桥式起重机整机安全和寿命评估方法研究

门智峰,彭琳

(河北省特种设备监督检验研究院,河北 石家庄 050021)

桥式起重机整机安全和寿命评估方法研究

门智峰,彭琳

(河北省特种设备监督检验研究院,河北 石家庄 050021)

桥式起重机是现代生产不可或缺的运输工具,由于使用频繁、环境恶劣,易发事故.目前国内外只是针对起重机的单个机构进行安全评估,过于片面,无法真实地反映出起重机整机的安全状况.将起重机整机划分为6个单元分别进行评估,然后将各个单元的评估结果整合分析,最后得出总的评估意见,这样就能够真实的反映出起重机整机的安全状况,确保起重机安全运行,避免安全事故的发生,也为起重机械的安全评价评估提供了一个新技术、新方法.

桥式起重机;整机安全;寿命;评估

起重机是用于垂直起升或垂直下降并且能够水平移动物料的机械设备,是现代化工业生产过程中不可缺少的辅助设备,也是机械制造、加工、仓储等企业不能缺少的生产设备.起重机械类型很多,桥式起重机在现代化企业生产中应用很普遍.但是由于在实际工作中,使用单位管理不到位、工人违规操作、维护保养不及时等原因,使得起重机的安全事故发生频率比较高,经济损失非常大,有的还造成人员伤亡.目前国内迫切需要一套能够提供可靠的技术支持对大型起重机械设备进行全面的安全评价和寿命评估的有效方法.在对桥式起重机设备管理单元、主梁寿命单元、运行机构单元、电气系统单元、安全防护装置单元、载荷试验单元分别进行安全和寿命评估的基础上,再对桥式起重机整机安全和寿命进行评估,给出桥式起重机整机需要检修、大修、更换或报废的建议结论,最终形成一套方法先进、可操作性强、推广应用价值较高的桥式起重机整机安全和寿命评估方法,对于预防和减少事故,保障生命和财产安全具有非常大的意义.

1 起重机械安全评估的发展

随着对起重机械的使用需求的不断扩大,起重机械的设计、制造也向着大型化、自动化和多功能化的方向发展.由于钢铁、港口运输等企业所使用的起重机普遍存在吨位大、使用频繁、工作环境恶劣、事故频发.2016年全国总共发生特种设备安全事故233起,起重机械的事故有94起,因起重机械造成的安全事故死亡人数,为总的死亡人数的51.67%.为此,起重机械安全问题不得不引起重视.

改革开放以来,有关安全系统工程我国也开始采用,在故障的诊断、可靠性评价和安全管理等方面都提出了要求,积极推进了安全评价评估工作的发展.国内各大企业、有关科研机构,特种设备检验检测机构等也开始关注起重机械结构、部件、安全装置使用状况的安全性研究,对安全操作也都做出了相应的规定,对起重机械操作工人也制定了相关的操作规程.国家专门成立了由各部门、行业的专家组成的特种设备安全科技发展规划研究机构,负责特种设备安全中长期科技发展规划和研究.目前只是针对起重机的单个机构进行安全评估,例如起重机的主梁、起重机的起升机构.这种评估方法过于片面,无法真实地反映出起重机整机的安全状况.对于起重机械整个系统的安全与寿命风险评估评价还需要进行大量的工作.

2 桥式起重机整机安全和寿命评估方法

对起重机械的以下六个主要单元的危险因素分别进行区分,依据起重机械相关标准和检验规侧进行检测,再运用合理的安全性评估方法进行定性或定量分析,建立数学模型,聘请起重机械领域的专家进行打分,得出起重机械的实际危险程度等级,获取权重数值,并依据权重数值的大小对桥式起重机整机安全和寿命进行评估.最终形成一套方法先进、可操作性强、推广应用价值较高的桥式起重机整机安全和寿命评估方法,给出桥式起重机整机需要改造、修理、更换或报废的建议结论.

(1)设备管理单元.《中华人民共和国特种设备安全法》等相关法律法规和技术规范规定,使用单位应建立健全特种设备安全管理制度,加强起重机械设备的日常管理,加强起重机械作业人员的培训学习,提高操作技能,保障设备的安全使用.然而,在日常实际工作中,使用单位对起重机械的安全管理松懈,没有设定专职或者兼职的特种设备安全管理人员,对设备的技术资料和档案未按要求管理存档,对设备的日常巡视检查不到位,未按要求进行定期检查和定期维护保养或者不到位,未按相关的安全管理制度进行监管,最终留下一些安全隐患.

设备管理安全评估是通过查阅设备的日常管理制度是否健全、设备档案和技术资料是否完善、日常维护保养是否全面等方面,对设备管理单元进行定性分析.

(2)主梁寿命单元.主梁是桥式起重机的非常关键的承载部件,主梁的刚度和强度相当重要.由于在制造过程中,焊接处不可避免地存在着大量的夹杂物,还有咬边、气孔、裂纹、没有焊透等缺陷,这些地方很容易发生应力集中产生严重的危险裂纹,很难修复,在繁重和频繁的工作过程中,出现疲劳破坏,最终将导致起重机主梁发生疲劳失效.

桥式起重机主梁寿命评估研究主要包括以下四个方面.①构建一套起重机主梁受力几何模型,再对有限元应力进行分析.②构建完整的数据采集系统,进行数据收集处理.③根据疲劳理论知识,分析桥式起重机的实际工作状况,选用适合的主梁钢结构疲劳寿命评估的方法.④对桥式起重机的主梁进行寿命评估.

(3)运行机构单元.起升机构、小车运行机构、大车运行机构是起重机运行机构的三大组成部分.在生产中,由于起重机长时间而又是断续的工作,所用电动机处于频繁的起动、制动、反转状态;负载也欠规律,时重时轻,还经常承受大的过载和机械冲击,致使主要零部件加速磨损和损坏.电动机、制动器、减速器等作为各个运行机构的主要零部件,是运行机构安全评估的关键所在.起重机运行机构安全评估是针对桥式起重机的运行机构(包括起升机构、大车运行机构、小车运行机构)的主要零部件,选取不同参数量对各个零部件,进行定量、定性分析,得到各个零部件的评价结果.并依据获得评价结果,聘请起重机械领域的专家进行打分,最终获取权重值.并依据权重数值的大小对桥式起重机运行机构做出安全评估.

(4)电气系统单元.由于起重机工作环境很差,又常在温度高、粉尘多、腐蚀性强、烟雾及蒸汽、潮湿等条件下工作,致使电气设备及元件锈蚀、老化、性能不稳;电线及电缆加速老化、破损;电气设备及元件、电气线路等绝缘降低;接地保护失效;紧急断电装置损坏;短路保护和失压保护失效;凸轮控制器触点接触不良或者是线路故障引起零位保护失效;过流过载保护等装置失效.

电气系统单元安全评估是对起重机的供电电源、馈电装置、电气设备及元件、电线及电缆、绝缘电阻、接地电阻、紧急断电开关、短路保护装置、失压保护、零位保护、过流过载保护等装置进行定量、定性分析评估,判定其符不符合起重机械制造标准和检验规则相关的要求.

(5)安全保护装置单元.由于维护保养不到位,导致限位装置的撞尺变形;行程限位器开关损坏;连锁保护电气开关损坏;缓冲器脱落和破损;扫轨板、止挡撞击变形;起升高度限位开关损坏;超载限制器失效或者不可靠等问题都会造成起重机发生重大安全事故.

安全保护装置单元的评估是对大小车行程限位器、连锁保护装置、缓冲器、扫轨板、止挡、起升高度限位、超载限制器等安全保护装置进行定量、定性分析,判定其符不符合起重机械制造标准和检验规则的相关要求.

(6)载荷试验单元.起重机载荷试验的目的是检查起重机及其各部分的结构承载能力,起重机在使用一段时间后,由于结构内应力、高温环境、操作工使用不合理等因素的影响,主要受力结构件异常,主梁的上拱度会逐渐的减小,出现永久性的变形致上拱度下挠;操纵机构不灵活;控制系统和安全保护装置失效;各运行机构不正常;主要机构连接处松动或损坏等.载荷试验单元安全评估是依据起重机械制造标准和检验规则的要求,对起重机进行必要的性能试验,如空载试验、额载试验、动载试验和挠度的测量,判定其符不符合相关标准和检规的要求.

(7)评估结论.通过对以上各项的总结评价,最后得出评价结论.

①安全.该起重机所有机构、主要部件、安全装置等状况良好.整机可以继续安全使用.②合格.该起重机机构、主要部件、安全装置的安全指标都符合规定,只存在少量安全指标不符合相关要求,对整台设备安全影响很小.不需要停止使用,但需要维修和调整.③异常.该起重机机构、主要部件、安全装置的大部分安全指标或部分重要指标不符合相关要求,对整机安全影响比较大,但可以通过修复达到要求.整机需要修理后再重新评估,评估合格后才能继续使用.④危险.该起重机机构、主要部件、安全装置的大部分严重损坏,无法修复或者修复困难,对整机安全影响极大,通过维修和调整都不能达标.整机做报废或停车大修处理.

3 结语

做好起重机械的安全评估工作是特种设备检验检测机构重要的工作职能和社会责任.本文提供的方法不仅适用于桥式起重机整机安全和寿命评估,而且还可以推广到门式起重机、塔式起重机等多种起重机械的整机安全和寿命评估,对于特种设备检验检测机构适应市场需求,开展评估评价业务,保障起重机械安全起到推动作用.

[1]王福绵.起重机械技术检验[M].北京:学苑出版社,2000.

TH21

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1671-0711(2017)11(下)-0082-02