大型起重设备关键部件的检测与事故预防

齐凯

（中交四航局第二工程有限公司，广东 广州 510300）

1 1200

吨提梁机主钩销轴断裂事故经过1.1 1200吨提梁机出运2000吨箱梁概况

某海湾大桥第12合同段主要负责60m箱梁整孔预制和安装376片，每片箱梁重约2000吨。箱梁出运由两台1200吨提梁机双机联动，将箱梁从存梁台座运至驳船，拖轮将驳船拖至安装地点后，再由2600吨起重船"奋进号"进行安装。

1.2 销轴断裂事故的经过

1200吨提梁机由中交四航局与郑州华中建机有限公司共同研制，单台额定起重量为1200吨，为目前国内起重能力最大的门式起重机。2008年7月底正式投入使用，并经过国家相关检测部门检测，取得了合格证。2009年6月16日，某海湾大桥第12合同段项目部的2台1200吨提梁机正在进行箱梁起升操作时，主钩的φ240销轴发生整体断裂，由于箱梁未完全起吊，起吊重量仅为单钩380吨，故未发生设备倾覆、人员伤亡等情况。从设备正式投入使用到发生机损事故止，共出运箱梁165件，未发生任何事故。

1.3 事故原因分析

为进一步确认事故原因，委托青岛持恒工程技术有限公司对2台设备的吊具的全部销轴进行超声波探伤检测，其中φ130销轴检测结果均为合格，但主钩8根φ240销轴（包括已断裂销轴）检测评定级别为C级，全部为不合格。销轴内部有超标缺陷，对现场的断裂式样经过低倍组织及缺陷酸蚀检验分析，发现切片上（销轴内部）有不同程度的严重酥松、夹渣物和裂纹缺陷，此类缺陷的存在导致销轴的强度和韧性指标大大降低，是造成本次事故的直接原因。

1.4 事故解决处理

为满足生产需要，生产厂家将2台1200吨提梁机大钩φ240销轴共计8根全部更换，更换的销轴材质为40Cr，并对全套吊具进行重新的审核计算，提供有效的改进措施及设计方案。青岛持恒工程技术有限公司到现场对8条新销轴进行超声波检测，检测结果为合格。销轴安装完成后，为确定新销轴是否能够满足工作强度要求，华中厂家技术人员对全部8根新销轴进行650t加压试验。加压试验后，8根销轴均发生变形，且进行超声波检测后发现，在销轴的距端部180-240mm范围的断面内，销轴整个圆周范围内都有明显的缺陷，无法满足要求。

发生了第一次销轴更换不满足要求的事件后，经过专家讨论，进行了方案加强修改：

原来销轴材质为40Cr。该材料存在质量问题，且销轴的强度等级不够，加上内部缺陷以及热处理及加工不满足要求，导致性能存在很大缺陷，完全满足不了要求。经过反复论证，决定将销轴的材料调整为40CrNiMoA，作为改进销轴的材质，钢材原材料来自山东齐鲁特钢。要求原材料必须进行锻造加工，在进行热处理（调质）后，达到国家规定的技术指标；对销轴表面进行磨削加工，确保销轴的表面粗糙度达到要求；

经分析，认为原 φ240mm（40Cr）销轴受力不满足使用载荷。针对吊具的实际情况，将销轴直径加到φ280mm左右，提高销轴的承载能力，并由华中建机进行重新的设计、并提供完整的设计及计算书。

2 类似其它设备关键部件损伤引发事故的共性思考

除本次销轴断裂事故外，仅广东省近年来就发生的多起重大安全事故，笔者认为，此类事故的根本原因在于设备关键部位未能及时、定期检测，关键部件由于长期高负荷运行，产生不同程度的金属疲劳与损伤，最终导致事故的发生。

随着大型、超大型起重设备不断的投入应用，除日常的保养外，设备关键部件的定期检测成为设备管理的重点工作。以施工生产为例，大型起重设备长期、稳定运行成为施工生产的重中之重，大型起重设备一旦发生故障，维修难度高、时间长，对工期和安全都有很大的影响，一旦发生人员伤亡，对企业的损失更是巨大。

3 大型起重设备关键部位的检测及事故预防措施

本次事故发人深思，销轴内部结构发生变化，在日常检修与保养中难以发现，在日常操作中带"病"工作，使用的最终结果就是严重事故。类似的危险源很多，唯一的解决办法就是加强关键部件的定期检查，及早发现危险，并进行维修。针对设备关键部位预防事故主要有以下几个方面：

3.1 关键部位的设计应经过反复验算并合理选择材质

针对本次事故，销轴采用的材质是发生事故的一个因素，1200吨提梁机虽然不是24小时运行的设备，但是每天的工作量不少，2000吨箱梁的场内转运及出运都依赖提梁机的操作，每天工作8-12小时，销轴等关键部件对材质抗疲劳、强度、韧性要求高。因此，关键部件选取合适的材质，并反复进行计算和验算，是设备设计过程的一个非常关键的步骤。

3.2 设备运行过程中对关键部件进行定期检测

定期检测是设备管理中非常重要的一环，在一般企业中，设备检测一般只是靠目测、耳闻、鼻嗅、使用简单的测量工具等方法。但是，随着设备不断变大，大部分关键部件难以通过直接观察进行检测，例如承力件中最常见也是最危险的缺陷－疲劳裂纹等。此时，对不可见部位进行无损检测是一个设备关键部件探伤的有效手段。无损检测是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验不见的表面和内部质量进行检查的一种检测手段。大部分危险源若是正确地采用渗透检测(对被检件表面粗糙度有一定要求)、磁粉检测(必须是铁磁材料)、涡流检测(必须是导电材料)、超声波检测以及射线照相检测(基本上不受材料种类影响)这些常规的无损检测方法就能有效地检测出来。

无损检测技术主要是根据物质的各种物理特性变化，在不损伤被检物使用性能与形状的条件下可以实现百分之百检查，从而判断被检物的质量状况。为了保障在役设备的安全运行，无损检测技术可以充分发挥其非破坏性及可靠性并且在许多情况下更可以实施原位检测(即不需拆卸解体)的特长。就目前已经应用的无损检测技术方法而言就已达到数十种，主要有超声波检测、磁粉检测、涡流检测、射线照相检测和渗透检测(称为五大常规方法)。当然，各种无损检测方法也各有其不同特点，有各自的检测工艺要求、适用对象与检测范围。

无损检测现正不断在各个应用领域进行推广，如结构件探伤、钢丝绳断丝检测、内孔表面缺陷检测等，各种成熟的无损检测产品也逐步上市。因此，对重要设备的关键部件定期检测逐步得到重视，以确保设备运行的安全。

3.3 建立大型起重设备定期检测制度

大型起重设备管理制度及保养、检修制度很多，设备类型很多，难以一一举例。在此，就以制订1200吨提梁机的定期检测制度作为范例，对设备运行管理提出具体要求，要求如下：

2台1200吨提梁机派遣技术过硬的操作人员进行专门的操作和日常维护。务必坚持日检、例行保养等，确保设备正常，杜绝违章作业。派遣固定的专业指挥人员负责对箱梁的横移、纵移全过程进行指挥，并严格按照设备的安全操作规程的要求进行。杜绝违章指挥、违章作业。

2台1200吨提梁机在有空闲时间情况下，对吊具进行详细的检测工作。进一步确认吊具是否合格，是否还存在隐患。

设备调试和试运行阶段，须进行全面检测，包括试吊、静载测试、关键部位超声波测试等，这是验证设计合理性和适用性的重要手段，并作为试运行阶段结构受力及稳定性进一步分析的重要依据。

建立长期的定期检验工作。在每纵移出运50-60片箱梁后，请有关单位对设备，特别是受力的关键部件（销轴）、主钩钢丝绳等，进行检测工作。确保各关键部件长期处于可靠状态。

4 结语

综上所述，加强大型设备质量验收检验工作，是有效控制事故预防的重要举措，同时，大型设备的主要结构的制造质量必须严格把关，对进口设备也应认真检验。对设备重要部位，应结合设备特点定期检验；进行必要的无损探伤检测。在设备运行前，必须制定安全操作和维护保养规程，并严格执行。

[1]吴彦，沈功田，葛森.起重机械无损检测技术[J].无损检测，2006-07-10.