門式起重機常見故障及防范策略研究

汪亞南

摘 ?要：該文主要以某油田企業通用門式起重機為例，基于FMEA分析工具對門式起重機的故障模式進行分析，然后有針對性地提出故障防范措施，可有效提升門式起重機安全管理和故障預防效率。文中引入風險系數這一概念，對某一固定時間內起重機發生故障的次數進行統計，整理出各個故障的風險系數，在此基礎上建立主要故障模式，對故障發生后果的嚴重性、發生的可能性和可檢測性進行定量分析。利用故障模式分析，可將起重機故障進行量化管理，重點監測和管控風險系數較高的故障模式，然后有針對性地進行工藝改進和維修保障，最大程度地降低起重機故障發生頻率，為企業高效生產提供基礎保障。

關鍵詞：門式起重機；風險系數；故障模式；FMEA；安全管理

中圖分類號：TH213.5 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2024）18-0161-04

Abstract： Taking a general-purpose gantry crane in an oil field enterprise as an example， this paper analyzes the fault mode of gantry crane based on FMEA analysis tool， and then puts forward fault prevention measures， which can effectively improve the efficiency of safety management and fault prevention of gantry crane. In this paper， the concept of risk coefficient is introduced， the number of crane failures in a fixed time is counted， the risk coefficients of each fault are sorted out， and on this basis， the main fault modes are established. The seriousness， possibility and detectability of the consequences of the fault are quantitatively analyzed. Using the fault mode analysis， the crane fault can be quantitatively managed， focusing on monitoring and controlling the fault mode with high risk coefficient， and then targeted process improvement and maintenance guarantee can be carried out to reduce the crane failure frequency to the maximum extent， so as to provide basic guarantee for efficient production of enterprises.

Keywords： gantry crane; risk coefficient; failure mode; FMEA; safety management

為了改進起重機故障維修效率，提高企業生產和設備管理水平，可采用故障模式與影響分析（FMEA）方法。FMEA方法主要是在數據收集的基礎上，建立故障模式分析表格，然后以估算的形式得到各個故障的風險系數，從而有針對性地進行維修。該文以某油田企業使用的門式起重機為例，對企業中使用的起重機在某一固定時間內發生故障的模式、故障的原因、故障的頻次以及嚴重度等進行統計，然后進行風險優先度計算，通過計算結果可清晰地呈現出各種故障的風險系數，然后根據生產需求決定維修時間和先后順序。這種故障維修模式，可提前發現起重機隱藏的故障模式，并且能夠將故障模式進行可視化和定量化展現，對提升起重機故障維修效率具有重要意義。

1 ?門式起重機故障維修的必要性

門式起重機即常說的“龍門吊”，整體結構類似于門框架，主要用于室外貨場、料場貨場、散貨的裝卸轉運工作，作業范圍大，通用性和適應性強。起重機的應用有效提升了作業效率，但是由于起重機工作環境相對比較惡劣，如果在長時間高強度的工作負荷下，容易增加故障的發生頻率。一旦發生故障，不僅會對生產進度產生影響，而且可能造成人身傷亡和經濟損失，所以要做好起重機的故障維修管理，提高生產的安全性和穩定性。從經濟性和可靠性的角度出發，選擇科學合理的檢維修模式，可減少起重機發生故障的頻次和時間，降低頻繁啟停機造成的經濟損失[1]。每年由國家市場監督管理總局對外公布的特種設備安全通告中，都會對特種設備的事故次數以及造成的人員死亡進行公布，其中起重機械設備的事故次數和死亡人數占比較大，所以對起重機械進行故障模式分析具有重要意義，對2020—2022年的數據進行分析，如圖1、圖2所示。

2 ?某油田企業通用門式起重機的常見故障及處理措施

某油田企業主要應用門式起重機進行油管、推油桿修復及大型設備吊裝等作業，由于起重機作業環境惡劣，服役年限較長，所以故障較多，在油田生產中存在安全隱患。根據檢驗檢測和維修保養記錄等歷史數據，可對起重機的故障種類、分布位置、故障原因進行總結，為企業的設備維修保障工作提供參考依據。下面主要以減速機故障為例進行詳細闡述。

2.1 ?減速器漏油

減速器箱內壓力大是漏油的主要原因，在密閉的箱體內，齒輪嚙合摩擦會產生大量熱量，由此導致箱內壓力增加，在密封效果不佳的情況下，箱體內壁就會有潤滑油滲出，從而發生漏油。減速器沒有設計通風罩會導致箱內壓力不均，在壓力增加的情況下也會漏油。油封失效、膠圈或者氈墊老化，都會影響到密封效果，從而出現漏油。

為了防止減速器漏油，可選擇容易拆卸、開口式的密封圈壓蓋結構。可在減速器底座和箱面位置設計環形油槽，在油槽不同位置設置回油孔。控制注油量，將油面位置控制在檢視孔1/3～2/3處。加強對油封、膠圈、氈墊的檢查，做好維護保養，及時更換失效元件，定期清理呼吸閥[2]。

2.2 ?軸承噪聲或過熱

加速器軸承出現噪聲或者過熱的原因可能是缺少潤滑油所致，潤滑油添加量不足或者在減速器運行過程中出現漏油，因為油液高度不足導致噪聲或者過熱。軸承在長時間使用后，由于磨損、變形或者位置發生移動，也可能出現噪聲或者過熱。

針對軸承噪聲和過熱的問題，可以檢查潤滑油的油面位置，如果油量不足要及時注入潤滑油，并且檢查是否存在漏油現象。定期檢查軸承及相連接部件，看是否有磨損、變形和移位現象，發現問題及時維修。在選擇軸承時，要重點關注軸承保持架的材料和結構，盡量選擇銅合金、鋁合金材料，以實體結構為最佳。如果需要更換軸承內套和外套，盡量選擇原廠搭配使用，避免使用不同廠家部件。

2.3 ?油溫過高

油溫過高大多是因為潤滑油自身原因所致，潤滑油質量不合格，潤滑油使用時間較長，潤滑油加注量過多，都會造成油溫太高。起重機在運行過程中，減速器表面覆蓋的灰塵或者雜物太多而沒有定期清理，減速器散熱不好也會導致油溫過高。冷卻裝置內部管路沒有定期清理而堵塞，從而導致油溫過高。

對于油溫過高問題的處理措施，要定期檢查潤滑油的質量，可以使用油液監測系統對其進行實時在線監測，發現油液變質及時更換，控制好油位高度。定期清理減速器表面的灰塵和雜物，保證減速器的散熱性能。及時清理冷卻裝置內部管路，保證管路的暢通。

3 ?某油田企業門式起重機發生故障分析

3.1 ?故障類型和停機次數

對門式起重機的故障類型、故障原因和產生影響進行分析，可為制定巡檢周期和檢測維修方案提供參考依據。不同的故障類型所產生的后果不同，因故障而造成停機停產，不僅需要投入維修成本，而且還會耽誤生產進度，對企業造成經濟損失。下面以某油田企業使用的8臺門式起重機在2021—2022年發生的故障為例，對其故障類型、故障導致的停機次數及發生故障但未停機次數進行匯總。數據來源主要從在用的8臺起重機技術檔案中獲取，這8臺門式起重機使用年限均已超過15 a，統計數據見表1。

3.2 ?故障停產時長和總損失時間

通過表1可看出不同故障類型所產生的停機次數，每次停機都會對企業生產造成一定的影響。為了給起重機故障維修提供更加全面的參考依據，結合起重機發生故障后廠家的維修保養記錄，對停機造成的停產時間和總損失時間進行匯總。

由圖3可知，金屬結構故障造成的平均故障停產時間和總損失時間最長，在故障維修策略中應該重點加強質量安全檢查。安全防護裝置發生的停產次數較多，應該加強檢修保養。電氣控制系統故障雖未造成停機，平均故障停產時間較短，但是故障次數較多，在起重機運行過程中仍然存在較高的風險，應該引起重視。

4 ?故障模式的計分標準

計分標準是計算風險系數的重要指標，主要包括門式起重機發生故障后造成影響的嚴重程度，故障發生的可能性，故障能被檢測的難易程度，根據門式起重機技術安全檔案、維保記錄和檢維修情況等資料，結合相應的數據標準，通過定性描述的方式為每項指標進行賦值，作為風險系數計算的參考依據。比如對故障模式影響嚴重度進行計分，起重機發生故障后并未導致設備停產，起重機可以正常運行且完成生產任務，正常停機后可迅速完成檢修，無人員和設備損失，可賦值1分。如果起重機發生故障后導致設備停產，需要較長時間進行維修，短時間內無法恢復正常生產，未造成人員傷亡，但是經濟損失較大，則可根據實際情況賦值4/5/6分。對于故障發生的可能性和故障能被檢測的難易程度同此道理[3]。

5 ?門式起重機的FMEA分析和結果

FMEA主要是對門式起重機的故障模式進行分析，研究出發生故障的原因，然后創建故障模式分析表格，再通過計算得出每種元件發生故障的風險系數，以此作為故障維修對象、時間和順序的依據。風險系數是利用FMEA工具對門式起重機創建故障模式的重要依據，其中包括發生故障后影響的嚴重度，故障發生的可能性和故障能被檢測的難易程度，通過對各項指標的賦值，可計算出每個元件發生故障的風險系數[4]。對某油田企業8臺在用門式起重機的使用情況進行分析，結合各種技術資料中的數據信息，同時組織專家對相應指標進行打分，計算出風險系數，可為企業對起重機的故障維修和預防提供參考依據。下面主要對8臺門式起重機部分元件的故障風險系數（RPN）進行計算分析，見表2。

在表2中，列舉了某油田企業門式起重機部分元件的故障模式、故障影響和改進前的風險系數，然后給出了整改方案和前期預防措施，最后列出了改進后的風險系數。從改進前、改進后的風險系數對比可以看出，改進后的風險系數明顯降低。對于改進前風險系數超過300的故障中，通過整改方案和前期預防工作，雖然無法改變故障發生的嚴重程度，但是可顯著降低故障的發生頻率，從而降低風險系數。企業可以根據故障模式分析表格，將風險系數超過300的故障模式篩選出來，將其納入故障維修防范的重點，加強對該類故障的維修保養投入，切實降低因故障造成的人身傷亡和經濟損失。

6 ?防范策略

6.1 ?加強對高風險系數故障模式的維修保障

基于FMEA工具對門式起重機制定的故障模式分析表格，可以詳細了解到每個型號的起重機每個組成元件存在的故障風險系數，然后從風險系數的角度出發，有針對性地開展故障維修防范工作。由于企業中所使用的起重機數量較多，投產時間長，工作量較為繁重，各子系統和元件故障模式的風險系數不一。為提高故障維修效率，可將風險系數超過300的故障模式作為重點防范對象，比如電動機防護殼帶電故障，制動器制動輪滑出故障，鋼絲繩斷股故障等，將其列入重點防范內容，加強對這些部件的日常維修保養，降低故障的發生頻次[5]。以風險系數為參照依據制定維修計劃和防范策略，根據優先級關系開展故障維修和優化改造，可有效降低故障發生頻次和風險系數，為企業安全生產提供基礎保障。

6.2 ?前期防范策略

從全壽命周期管理的角度出發，為了保障起重機的安全高效運行，應該將故障防范機制貫穿于起重機設計使用的始末。在起重機出廠設計和采購招標階段，可邀請行業內專家和技術骨干人員對擬采購的起重機進行安全性、經濟性和保養運行等方面的識別論證，選擇維修保養成本低、本質安全和質量過硬的起重機。對起重機安裝、調試、驗收和投產進行嚴格的監督管理，每個步驟都嚴格按照規范要求操作，確保起重機在正式投入使用前各項指標都能夠達到質量標準。在起重機正式投入使用前，要加強對管理人員、技能操作人員進行全面的培訓，技術操作人員要掌握起重機的主要功能和使用維護方法，對操作人員進行崗前教育，提前做好安全防范工作。

6.3 ?使用過程防范策略

在起重機使用過程中，要建立完善的設備維護管理制度，根據起重機的作業環境、運行荷載、使用時長等，制定相應的檢維修方案。可實行定人、定機、定崗制度，作業人員必須取得特種設備作業人員資格證，經過培訓后持證上崗。可根據FMEA工具制定的故障模式分析表格，有針對性地進行故障防范，對于起重機在每個階段容易出現的故障問題，提前做好防范措施，尤其是對于風險系數高的部位，要加強維護管理。通過防范措施的干預，降低部件的故障發生率。在維修保障工作中，要善于使用先進的故障診斷和在線監測技術，利用先進的設備對起重機的元件進行狀態監測，可提前發現設備的故障隱患，及時采取維修措施，避免故障的發生，實現動態化維修保障[6]。建立設備維修保障信息化管理系統，發揮大數據、物聯網、信息技術的優勢，實現起重設備的信息化管理，提高維修保障工作效率。

6.4 ?故障發生后的防范策略

起重機發生故障后，可能威脅到人身安全和企業財產安全，為了避免或者降低因故障造成的損失，要建立完善的應急處理預案，對起重機故障進行高效處理。首先是做好現場的應急管理，比如在起重機運行過程中出現吊物墜落或者減速器故障等，現場人員要將情況上報給相關部門，同時切斷設備電源，做好安全防護措施后進行前期處理，避免事故擴大化。維修保障部門還要做好備件管理，確保維修工作的順利進行。在故障排除后，要進行空載和載重試驗，確保合格后再投入使用。故障處理完成后將整個過程整理成資料，為技術改進和故障維修保障提供參考。

7 ?結束語

基于FMEA工具對門式起重機進行故障維修，可利用風險系數確定主要的故障模式，然后企業根據故障模式合理安排維修計劃，確定維修優先級，降低起重機故障發生頻次，為安全生產提供基礎保障。利用FMEA工具對起重機進行故障維修預防，需要依靠大量的數據支持，所以企業還需要加強信息化建設和管理，投入一定的人力，對起重機運行過程中的數據資料進行收集整理，加強對起重機工作原理和故障模式的研究，提升FMEA的利用效率，優化風險系數的賦值方式，為企業對起重機的故障維修提供更好的服務。

參考文獻：

[1] 王大偉，尚坤坤，劉玉龍.起重機調速系統中的變頻調速技術分析與研究[J].中國設備工程，2023（17）：87-89.

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[3] 史飛龍，梁禮宏，張宇鵬.基于動態故障樹鑄造起重機起升機構重要度分析[J].冶金管理，2023（8）：70-73.

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[5] 吳宇震，殷東升，王琇峰，等.一種門座式起重機轉盤軸承健康狀態監測指標設計[J].港口科技，2023（2）：29-33.

[6] 張道斌.港口機械設備門式起重機維修管理問題與對策[J].造紙裝備及材料，2022，51（1）：56-58.