起重机械的安全评价方法初探

陈文雄

（凉山州特种设备监督检验所，四川 凉山 615000）

起重设备作为重要的机械设备，随着使用的数量越来越多，相应的使用范围也越来越广，起重机械具有特殊的结构型式并且具有独特的运动方式，在使用过程中，起重设备存在众多的危险因素，这也是造成起重设备发生安全事故的原因之一，所以对起重设备进行细致的安全状态评估来提升其自身的安全性能显得十分必要。

起重机械的本质安全体现在人、机、环境、管理等各个环节中，增强设备的整体完整性、优化起重机械的资源配置，这样可以进一步提升设备的整体可靠性，本质安全理念中，事故在一定的范围内都可被认为是可以预防和避免的，能否达到理想化的安全，需要对其进行相关的安全评价，对可能发生事故的危险源进行分层归纳，通过一定的数学理论研究方法，对可能发生的危险进行定性和定量的分析，以此来找到最小的事故发生率，最小的事故损失以及最大的经济效益。

1 起重机械安全评价方法

1.1 安全评价方法的设计思路

安全评价方法是由若干部分构成的，从能够反映其在工作状态时存在的可相互关联的各个安全要素和方面入手，根据这些影响因素的特性和分类来设计评价方法，设计时尽量将可能引起事故发生的危险因素全部考虑进去，同时兼顾指标的定量定性分析，可以更好地、全面地对起重机械安全性能进行评价。

研究发现，起重机械从最开始的设计环节到最后的使用和管理环节的各个阶段，目前的数据统计和分析方法多存在一些缺陷。优化设计、动力学分析、疲劳以及寿命判断，设备管理、风险评估等评价方法虽然具有一定的优势但仍有很大不足。所以应引入机械本质安全的概念和危险源分层的理念，将严重影响整个起重机械系统安全的因素进行划分和归纳，分析产生这些风险的原因，这样进一步提出相应的解决问题的方向、方法和措施，缩减危险发生的概率，采用安全评价方法来对相关具体解决问题的方案正确性和可行性进行评定，使得起重设备运行过程中的各个环节趋于常规化、标准化，完善起重设备的安全评价方法，以进一步使本质安全得到更大的提高。

1.2 危险源的分析归纳和评价方法的构建

2011年5月30日，某厂铸造车间10t/3t桥式起重机司机，在开动大车和10t主钩去吊钢水包的同时将3t副钩提升，结果在主钩钩挂钢水包时，副钩碰撞到电动葫芦外壳，导致绳断，钩头坠落，将正在挂钩的司机砸伤。

从此案例中，可分析其原因为以下几点。

（1）设备本体方面：上升限位开关常闭触头未串入电动机的主回路内，而是串入其上升接触器线圈回路中的控制回路内，因而发生了虽吊钩已撞碰限位开关线圈回路分断，但是因接触器触头粘连，电动机持续通电吊钩继续提升而导致钩头坠落伤人。

（2）突发事件应急处理方面：应急处理和事故处理的措施不完整。包括对应急救护中心的设置、应急处理预案的日常演习等方面，本单位均未做出完整有效的措施。

（3）单位本质安全文化方面：起重设备使用单位对安全工作不够重视，安全管理体系未落实到位。

（4）人员组织保障方面：操作人员违反起重机操作规程：①不准同时开动三个机构运行。②不准用限位器和各联锁开关作为停车手段。设备常规例检、定期检查维护保养不善，以致发生接触器触头烧焦而粘连的故障。

从以上案例可以得出危险源的归纳是指将可能引起起重设备发生危险的各个影响因素分解、分析与归纳，确定发生这些危险的原因并找到其根源，这样可以使起重设备的管理人员和操作人员能够第一时间掌握产品的相关信息，进而在事故发生前即可及时预防和维护，从而避免事故的发生。在对危险源进行归纳时，主要采用分层归纳的方法，并保证这些因素相互之间不会发生相交，如下图1所示。

图1 起重机械安全层次分析图

基于前文中起重机械安全评价方法的设计思路，根据引起起重机械事故发生的各个因素的内容、原因、以及自身的特性，可将其涉及的危险因素归纳为四个方面：起重机械本体危险源、突发事件处理危险源、单位安全文化危险源和人员组织保障危险源。

起重机械本体危险源：起重机械本体的危险源是直接给起重设备安全运行带来影响的最根本、最重要的因素，涵盖于起重设备的设计计算、生产、运输、吊装、调试、养护、维修、改造、设备主体与保护机构等若干方面。从起重机械本体危险源方面管控危险源，需要严格监督制造企业相关起重设备的制造资质，该资质是否在有效期内；产品是否需要型式试验，型式试验合格与否；安装资质许可等级；维修改造单位是否具有相应的资质。从起重机械结构上入手，稳定性如何；塑性变形、裂纹等缺陷是否在要求范围之内；梁结构预拱值和下挠值是否满足国家标准的要求；外购件（动力源、减速装置、制动装置等）异常与否；安全保护系统是否齐全、有效；起重设备使用单位的管理部门和岗位的责权划分是否明确。从根本上减少起重设备发生事故的概率。

突发事件应急处理方面的危险源：突发事件应急处理方面的危险源主要有两点：应急处理和事故处理，并且包括这两个方面的紧急措施的完整性（包括处理预案的完整性）。应急处理的预案是否经过科学的论证、专业的审核和时效更新，应急处理时的装备是否完善、应急救护中心的设置、应急处理预案的日常演习。

单位本质安全文化危险源：主要指起重设备使用单位对安全工作重视与否，安全管理档案是否完善、更新，安全管理体系是否落实等方面。

人员组织保障危险源：人员组织保障方面的危险源主要是指在起重机械使用过程中相关人员岗位的设置和使用起重机械的人员情况。包括起重机械操作岗位的数量、操作者是否具有相应的作业证书，操作人员的安全培训，操作起重机械的记录及日常监督考核、该岗位的职能、体制，起重机械的相应规程、设备常规例检，定期检查维护保养等。

本文提出的安全评价方法采用打分制。是从起重机械本体、突发事件处理、单位安全文化、人员组织保障四个方面进行评价。首先对以上安全评价数据进行熵权模糊处理，接着通过一定的数学算法和模拟实验验证，最后获得评价结果，进而确定该起重机械的危险等级。危险性等级分为四个档次：低、中、高、极高四个等级，危险分档越高，事故越易发生，发生事故的损失也越大。

1.3 利用模糊综合评价方法对起重设备进行安全评价

现阶段采用的评价起重机械安全的多数方法，虽然具有简单实用、步骤简洁等特点，但由于这些评价的方法缺少评价细则的数据支持，一些条目只能用定性的方式而无法用定量的方式量化评定，使得这种方法存在主观影响因素较大的缺陷。

建立一套可定量对起重机械进行安全评价的方法显得尤为重要。这里引入模糊数学的方法来对起重机械的安全状态进行定量评价。

（1）因素集的构建。以影响起重机械安全状态评价的若干因素作为集合内的元素，这样构成的集合即是本文所指的安全因素集。

把影响起重设备的若干安全因素分为四个方面，以此建立集合为：U={U1,U2,U3,U4}。

其中：

U1={u11,ul2,ul3,ul4,ul5,ul6}={剩余的起重机械寿命状态，起重机械实际应力状态，起重机械刚度状态，起重机械存在的塑性变形状态，是否存在裂纹以及裂纹状态，起重机械表面涂装及腐蚀状态}。

U2={u21,u22,u23}={起重机械主要构件，安全防护设备，电气设备}。

U3={u31,u32,u33,u34}={起重机械的使用状况，设备的承载能力，动力的传输性能，机构构件情况}。

U4={u41,u42,u43,u44}={已工作时间，在编状态，维护经历，其它}。

（2）权重集的构建。集合中四组元素间设定权重A=（ai1，ai2，ai3，ai4........ain）， 取U1组 内 权 重Al=(a11，a12，a13，a14)， 取U2组 内 权 重A2=(a21，a22，a23，a24)，取U3组内权重A3=(a31，a32，a33，a34)，取U4组内权重A4=(a41，a42，a43，a44)。依据实际工作中积累的数据，对以上权重进行取值。这主要是根据各因素对系统整体安全的重要程度而取的，当然也具有一定的经验性和主观性。

（3）评价集的构建。将起重机械安全状况预设为优秀、较好、普通、较差、极差共五种。即评价集V={优秀，较好，普通，较差，极差}。

（4）评价矩阵的确定。因素组1的评价矩阵Rl具有的性能状态，按要求可划分为若干档次：优秀、较好、可用、待修以及报废，数学评价分值档可分为0、1、2、3、4，以此对应起重设备的评价集V={优秀，较好，普通，较差，极差}。例如因素组1中第1个因素是剩余的起重机械寿命状态，通过技术手段得知该起重设备剩余的工作年限为5年，则该起重机安全状态为良好,对应的评价集V第一行的Rll=(r1,r2,r3,r4,r5)，同理可以求得Rl2,R13,R14,R15,R16,从而得到R=[R11,R12,R13,R14,R15,R16]T，它是一个6×5矩阵。

因素组2的评价矩阵R2=[R21,R22,R23]T，获取R2的办法同因素组1的评价矩阵相近，按照日常安全管理检验清单逐项对设备的主要构件、防护构件以及控制部件进行安全核查，将检测后的结果与集合V={优秀，较好，普通，较差，极差}内的元素对应。以此获得R2，R2是3×5矩阵。

同样的方法，因素组3的评价矩阵R3=[R31,R32,R33,R34]T（4×5矩阵），因素组4的评价矩阵R4=[R41,R42,R43,R44]T（4×5矩阵）。

1.4 模糊矩阵复合评价

利用模糊矩阵复合运算法来进行模糊综合评价。

B1=A1·R1=(b11,b12,b13,bl4,b15)，其中：

r1j是R1评价矩阵中的元素，即R=[r1j]6×5。

同理根据B1=A1·R1，可以求出B2,B3,B4,得到总评价矩阵R=[B1,B2,B3,B4]T，它是一个4×5矩阵。从而得到综合评价B=A·R=(b1,b2,b3,b4,b5)。

最后将B进行归一化：

这就是最终的综合评价。例如得到B=(0.5,0.25,0.1,0.05,0.1)，这说明，对于该设备的最终评价，认为处于优秀状态的有50%；认为处于较好状态的有25%；认为处于普通状态的有10%；认为处于较差状态的有5%；认为处于极差状态的有10%。

2 结语

本文所述的起重设备安全评估方法是以模糊数学的方式对起重设备的安全性能进行评价与预估，将起重设备的危险源进行归纳和划分，使起重设备在制造、组装、应用及管理等单位之中形成一个有机整体，实现对起重设备有效的安全状态管理，将起重设备的传统管理评价方法提升为现代管理评价方法，可实现起重设备维护时的主动性和预知性，使起重设备在其合理的安全使用时间内的各项指标、性能达到最大化，进而使经济效益达到最大化。

参考文献：

[1]杨孝.起重机械设备的安全技术检验及评价[J].科技创新与应用,2013,(16):138.

[2]周凯鹏,吴静.起重机械安全问题研究[J].硅谷,2011,(03):80.

[3]张宝国.浅谈起重机械的安全技术管理[J].石河子科技,2011,(04):21-22.

[4]徐建东.基于LM神经网络的起重机械本质安全评价方法研究[J].电子制作,2015,(01):238.

[5]孙细安.起重机械安全评价研究[J].水利水电施工,2009,(01):79-81.