提高设计质量对减少起重机械安全事故的意义

王传民，郑晓刚

（1.水利部产品质量标准研究所，浙江杭州 310012；2.杭州江河机电装备工程有限公司，浙江杭州 310012）

起重机又称吊车，是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。作为我国八大特种设备之一，起重机广泛应用于基础建设、港口码头、生产制造、电站运营等领域。据国家有关部门统计，随着我国经济快速发展，近年起重机意外事故数量呈快速上升趋势，死亡人数也逐年增加。降低起重机的安全事故一直是国家有关部门、起重机生产厂家及使用单位最重视的目标。起重机的设计、工艺、管理和使用等都有其特殊的技术要求，以确保产品质量和安全运行。除去制造质量问题和使用管理不当造成的安全事故外，还要深刻意识到提高设计质量对于减少起重机安全事故的意义，这是一个值得引起有关科技人员重视的问题。

1 起重机械安全事故的主要类型

众所周知，危险因素是事故发生的起源。通过分析起重机的型式和作业过程可以发现，起重机械特殊的结构形式和工作的运动方式本身就存在着诸多危险因素。这些危险因素有些是显现的，容易被人们发现并做出相应的预防措施；而有些是隐形的，不容易被人们发现而带来更大的安全隐患。各种不同形态危险因素往往交织在一起，使得起重机安全事故屡有发生。根据有关统计分析，起重机事故主要有以下几种类型。

1.1 重物坠落伤害事故

重物坠落原因有多种，起升机构的零件发生故障或损坏（特别是制动器失灵、钢丝绳或吊钩断裂等）都可能引发重物坠落的危险。其他常见原因还有物件捆绑不牢或挂钩不当发生脱钩散落、电磁吸盘操作不当或突然失电导致其吸吊的物料坠落等。另外，如果重物坠落是危险物料，例如，高温液体金属，易燃易爆、有毒、有腐蚀等危险品，它们的坠落还可能导致人员或环境烫伤、粉尘伤害、腐蚀等二次伤害。

1.2 起重机失稳事故

起重机失稳主要有两种情况和原因：一是由于操作不当（例如，超载、臂架变幅或旋转过快等）、支腿未找平或地基沉陷等原因，导致起重机由于倾覆力矩过大而倾翻；二是由于基础坡度或风载荷作用，使起重机沿倾斜路面或轨道滑动，发生不应有的位移、脱轨或倾覆。

1.3 金属结构破坏事故

作为整台起重机的重要组成部分，起重机金属结构不仅承载了起重机的自重和吊重，而且构架了起重作业的立体空间。由于起重机的金属结构组成不同，金属结构破坏形式往往也不同。例如，门式起重机和桥式起重机的主梁下挠度超标或支腿垮塌，门座起重机和塔式起重机的坠臂、倒塔等。金属结构的破坏常常会导致严重伤害，甚至出现群死群伤。

1.4 人员高处跌落事故

起重机往往自身机体高大，一般桥式起重机和门式起重机的主梁架设高度都在10m以上，塔式起重机和门座起重机甚至高达几十米。为了获得作业现场清楚的观察视野，司机室往往设在金属结构的高处，很多设备也安装在高处，起重机转移场地时的拆装作业、起重机高处设备的维护和检修，以及安全检查测量，这些需要人员登高的场所和作业环节，都存在着人员从高处跌落伤害的危险。

1.5 作业人员触电伤害事故

大多数起重机都是电力驱动，供电电源都是380V及以上电压，如果输电线路或高压元器件绝缘保护出现问题，作业人员与带电体距离过近或触碰带电物体时，都可能引发触电伤害。即使是流动式起重机，在输电线附近作业时，触碰高压线的事故也时有发生。直接触电或由于跨步电压会造成电伤、电击事故。

1.6 起重机运行造成的夹挤和撞击事故

受工作环境条件所限，有些桥式起重机轨道两侧缺乏良好的安全通道，回转臂架式起重机的起重臂架作业回转半径与邻近的建筑结构之间的距离过小，使起重机在运行或回转作业期间，对滞留在其间的其他人员造成夹挤伤害。此外，起重机运行机构的操作失误或制动器失灵引起溜车，可能对人员造成碰撞或碾轧伤害事故等。

1.7 其他机械伤害

起重机上各机构都存在运动零部件，当保护或操作不当时，就有可能发生人体某部位与运动零部件接触引起的绞、碾、戳等伤害，液压元件或管路破坏造成高压液体的喷射伤害，运转零件破坏飞出物的打击伤害，抽拉吊索引起的弹射伤害等。

2 案例分析

近年，起重机事故率一直居高不下，其原因是多方面的，主要包括标准滞后、设计前瞻性不足、制造工艺水平落后、安装质量控制不严、使用管理不到位等。要减少起重机械安全事故的发生，可以从制修订相关规程及标准、加强监督管理等方面入手，更为重要的是要从设计的源头抓起，提高设计的质量，对各种工况和突发情况进行充分的预判，并从安全保护和电气控制方面采取相应的措施，来降低起重机安全事故的发生率。从以下两个真实事故案例中，可以看出设计质量对于起重机安全的重要性。

（1）案例1：重庆草街某工地施工门座起重机倾覆事故。

水电站施工用门座机（图1）是水电站用来浇注混凝土大坝及机电安装用的一种门座起重机，具有起升扬程高、工作幅度大的特点，曾经为三峡大坝等诸多水电站的施工做出很大贡献，深受施工单位的喜爱。但是由于自身结构的特点，其稳定性方面要求相对较高，如果在施工或拆装过程中不能严格按照起吊安全要求，则有可能造成机毁人亡的重大安全事故。该机型最主要的保护装置为力矩限制器，可以确保起吊作业不会超过额定载荷及额定幅度。

图1 水电站施工用的门座起重机

2008年初，在重庆草街某工地，一台门座起重机因力矩限制器出现故障，操作人员在故障排除前私自将该保护装置短接，在没有仪表参与保护的情况下进行作业，超过了门机的承载能力，造成了门机的倾翻事故（图2）。

图2 倾翻的门座起重机

针对这一事故，违规操作者及所在单位均受到了处罚，但是作为设计单位，也从该事故中总结教训，改进了设计方案。针对操作者可以私自短接力矩限制器的这一漏洞，设计人员改进了PLC控制程序，要求在力矩限制器增加一输出点，正常工作时直接连入PLC中，而且必须保证此点接通的时候方可对门机进行操作，从而从源头避免了使用单位或操作者再次违规操作的可能性。根据之后的调查了解，再没有相关设备因为类似原因出现倾覆事故，而该设计要求已经写入有关标准规范的相关条款之中。

（2）案例2：曹娥江坝顶门机“溜车”事故。

坝顶门机是属于移动式启闭机的一种（图3），主要负责水电站或水利枢纽闸门的启闭工作，其起升容量是根据闸门重量加上水压、淤泥等附加阻力确定的。作为起重机的一种，超载限制器同样是一种基本的保护装置，但是在2008版的《起重机设计规范》和2010版的《起重机械安全规程》发布之前，对起重机起升机构的超速保护未加规定。

图3 水电站坝顶门机

浙江绍兴曹娥江大闸枢纽工程是浙江省重大水利项目，其负责闸门起吊的坝顶门机于2007年投入使用。在一次起吊过程中，坝顶门机出现了严重的“溜车”事故，因闸门下降速度过快，造成整个高速部分的传动系统爆炸式分解（图4）。

图4 事故后的坝顶门机起升机构

事后分析是起升时出现闸门卡槽，造成起升机构过载，司机没有采取停机措施，而是短接超载限制器，野蛮操作，造成变频器输出的扭矩突然消失，闸门失速下滑，因速度过快造成了设备严重损毁的后果。

针对这一事故，设计人员在之后的所有设计中均设置了机械离心式超速开关装置，只要电机超过1.2～1.3倍的最高设定速度，超速开关就会自动动作，起升机构就会立刻停机抱闸，避免此类事故再次发生。

3 结束语

起重机一旦发生安全事故往往会造成重大财产损失，甚至是人员伤亡，危害性很高。根据起重机械安全事故的发生原因和类型，人们往往比较关注制造质量和人为操作，也是很多事故结论的落脚点，而设计方面尤其是控制和安全装置方面的隐患往往会被忽视。随着人们认识的提高和制度的进一步完善，安全责任已由使用者、制造者、安装维修者向设计者、检验者延伸。起重机械的设计人员和相关标准规范的制定者，要时刻从各种事故中总结教训，从源头抓起，不断提高设计质量，不断弥补各种漏洞，消除可能带来的安全隐患，从而有效降低起重机安全事故的发生。