響絕緣性會急速下降甚至失效。而冶金作業時所吊運物體的輻射溫度會達到300℃以上，環境溫度在65℃～75℃之間。同時，使用冶金電動葫蘆作為起升機構進行冶金作業的車間一般較為低矮，在進行吊運作業時起升機構離熔爐較近，超載保護裝置承受的熱輻射遠遠超過75℃，故這種超載保護裝置的布置方式是無法滿足預期用途的。

圖2 冶金電動葫蘆用超載保護裝置

2.2 電動機

隨著變頻技術的不斷應用，很多起重機也逐漸使用變頻調速，變頻拖動系統具有調速范圍大、性能好的特點，能改善金屬結構的受力狀態，使得啟制動更加平穩。對于變頻調速系統，應使用變頻電動機并校核電動機溫升。對于投入使用后改為變頻調速的起重機，變頻控制有可能對電動機及其他電氣設備造成影響。如果電動機的選用與預期的工況不匹配，影響電動機的絕緣能力，嚴重的情況下將可能燒毀電動機。故電動機應根據預期用途和拖動系統進行合理的選擇。

2.3 吊鉤

吊鉤是起重機最常用的吊具，吊鉤的強度等級主要包括M、P、T。吊鉤的使用依據鉤號進行選擇，不同的鉤號與不同的工作級別對應不同的起重量。

起重機的預期用途會影響到吊鉤的選型，例如在需要重型吊鉤的場合，隨著吊具自重的增加，相應起升機構、主梁的承載能力應進行合理的設計。有很多起重機的吊鉤僅標注起重量，未標注鉤號及強度等級，使得吊鉤的工作級別不明，對于需要頻繁吊運額定起重量場合，容易造成吊鉤過早磨損至報廢。所以實際使用中與預期用途相匹配，可以降低故障發生的概率。

3 預期用途對不同起重機的影響

3.1 輪胎起重機

流動式起重機是比較特殊的特種設備，主要應用在風電、核電、石油化工、基礎設施建設等行業，經常在偏遠的地區看到他們的身影。其中，輪胎起重機底盤具有數個車輪，能在一定范圍內通過牽引機構移動。流動式起重機作為工程機械，其先進性、技術性、安全性因不同噸位、不同價值有很大的區別。流動式起重機每個型號的設計方法和定位不同，產品的性能也不同，預期用途也不同。

某些小型的輪胎起重機，例如DLQ10，上部如同一個固定式起重機，下部為車架支承部分（見圖3），這類輪胎起重機造價低，通過牽引機構轉場。

圖3 某輪胎起重機

與固定式起重機相比，這類起重機無需設置任何專用混凝土基礎，為使用單位節省了不小的開支，由于目前各地不同的河道政策影響，某些地區要求水岸線保護，河湖生態空間管控，河道違章的拆除等問題，不允許碼頭的建設，使得某些企業將輪胎式起重機當作固定式起重機使用，有物料需要搬運時將其拖到岸邊工位，應對檢查時再拖離。然而這類河堤沒有使用混凝土進行加固，沒有專門設計地基以滿足支承載荷。當岸壁被沖刷侵蝕、地基松軟時，地面的承載力不足所致的塌陷，致使支腿出現下沉[3]，這類輪胎式起重機在固定場所使用時具有傾覆的風險。某些操作人員為了追求裝載效率，總會進行甩鉤、拆除起重力矩限制器等危險操作，一定程度上增加了傾覆事故發生的概率。

3.2 提梁機

提梁機作為一種特殊的門式起重機，主要用于配合架橋機進行預制梁的施工，是高架、公路等施工作業的起重設備，由于用于經常拆解流動作業的場合，所以提梁機設計為易于拆裝的結構，主要采用高強度螺栓和銷軸進行連接。與同噸位的通用門式起重機相比，價格低、自重較輕、運行速度較低、工作級別較低。大部分提梁機的起重量為80 ～100 t，工作級別A3，大車運行速度約8 m/min，有無線遙控的控制方式。在拆解、復裝作業時，也便于及時發現提梁機結構表面的銹蝕、裂紋、變形等損傷，進而對其進行修復。

部分單位將提梁機作為通用門式起重機使用，使得原本設計用于拆裝流轉作業的起重機作為固定區域設備，這樣的使用方式違背了原本的設計意圖，存在較為嚴重的隱患。由于提梁機價格低廉、起重量大，加之銷售人員與企業溝通時，沒有很好地了解起重機預期的使用環境和用途，使得部分企業在購買這類起重機時產生了誤區，忽略了起重機的工作繁忙程度，認為與常規的通用門式起重機沒區別。

提梁機雖然屬于通用門式起重機，但在設計上有固定的用途和使用方式，盲目地將提梁機作為通用門式起重機銷售并使用，致使提梁機的工作級別難以滿足實際生產的需要，可靠性不足，同時不能通過拆解流轉及時發現問題，隨著使用時間的不斷累積，安全隱患也不斷增加，勢必造成故障頻發。

4 預期工作環境的影響

4.1 酸性、堿性環境

部分企業會因特定的生產工藝，產生廢氣、廢水、廢渣。某些特定生產工藝產生的廢棄物會對起重機結構、電控系統產生影響。

例如DOPO的生產工藝，在廢水抽樣的檢測中包含鄰苯基苯酚、2-環己基苯酚、間羥基聯苯、2-羥基二苯并呋喃等有毒污染物，這類污染物會在起重機表面發生堆積，鄰苯基苯酚與空氣混合時，濃度達到一定程度后具有可爆性，起重機在設計時應注意電氣控制系統的安裝位置和控制柜的防塵性。

例如船舶工業的生產工藝，存在PM、VOCs（揮發性有機物）、焊接及切割工藝的煙塵，這類污染物主要分為烷烴、烯烴、芳香烴、鹵代烴、含硫/氧有機物，會造成起重機結構件表面銹蝕，使得主梁承載能力下降。與箱形梁相比，格構式的主梁結構更容易發生焊縫開裂的現象。

4.2 熱鍍、電鍍環境

以熱鍍鋅為例，常見的熱鍍鋅工藝會包括酸洗、熱鍍等，使用在酸洗場合的起重機附近空間HCl濃度最高可達0.528 mg/m3，濕度達到83%[4]，金屬結構非常容易受到酸霧的影響，表面發生氧化反應。車間酸霧往往需要收集后集中處理，但是遇到處理不當、排風不良時，酸濃度會顯著提高，對起重機金屬結構表面造成非常嚴重的腐蝕作用。由于在熱鍍過程中會添加抗爆劑和表面活性劑，構件在浸入鋅池的瞬間產生了大量的煙塵，使得起重機受到大量粉塵微粒的影響。采用通過頂部開窗排風的方式散塵時，起重機處于煙塵消散路徑上，此時煙塵對起重機電氣元件的影響較大，容易導致電氣元件發生短路。

以電鍍鋅為例，車間內會產生含鎳化合物、鉻酸鹽、硫酸、鹽酸、氫氧化鈉等，鹽酸、硫酸會形成酸霧，氫氧化鈉會形成堿霧，鉻酸鹽會形成鉻霧，故電鍍鋅車間內的起重機也受到酸霧、堿霧、鉻霧的影響。

起重機在設計、制造過程中如果未考慮車間環境中的酸霧、堿霧、鉻霧、粉塵顆粒，在實際投入使用后，安全性和可靠性都會大打折扣，針對酸霧、堿霧、鉻霧、粉塵顆粒環境中使用的起重機，起重機金屬結構件表面處理應能具有足夠的抗腐蝕性，電氣元件應采取措施避免受到霧氣粉塵的影響，某些零部件在設計時應考慮更換的便捷性。

4.3 金屬冶煉環境

金屬冶煉過程中會有大量粉塵、高溫、腐蝕性氣體。同時在元件中堆積的靜電也會吸附灰塵[5]，嚴重情況下會造成電氣元件內部短路或斷路，接觸器的觸點也會受到灰塵的影響產生燒蝕、黏連，使得元件工作異常。當環境溫度過高或熱輻射過強時，加速了電氣元件絕緣層的老化，增加了故障率。金屬冶煉過程中產生的腐蝕性氣體會嚴重危害金屬結構和電氣元件，使得金屬結構發生銹蝕，腐蝕電氣元件，降低絕緣性能。當起重機金屬結構表面的防腐層損壞后，腐蝕性氣體在損壞處形成腐蝕區，使得防腐層不斷剝落，同時由于吊運熔融金屬的起重機主要受力結構件安裝有隔熱板防止主梁受到熱輻射，造成了隔熱板內金屬結構的腐蝕情況往往難以發現。

用于金屬冶煉環境的起重機，電氣元件應注意密封良好，有足夠的防塵性，設計上需考慮可定期清理控制柜、變頻器、電阻箱等部件的灰塵。對于有高溫熱輻射的環境，設計上應選用相對耐溫等級較高的元件，或采取有效的隔熱措施遠離發熱源，例如變頻器的布置應遠離制動電阻，變頻器的散熱風扇與其他物體應有足夠的間隔，發熱元件不應安裝在變頻器的底部。與普通環境的起重機相比，金屬冶煉環境下的起重機應注重防腐層的涂覆工藝，避免起重機受力結構件在日常使用過程中過早地發生銹蝕導致承載能力下降。

5 結語

起重機械的預期用途，關系到起重機械能否被合理使用，實際使用條件與起重機的預期用途不一致時勢必造成其過早損壞或留下安全隱患。

1)起重機械在實際工作條件下所處的工作環境不同，在制造過程中采取有針對性的防腐涂層十分必要，可有效提高起重機金屬結構的使用壽命[6]。同時在使用過程中通過安全保護裝置來避免金屬結構表面遭受撞擊、磕碰。

2)電氣元件在設計上需考慮適用性，在粉塵較多的場所，需有足夠的防塵效果。在高溫場所，應具有耐高溫或避免高溫輻射的措施，在酸霧、堿霧等場所要有足夠的耐腐蝕性等。

3)某些起重機在設計上還應考慮日常檢查與維修時的需求，方便對相關零部件進行更換和維護。

4)銷售人員應盡可能地了解客戶的實際需要，在合同中明確使用條件和預期用途，使起重機在預期的使用壽命下，安全合理的運行。