TSG Q7002—2019吊运熔融金属的通用桥式起重机相关问题研究

陈晓伟 马鑫磊 李成良 高金钊

1泰安市特种设备检验研究院 泰安 271000 2山东金特装备科技发展有限公司 济南 250003

0 引言

目前，吊运熔融金属的通用桥式起重机在某些产能较小的冶金企业大量应用，该类起重机制造成本较低、结构简单、吊运过程灵活，广受规模较小、产线单一的冶金企业的青睐。此类设备在金属结构和起升机构上存在一定的设计缺陷，导致其本质安全性较低，影响设备的安全使用。自TSG Q7002—2019《起重机械型式试验规则》实施后，对该类起重机从品种划分、制造标准依据及本质安全等方面提出新的要求。本文通过分析TSG Q7002—2019实施前后该类起重机安全规范和制造标准要求的异同，结合国家市场监管总局特种设备安全监察局的相关问题答复，分析新制造设备在设计和制造及登记在用设备在使用维护中易出现的问题，并提出相应的解决措施，提高新制造产品的本质安全并降低登记在用设备的事故概率和事故风险，确保设备的安全使用。

1 TSG Q7002—2019实施之前吊运熔融金属通用桥式起重机的基本要求

在TSG Q7002—2019实施之前，吊运熔融金属的通用桥式起重机（代号QDY）的制造标准依据为GB/T 3811—2008《起重机设计规范》、JB/T 7688.1—2008《冶金起重机技术条件第1部分：通用要求》和GB/T 14405—2011《通用桥式起重机》。相关制造标准规定该类起重机的钢丝绳、滑轮、电动机、减速器、联轴器等零部件及电气装置应该符合相应作业环境的基本要求，保证设备的使用性能[1-3]。同时，吊运熔融金属的通用桥式起重机的高度限位器、超速保护、正反向接触器故障保护等安全保护装置还应该符合GB/T 6067.1—2010《起重机安械全规程 第1部分：总则》、TSG Q0002—2008《起重机械安全技术监察规程—桥式起重机》、TSG Q7016—2016《起重机械安装改造重大维修监督检验规则》和TSG Q7015—2016《起重机械定期检验规则》的相关规定，确保设备的安全性能[4-7]。

除此之外，相关安全技术规范对该类起重机的起升机构和制动器有特殊规定，其中，TSG Q0002—2008规定吊运熔融金属的通用桥式起重机额定起重量不超过75 t，工作级别为A7或A8；起升机构装设有2套独立作用的符合标准要求的工作制动器[5]；TSG Q7016—2016和TSG Q7015—2016规定额定起重量为75 t以下的吊运熔融金属的通用桥式起重机主起升机构的驱动轴上装设2套符合JB/T 6406—2006《电力液压鼓式制动器》或JB/T 7020—2006《电力液压盘式制动器》要求，且能独立工作的制动器，每套制动器的安全系数符合GB/T 3811—2008中6.1.1.3.1.3 c的相关规定[6,7]。由以上安全技术规范的规定可以看出，吊运熔融金属的通用桥式起重机起升机构可设置为单驱动系统和双工作制动器的模式，只需要工作制动器的安全系数符合GB/T 3811—2008的要求即可。由于工作制动器设置在高速轴上，即该类设备对高速轴的制动安全进行了冗余设置，而未考虑低速轴系统断裂或损坏的风险。

事实上，吊运熔融金属的通用桥式起重机是铁岭事故发生后一个过渡阶段的产物，其与通用桥式起重机无本质差别，只是将额定起重量限制为75 t以下，将工作级别提高至A7、A8，起升机构设置双限位和双制动系统以降低钢水包冲顶和坠落的风险[8]。如果该类设备低速轴出现断裂、减速器产生损坏或者制动器的接触器出现异常黏连的情况，钢水包会产生坠落的风险，降低设备的本质安全。同时，该类起重机还存在作业环境恶劣，中小企业管理不规范、人员素质相对较低及维护保养不及时等事实，进一步增加了设备的安全隐患。

2 TSG Q7002—2019实施之后吊运熔融金属通用桥式起重机的基本要求

TSG Q7002—2019实施后，对吊运熔融金属的通用桥式起重机提出新的要求，其规定吊运熔融金属的冶金起重机的吊具、电动机、钢丝绳、滑轮、卷筒、制动器、司机室、隔热板还应当符合GB/T 7688.1—2008《冶金起重机技术条件第1部分：通用要求》和GB/T 7688.5—2012《冶金起重机技术条件 第5部分：铸造起重机》的要求[9]。由以上规定可以看出，吊运熔融金属的通用桥式起重机品种统一划归为冶金桥式起重机，称为铸造起重机（代号为YZ），其设备代码为4150；以前吊运熔融金属的通用桥式起重机设备品种为通用桥式起重机，其设备代码为4110，两者存在本质的区别。

由上述标准可知，TSG Q7002—2019实施前后，吊运熔融金属的通用桥式起重机制造依据的其产品制造标准存在本质的差别。其中，GB/T 7688.5—2012明确规定吊运熔融金属的桥式起重机（铸造起重机）主起升机构应设置2套驱动装置，且在输出轴上刚性连接；或主起升机构设置2套驱动装置，在输出轴上无刚性连接或主起升机构设置1套驱动装置时，均应在钢丝绳卷筒上设置安全制动器；或对于额定起重量不大于16 t的起重机，在设计起升机构时其工作级别至少比实际作业条件所要求的高2级，最小工作级别不应低于M5级[10]。由于吊运熔融金属的桥式起重机起升机构的实际工作级别较高，一般需要达到M7或M8，当额定起重量不大于16 t时，设计起升机构的工作级别至少比实际作业条件高2级的条件无法达到，其起升机构的设置必须满足其他要求。因此，对于吊运熔融金属的桥式起重机（铸造起重机）主起升机构的设置2套刚性连接的驱动系统，或设置2套无刚性连接或1套驱动系统时，均应在卷筒上设置安全制动器。通过起升系统的冗余设计或在低速轴上的设置安全制动器以降低钢水包坠落的风险。

根据特种设备安全监察局2020年9月16日的相关答复，对于吊运熔融金属的通用桥式起重机自2020年3月1日TSG Q7002—2019实施之日起，结合相应标准及标准内容的调整变化，将吊运熔融金属的通用桥式起重机统一归为冶金桥式起重机管理，即无论是原75 t以上的吊运熔融金属的铸造起重机还是原75 t以下的吊运熔融金属的通用桥式起重机全部归为冶金桥式起重机管理；对于2020年3月1日起新制造及出厂的吊运熔融金属的通用桥式起重机原型式试验已不再适应；与此同时，该类起重机应当在现行有效的许可证覆盖范围内，以冶金桥式起重机的名义依照TSG Q7002—2019的要求进行型式试验，并以冶金桥式起重机的名义出厂，履行相关程序后投入使用，即原吊运熔融金属的通用桥式起重机的型式试验报告自动作废。

3 TSG Q7002—2019实施之后新制造吊运熔融金属桥式起重机设计及制造过程的注意事项

TSG Q7002—2019实施后，在设计和制造上对吊运熔融金属的桥式起重机作了明确的规定，特别是起升机构的驱动方式和制动器的种类及数量，无论其额定起重量为多少，将其完全归类为冶金桥式起重机，主起升机构设置双驱动系统且系统间刚性连接，就是设置未刚性连接的双驱动系统或单驱动系统并在卷筒处增设安全制动器。TSG Q7002—2019实施前生产的吊运熔融金属的通用桥式起重机已不能满足新规范的要求，相应的型式试验合格证将作废，即吊运熔融金属的通用桥式起重机将不再继续生产，原持有该类型式试验合格证的制造单位需要重新按照新规范的要求进行型式试验或持有铸造起重机型式试验合格证才能生产该类设备。

TSG Q7002—2019规定对大于10 t的冶金桥式起重机需加装起重机安全监控管理系统，即冶金起重机作为样机进行型式试验时，当其额定起重量大于10 t时设备需要安装安全监控管理系统[9]；TSG Q7016—2016规定新制造的冶金桥式起重机应该安装安全监控管理系统，即新出厂的冶金起重机需要加装安全监控管理系统[6]。2个安全技术规范规定略有不同，原因是TSG Q7002—2019将电动葫芦作为起升机构的吊运熔融金属的单梁（代号LDY）或者双梁（代号LHY）纳入冶金桥式起重机管理，将实施安装监督检验，TSG Q7002—2019规定该类起重机的额定起重量不能超过10 t，即LDY或LHY型式试验时可不加装安全监控管理系统，也就是说对于LDY或LHY的安装监督检验时不应该强制要求加装安全监控管理系统，此处的理解与国家市场监管总局特种设备安全局就该问题的答复是一致的。

吊运熔融金属的桥式起重机的整机工作级别一般为A7、A8，机构工作级别一般为M7、M8，金属结构的工作级别一般为E7、E8。对于机构来说，零部件根据GB/T 3811—2008中零部件的系数进行选择，特别是钢丝绳、卷筒和滑轮、电动机及制动器的选择应按照机构工作级别并结合整机的运行工况进行选择。钢丝绳应选择金属芯或金属绳芯的冶金专用钢丝绳，一般需要选择比设计级别高一级别的安全系数且钢丝绳的安全系数不能小于7.1；卷筒和滑轮根据机构的工作级别选择相应的系数；电动机应该根据机构工作级别选择接电持续率JC值为40%以上、绝缘等级H级以上且带超速保护的冶金专用电动机[1]。对于刚性连接的双起升系统的吊运熔融金属的桥式起重机，每套系统设置2个符合标准要求的工作制动器，且安全系数应该在1.1以上，对于单驱动系统或双驱动系统未刚性连接的吊运熔融金属的桥式起重机，每套系统设置2个符合标准要求的工作制动器和1个安全制动器，工作制动器的安全系数为1.25以上，安全制动器的安全系数设计标准没有明确规定，考虑安全制动器动作后的巨大冲击力的问题，其安全系数不能太高，在1.25左右即可。对于冶金起重机的金属结构，在保证其强度、刚度及稳定性满足要求的情况下应该充分考虑主梁的抗疲劳强度，该强度主要与构件的应力循环特性r及构件的拉伸和压缩疲劳许用应力[σ-1]的基本值有关[1，8]。由于在相同应力集中情况等级下Q235B与Q355B的拉伸和压缩疲劳许用应力的基本值[σ-1]基本相同，使用屈服强度级别较高的Q345代替屈服强度级别较低的Q235不能明显地提高连接构件的疲劳许用应力，而会增加制造成本[8]。然而，Q235B具有比Q355B更好的焊接性和抗冷裂纹能力，在相同焊接条件下，Q235B比Q355B具备更低的应力集中等级，能提高拉伸和压缩许用应力的基本值，使Q235B比Q355B具有更高的抗疲劳性能。因此，尽量选择焊接性和抗冷裂纹性能更好的Q235B制作吊运熔融金属桥式起重机的金属结构。同时，在冶金起重机主梁制作时，要有针对性地制定焊接工艺规程和焊接作业指导书，采取减小焊接残余应力的措施，特别是一些重要焊缝的焊接顺序、焊接方式或焊后打磨的方法，降低焊缝的残余应力，进而降低焊缝的应力集中等级，提高金属结构整体的抗疲劳性能。

4 TSG Q7002—2019实施之后登记在用吊运熔融金属的通用桥式起重机使用过程的注意事项

在TSG Q0002—2008实施以后至TSG Q7002—2019实施之前，在十多年时间内通过制造或改造的吊运熔融金属的通用桥式起重机在中小型冶金企业中大量应用，额定起重量基本都集中在10～50 t之间，少量设备达到74 t。这类设备的典型特点是起升机构采用单驱动系统和双工作制动器设计，既没有采用刚性连接的双驱动系统也没有采用带安全制动器的单起升系统，具有较大的安全风险。特别是工作制动器失效或低速轴断裂的情况下将会产生钢水包倾覆的危险。由于该类产品在TSG Q7002—2019实施之前制造并使用，根据国家市场监管总局特种设备安全监察局2020年的答复，对于已经使用登记的75 t以下的吊运熔融金属的通用桥式起重机型式试验是继续有效的，可以继续使用。

由于该类设备起升机构存在先天的缺陷，使用场所环境恶劣，整机工作级别高，存在比同类设备更大的安全隐患。因此，使用单位应该对该类设备加强安全监控、定期维护保养、定期动作试验或降低参数使用等手段，确保设备的安全运行。首先，登记在用的该类设备应该加装安全监控管理系统，实时监控设备的主参数、运行状况、安全保护装置特别是制动器和起重量限制器的情况，确保设备不超载且制动良好，保证设备安全运行。其次，使用单位应该加强设备的维护保养，将保养周期缩短至1个月，实时掌控设备的基本情况，特别是确保制动器制动力矩的实时调整，减速器输出轴无裂纹或变形，钢丝绳在卷筒上的压制接头牢固稳定，确保设备各零部件和安全保护装置运行正常。最后，使用单位应该对该类设备的电动机的动力控制和制动器的制动控制系统每隔3个月进行检查和维护保养，并对电动机和制动器的接触器进行动作试验，确保控制电动机的接触器释放后控制制动器的接触器不能吸合或处于非吸合的状态，保证重物失去起升动力后能在空中稳稳地制停而不能发生坠落。

通过以上措施，使用单位加强了对在用吊运熔融金属的通用桥式起重机的管理，降低事故隐患，确保生产安全。

5 结语

TSG Q7002—2019实施前吊运熔融金属的起重机包括铸造起重机、吊运熔融金属的通用桥式起重机及以电动葫芦为起升机构的单梁或双梁起重机；TSG Q7002—2019实施后将所有吊运熔融金属的起重机包括铸造起重机和电动葫芦为起升机构的单梁或双梁起重机，统一划归为冶金桥式起重机管理，新制造产品都将实施安装改造重大维修监督检验。吊运熔融金属的通用桥式起重机是过渡阶段特殊的起重机，其结构形式已不能满足TSG Q7002—2019的规定，相关制造单位的型式试验报告已作废，而已注册登记的吊运熔融金属的通用桥式起重机型式试验将继续有效，可以继续使用。

对于新出厂的吊运熔融金属的起重机，设计和制造应该满足TSG Q7002—2019的规定，其中起升机构的设置应该满足GB/T 7688.5—2012的规定，零部件和安全保护装置的选择严格按照GB/T 3811—2008的要求计算并结合使用工况选取，金属结构满足GB/T 3811—2008规定的强度、抗疲劳强度、刚度及稳定性要求，且金属结构尽量使用焊接性和抗冷裂纹能力更好的Q235B制作。

对于已经登记在用的吊运熔融金属的通用桥式起重机，使用单位应该从加强设备监控、缩短维护保养周期及定期动作试验等方面确保使用过程的安全，降低设备安全隐患。