安全监控管理系统在一起起重机事故分析中的应用

雷绍群

摘要：全监控管理系统可记录存储运行参数、安全状态、视频等内容，大型起重机械安装安全监控管理系统除了可以提高起重机械的安全系数，还有助于对起重机械事故或故障进行分析。文中通过分析一起造船门式起重机事故，得出安全监控管理系统可提高分析事故原因的效率和准确率的结论。

关键词：安全监控管理系统;起重机械;事故分析

Application of Safety Monitoring Systems in the Analysis of A Shipbuilding Gantry Crane Accident

LEI  Shao-Qun

（Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute， Fuzhou 350008， Fijian， China）

Abstract：  The safety monitoring system can record and store the operation parameters， safety status， video and other contents. The installation of safety monitoring system for large hoisting machinery can not only improve the safety factor of hoisting machinery， but also help to analyze the accidents or faults of hoisting machinery. Through the analysis of a shipbuilding gantry crane accident， it can be seen that the safety monitoring system can improve the efficiency and accuracy of the analysis of accident causes.

Key Words： Safety monitoring system; Hoisting machinery; Accident; analysis

1 引言

起重机械作为吊运物料的重要工具，在工业生产中的应用日趋广泛，随着科技和经济的日益发展，逐步朝着大型化、自动化发展，其数量也逐渐增多[1]。起重机械具有较大危险性，因此被列入特种设备来进行监管。据统计，起重机械事故率一直位于八大类特种设备之首[2]，如何保障起重机械运行安全、降低起重机械事故率是我国特种设备监管重点。

国务院于2010年在《关于进一步加强企业安全生产工作的通知》中，明确要求大型起重机械要安装安全监控管理系统，从此拉开大型起重机械安装安全监控管理系统的序幕。起重机械安装安全监控管理系统除了可以保障起重机械运行时的安全，还能记录存储起重机械运行参数和安全状态，在起重机械发生事故后，运行参数和安全状态可回放、可追溯，有助于准确快速分析事故原因，有针对性地采取相应的预防和改进措施，避免和减少起重机械事故的发生。

2  起重机械安全监控管理系统介绍

根据国家标准GB/T 28264-2017《起重机械  安全监控管理系统》的定义，安全监控管理系统是指对起重机械工作过程进行监控，能够对重要运行参数和安全状态进行记录并管理的系统。一个完整的安全监控管理系统包括信息采集单元、信息处理单元、信息存储单元、信息显示单元、控制输出单元、信息输出接口单元等[3]。造船门式起重机安全监控管理系统监控的内容有：（1）运行参数：起重量、起升高度、运行行程、大车运行偏斜、风速、操作指令、工作时间、累计工作时间、工作循环。（2）安全状态：起升机构制动器的开闭、抗风防滑、门联锁保护、机构之间的运行联锁保护、同一或不同一轨道运行机构安全信号、供电电缆卷筒、超速保护。（3）视频监视点：吊点、行走区域。

从2010年开始，大型起重机械安装安全监控管理系统的工作一直在逐步推进，特种设备安全技术规范TSG Q7016-2016《起重机械安装改造重大修理监督检验规则》，明确了安装安全监控管理系统的大型起重机械的目录，并要求自2016年7月1日起，所有新制造的大型起重机械必须安装安全监控管理系统[4]。特种设备安全技术规范TSG Q7015-2016《起重机械定期检验规则》要求，在用的大型起重机械在2018年1月1日之后的第一个定期检验日期之前，必须安装安全监控管理系统[5]。截至2019年12月31日，在目录中的大型起重机械应全部完成安全监控管理系统的安装。

根据安全技术规范的要求，造船门式起重机无论其参数大小，全部都需安装安全监控管理系统。就目前的造船门式起重机而言，有的在出厂时就已安装安全监控管理系统，有的则是在投入使用后加装安全监控管理系统。

3安全监控管理系统在事故分析中的应用

3.1 事故概况

2019年10月12日，某造船厂发生一起造船门式起重机下小车主钩溜钩事故，所幸起升高度较小，未造成较大损失和人员伤亡。经现场初步勘查，事故发生后，船体分段单边着地，下小车主钩落于地面，钢丝绳完全松驰。上小车双主钩吊住船体分段另一边，悬在空中。上小车双主钩的传动系统未见异常，制动器未见异常。下小车主钩的传动系统出现问题，高速轴在减速箱和制动器间断裂，制动器脱离安装位置，完全解体（见图1），制动轮四分五裂。高速轴断裂处呈弯曲状态（见图2），位于下小车主钩制动器旁边的急停开关被物体撞击破损。下小车主钩的传动系统示意图见图3。

3.2 起重机概况

发生事故的起重机为造船门式起重机，型号规格为：MU300（2×100+150/20）-72A5，额定起重量为300t，采用PLC控制，起升机构和运行机构全部采用变频电机驱动。有上、下2个运行小车，上小车有2个主钩，其额定起重量分别为100t;下小车有1个主钩和1个副钩，主钩额定起重量为150t，副钩额定起重量为20t，主钩装有1个工作制动器，为盘式制动器。发生事故前，操作人员利用该造船门式起重机上小车的2个主钩和下小车的1个主钩联合抬吊船体分段。

3.3 安全监控管理系统监控内容

该造船门式起重机投入使用的时间是2012年1月，于2017年12月加装了安全监控管理系统。为更好地分析事故发生经过和原因，调取了事故发生时间段的有关监控内容，并对有关内容进行转化、分析。

与下小车主钩有关的部分监控内容见表1，与上小车主钩有关的部分监控内容见表2。上小车双钩均未出现异常现象，因此，表2的内容可作为参考对比之用。表中仅显示与事故有关的部分内容，由于零位整定关系，下小车主钩和上小车主钩起升高度是各自的相对值，非绝对值。原监控内容的时间可显示到微秒，但由于篇幅关系，本表简化显示到秒。

表1序号4，操作指令在0档时，制动器处于打开状态;表1序号5，操作指令在下降1档时，制动器处于闭合状态，这是因为制动器状态是通过验证制动臂的机械动作状态而得的，因此有适当的延时。表2序号4、序号5也有同样现象，这说明PLC控制逻辑和制动器动作是正确的。

3.4 事故原因分析

表1序号3的785.78m是下小车主钩的最大高度值，随后，下小车主钩起升高度值逐渐变小。表1序号9下小车急停开关断开，说明此时急停开关已被物体撞击导致动作，从而也表明制动器是在此时损坏的。表1序号9，在下降3档时，制动器状态信号闭合，有两个因素可导致制动器状态信号闭合：一是由于下小车急停开关断开，导致制动器闭合;二是由于制动器已破损，制动器状态验证开关恢复到常开状态。表1序号11，下小车主钩起重量显示0t，说明此时下小车主钩吊点侧的船体分段已完全着地。从表1下小车主钩起重量和表2上小车2钩总起重量可知，起重机未超载。

由表1监控内容的分析可初步还原事故的大致发生过程：2019年10月12日，14点07分15秒前，下小车主钩运行未见异常现象;14点07分15秒，下小车主钩由上升2档切换到零位档，制动器处于打开状态，下小车主钩开始下滑;14点07分18秒，下小车主钩下滑过程中，制动器抱闸，但主钩还是继续下滑;14点07分22秒，下小车急停开关被制动器零件碎片击中动作，下小车主钩继续下滑;14点07分23秒，操作人员操作手柄，回到零位，但由于此时制动器损坏，高速轴断裂，下小车主钩不受电机和制动器约束，继续下滑;14点07分25秒，船体分段单边完全落地。监控视频完整记录了船体分段的运行过程，经比对，监控视频中的事故发生过程与上述分析过程完全一致。

在本次事故中，上小车主钩运行正常，下小车主钩运行出现异常现象，上小车主钩和下小车主钩运行方向对比情况见表3。由表3可知，在14点07分15秒至14点07分19秒间，下小车和上小车的运行方向相反，说明从14点07分15秒开始，下小车主钩的运行出现异常。上小车主钩的运行方向与操作指令一致，说明PLC控制逻辑是正确的。

对变频器的参数设置作检查与分析，发现变频器的参数设置存在可能引起事故的隐患，如变频器参数中制动应答确认采用的是内部应答、变频器参数采用的运行启动转矩为0%、电机停止后的励磁保持时间设置为0秒等。

由以上分析可得出产生溜钩的可能原因：下小车主钩由上升2档切换到零位档时，制动器处于打开状态，没有制动力矩。由于变频器参数设置引起偶发故障，导致电动机输出力矩小于下小车主钩载荷产生的力矩，下小车主钩在载荷重力作用下产生下滑。

由以上分析可得出制动器损坏的可能原因：在下小车主钩下滑过程中，制动器抱闸，由于此时下滑速度较快，载荷较大，且制动器制动片施加给制动轮的抱闸力不均衡，不均衡的抱闸力对旋转的制动轮产生弯矩和冲击。制动轮受弯矩和动载荷冲击作用，导致破裂。破裂的制动轮碎块在离心力作用下，四处乱飞。

由以上分析可得出高速轴断裂的可能原因：从高速轴的断口和外形分析可知，高速轴主要是受弯矩作用产生断裂。制动器制动片对制动轮产生弯矩作用的同时，制动轮对高速轴也产生了弯矩作用。由于此时高速轴还处于高速旋转状态，受动载冲击作用，处于旋转状态的高速轴在制动轮弯矩作用下产生瞬间断裂。

4 结语

当前，经济发展对大型起重机械的安全性和可靠性提出了越来越高的要求。安全监控管理系统不仅可以降低大型起重机械发生事故或故障的风险，同时也有助于事故或故障的准确快速分析。在利用安全监控管理系统监控内容分析事故或故障时，应综合利用运行参数、安全状态、视频等内容进行统一分析，尽可能复原事故或故障发生过程，查找原因并有针对性地采取改进措施，保障起重机械的安全运行。由于引起起重机械发生事故或故障有诸多原因，安全监控管理系统监控内容无法面面俱到，因此必要时还应利用其他分析手段，对事故或故障原因进行综合判断。

参考文献

[1]宋梁君，章明辉，程俊.一起起重机主梁折断事故的分析[J].中国特种设备安全，2015，31（3）.

[2]陈敏，黄国建，等.故障树分析法在起重机械领域应用研究进展[J].机械研究与应用，2015，28（5）.

[3]起重机械 安全监控管理系统：GB/T 28264-2017 [S].

[4]起重机械安装改造重大修理监督检验规则：TSG Q7016-2016[S].

[5]起重机械定期检验规则：TSG Q7015-2016[S].