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第一章 起重机械概述
第一节 起重机械的安全工作特点及发展趋势
一、安全工作特点与事故状况
起重机械通常由完成各方向运动的工作机构、承受各种载荷的金属结构、动力及电气控制系统,以及安全防护系统四大部分组成。
工作机构是指为实现不同方向运动要求而专门设置的执行机构。
金属结构作为形成整机作业空间的支承平台和骨架,用来支承工作机构、承受载荷(物品、自重、外部作用等),并将载荷传递给整机基础。金属结构自重一般占整机自重的40%~70% ,重型以上机型甚至可达90% ,费用占总成本30%以上,它的垮塌破坏会带来极其严重的灾难性后果。另外,金属结构的形式特点通常决定了起重机械的结构造型,是整机分类和命名的重要特征。
动力及电气控制系统承担着为起重机械提供工作动力(动力源及驱动装置)、控制、操纵、照明、联络等任务,直接关系到整机的性能、安全、质量、构造特点,而驱动装置类型在很大程度上起主导作用。另外,控制操纵司机室系统还是与外界沟通联系实现互动的人机交互平台。
安全防护系统是指针对工作机构、金属结构、动力及电气控制系统等可能存在的危险(危险源和危险因素),采用本质安全等有效技术手段所形成的综合安全防护系统,通常主要由各种安全装置、防护装置及安全指示装置等组成。
(一)起重机械安全工作特点
起重机械通过被吊物品的空间移动来实现装卸、转载、搬运、安装等作业要求,通常经历取物(上料)、运送(升降和水平运动)、卸料和空车复位回到原处的工作过程(即一个[作循环),如图L-4所示,由此形成了以间歇性、周期循环、短暂往复的工作方式运送单件物品的特征(不具有连续性),构成了起重机械工作的特殊性。安全工作特点概括如下:
(1)通常结构庞大,机构复杂,能完成一个起升运动、一个或几个水平运动。在作业过程中,常常是几个不同方向的运动同时操作,技术难度较大。
(2)所吊运的重物多种多样,有的重物重达几百吨乃至上千吨,有的物体长达几十米,形状也很不规则,有散粒、热融状态、易燃易爆危险物品等,吊运过程复杂而危险。
(3)大多数起重机械,需要在较大的空间范围内运行,有的要装设轨道和车轮(如塔式、桥式起重机等);有的要装上轮胎或履带在地面上行走(如汽车、履带起重机等);有的需要重物在钢丝绳上行走(如缆索起重机),活动空间较大,一旦造成事故影响的范围也较大。
(4)有的起重机械载运人员,在轨道、平台或钢丝绳上做升降运动(如升降平台等),其可靠性直接影响人身安全。
(5)暴露的、活动的零件比较多,且常与起重作业人员直接接触(如吊钩、钢丝绳等),潜在许多偶发的危险因素。
(6)作业环境复杂。作业场所常常会存在高温、高压、易燃易爆、输电线路、强磁等危险因素,对设备和作业人员形成威胁。
(7)一些起重作业常常需要指挥、捆扎、驾驶等作业人员共同实施,要求配合熟练、动作协调、互相照应。
(二) 起重机械事故分析
对2006年~2011年发生的370起起重机械事故的统计分析如下:
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1、事故状态分析 (1)按设备类型分析
在370起起重机械事故中,发生事故起数较多的起重机械类型如下: ①桥式起重机事故128起,占事故总起数的34.6%; ②流动式起重机事故83起,占事故总起数的22.4%; ③门式起重机事故50起,占事故总起数的13.5%; ④塔式起重机事故30起,占事故总起数的8.1%; ⑤升降机事故27起,占事故总起数的7.3%; ⑥门座式起重机事故23起,占事故总起数的6.2%; ⑦轻小型起重设备13起,占事故总起数的3.5%; ⑧架桥机事故8起,占事故总起数的2.2%。 (2)按事故发生行业分析
①机加、冶金、建材、化工4大生产行业共发生事故119起,占事故总起数的32.2%; ②港口码头发生事故45起,占事故总起数的12.2%; ③路桥等重点工程发生事故36起,占事故总起数的9.7%; ④物流等服务发生事故20起,占事故总起数的5.4%。 (3)按事故发生地区分析
起重机械事故较为集中的省份有广东、辽宁、安徽、江苏、浙江、上海,每年约5起左右。
(4)按事故发生的时间段分析
每年的1月、5月、8月为起重机械事故的三个高发期。 (5)按发生环节分析
①设备使用过程中造成事故270起,约占事故总起数的73%; ②安装、拆卸、维修过程中造成事故40起,约占事故总起数的11%。 (6)按设备破坏形式(直接原因)分析
①吊索具失效造成事故90起,占事故总起数的24.3%,其中钢丝绳断裂39起,占吊索具事故起数的43.3%;吊具坠落24起,占吊索具事故起数的26.7%。
②整机倾翻造成事故40起,占事故总起数的11%; ③结构破坏造成事故30起,占事故总起数的8.1%; ④安全装置失效造成事故20起,占事故总起数的5.4%;
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⑤挤压死亡造成事故14起,占事故总起数的3.8%; ⑥触电造成事故6起,占事故总起数的1.6%。 2、事故原因分析 管理方面
通过对370起起重机械事故的统计分析,几乎所有事故的发生都有企业安全管理缺失因素的影响,多是事故发生的间接原因,有的则是直接原因,如错误的指挥、绑挂、操作等等。管理方面暴露出的问题,主要体现在设备使用、设计制造、安装拆卸等环节。
(1)使用环节
从导致事故发生的原因角度分析,主要体现在:
①使用单位的起重机械规章制度不完善或执行不力。甚至缺少操作规程、绑挂指挥规程、检修规程、培训制度、设备档案制度等最基本的规章制度。
②起重机械作业人员违章操作较为普遍。特别表现为现场指挥人员和司索人员无证上岗、违章指挥、违章作业,现场混乱;起吊前对被起吊物、钢丝绳(索)检查不足、起吊物重量不清超载、起吊物捆扎不牢、司机在驾驶过程中瞭望不足,出现紧急情况处置不当等。 近年来造成的吊钩钢丝绳断裂、捆扎绳索裂断、吊钩冲顶、行走轮脱轨;电动葫芦过卷扬、制动器失灵等事故相当多,仅吊索具失效一项造成的事故就占全部起重机械事故的四分之一左右。
③建设施工、港口码头、建材等企业安全管理尤为混乱。特别是交叉作业缺少必要的安全技术措施,设备维修保养不及时,施工工艺缺少安全考虑,安全技术交底不具体,施工队伍流动性大、安全意识和基本技能差等问题引起的事故较多。
④企业设备日常维修保养不及时,隐患越积越多,造成安全装置乃至起重机机构和结构失效。其中超载保护装置和起升限位装置未起作用、电气控制件等失效老化现象较多。
(2) 安装拆卸维修环节
起重机械安装拆卸前未制定详细的拆装工艺文件,或在拆装过程中不严格执行工艺规定,或安装拆卸过程中发现问题后,不经技术论证即随意改变安全技术方案,往往成为起重机械倾覆或倒塌等重大事故的导火索。如拆装过程中,部分结构顶升或拆除后,未进行可靠固定,或安装中发现固定物件的缆风绳干涉,即随意拆除缆风绳等,曾多次造成起重机整体倒塌事故。
(3) 设计制造(改造)环节
仍然存在非法设计制造、超范围制造、改造起重机械的情况,这方面的事故案例虽然不
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多,但影响很坏。
技术方面
设计制造、改造、安装拆卸上的技术缺陷,一般属于设备本质安全缺陷,构成事故发生的直接原因。还有一些技术缺陷,虽未直接引发事故,但却给设备埋下隐患,近年来在事故中暴露出的技术方面问题主要有:
(1)起重机械设计不规范,制造、改造质量差,达不到标准要求。具体表现如下: ①整机部件选型不当或匹配不合理、材质选用不当、结构件规格不够、制造过程缺少工艺控制、焊缝质量偏差;
②电气控制回路设计不合理,故障较多。
③钢丝绳与滑轮、卷筒直径比不能满足标准要求,磨损破坏严重; ④减速机、回转轴承等部件质量差,减速机轴断裂事故有增多趋势;
⑤安全保护装置设置不当或有缺陷,缺少限位、限速装置和制动器(要求双制动时)或虽有设置但却未按标准要求配置。
(2)安装拆卸时忽视技术方案论证,特别是吊运过程中对重物的平衡与稳定技术要求不明确,不具体;对吊索具的强度、吊挂角度、适用范围等要求不严格;对吊点的选择常常忽视;双机抬吊时对载荷分配、同步运动考虑不周;对构件竖立后的支撑固定(如缆风绳的布置与张紧)技术知识欠缺严重。
(3)检修中满足于一般性的检查保养,忽视对起重机械传动机构、电气绝缘、安全装置(主要是起升限位器、起重量限制器)、吊辅具、零部件(主要是钢丝绳、制动器、吊钩、车轮)的技术性能指标测试,恢复原设计功能不到位甚至故意调宽。
(4)起重机械作业人员,尤其是司机和指挥,对起重机械的性能和吊运作业的安全技术理论知识水平偏差。
(5)型式试验方法与技术要求不够完善,对非标或超期使用的老旧起重机械重点检验与安全技术性能评估不够。
二、现状及发展趋势
(一)起重机械产品的总体发展趋势
1.向“三化”方向发展-大型化、自动化、集成一体化
(l)大型化 随着科学技术和经济的不断发展,能源、石化、冶金、造船、港口等工程规模越来越趋于大型化,从而促使起重机械大型化,即能力更强、速度更快、范围更大;同时,大型化发展往往为起重机械带来专用性,以适应特定场合的特殊功能和要求。起重机械大型化趋势下工作能力参数比较见表1-L。需要说明的是,由于作者掌握信息有限,本书举例中所涉及的生产制造单位并不代表对其特别推荐。
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太原重型机械集团有限公司为三峡工程研发并制造了单钩起重量世界之最——1200t/125T室内桥式起重机,跨度33.6m,起升高度34m,采用三主梁(梁高3.6m)、四轨道、双小车的总体结构,圆满完成了三峡电厂700MW巨型水轮发电机组转子、定子等大型关键设备的安装和检修吊装;该公司还研发制造了480t/100T桥式铸造起重机(国内最大),制造出桥隧相连的整孔箱梁900T级铁路架桥机(国内最大)等大型起重设备。
大连重工·起重集团有限公司研发了多吊点起重量世界之最——20000t×125m室外多吊点桥式起重机,起升高度113m,总重为8100T,采用双复合箱型梁(梁高18m,单梁自重3l00t),成功地实现了半潜式海上钻井平台的创新性建造工艺,节省制造工时200万个,在起重量、跨度和起升高度等项目刷新世界纪录,“泰山”号桥式起重机以成功实现提升20133t(下水驳船)离开水面30m而列入吉尼斯世界纪录。
上海振华重工(集团)股份有限公司研制了世界最大单机起吊7500T全回转自航浮式起重机,固定状态为7500t×45m,全回转状态为4000T×40m,起升高度为110m,具有双钩形主钩和四爪形副钩。该公司研制的一次装卸40fT×3箱(1fT=0.3048m)的岸边集装箱装卸桥,以综合性能和高效率称雄居世界集装箱搬运行业。
国内还制造了跨度最大的1000T×248m造船门式起重机(图1-17),整体抬吊为1000T,船体翻身为900t,起升高度为70m+14m(轨上+轨下),箱型双梁(梁高16m),总重为7000t,能实现900T级船体翻转吊装工艺,成为超大型船舶制造的关键设备。
国内还研发了世界上起重能力最强的超大吨位履带式起重机,起重量为3200t(起重力矩为82000t·m),主要用于核电站的施工吊装。
国内还研制了全球最大上回转D5200-240塔式起重机。
(2)自动化 起重机械的另一个发展与创新空间,主要体现在电气控制的全电子、数字自动化技术方面,包括微电子、电力电子、光缆通信、模糊与全数字化控制、微机自诊断监控、数据管理、数字化操作给定检测系统等综合性智能化技术,使其在传统功能的基础上延伸发展出更多的自动化新技术功能,如吊具防偏防摇功能、自动取(卸)物功能、定位检测及过程记忆功能、故障自诊断监控功能以及基于物联网技术的远程监控等。 (3)集成一体化 利用计算机和网络技术,综合集成系统内各种专用设备、工艺流程(广泛性的上下工序、清洗、烘干、分拣、检验、计量等),以及起重机械、输送系统、自动导引小车 AGV、机器人、仓储设施、检测识别系统等,实现集成一体化自动搬运系统,总效率可提高65%以上。
2.向“三性”——创新性、安全性与人机工效、可靠性推进
(l)基于新理念下的自主创新在经典与成熟的技术、材料、工艺、构造等基础上,提倡基于新思维和新理念的自主创新发展,不断开发创新出各种适应发展需求的新技术、新材料、新结构和新工艺等。
(2)重视系统安全性与人机工效起重机械安全性是指其不发生事故、灾害的能力。开展基于本质安全理念下的安全设计保障、安全防护技术保障、安全过程控制及事故界定、疲劳和剩余寿命评估等技术研究,将是确保系统安全的重要工作。
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