大型起重設(shè)備關(guān)鍵部件的檢測(cè)與事故預(yù)防

齊凱

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

1 1200

噸提梁機(jī)主鉤銷軸斷裂事故經(jīng)過1.1 1200噸提梁機(jī)出運(yùn)2000噸箱梁概況

某海灣大橋第12合同段主要負(fù)責(zé)60m箱梁整孔預(yù)制和安裝376片，每片箱梁重約2000噸。箱梁出運(yùn)由兩臺(tái)1200噸提梁機(jī)雙機(jī)聯(lián)動(dòng)，將箱梁從存梁臺(tái)座運(yùn)至駁船，拖輪將駁船拖至安裝地點(diǎn)后，再由2600噸起重船"奮進(jìn)號(hào)"進(jìn)行安裝。

1.2 銷軸斷裂事故的經(jīng)過

1200噸提梁機(jī)由中交四航局與鄭州華中建機(jī)有限公司共同研制，單臺(tái)額定起重量為1200噸，為目前國(guó)內(nèi)起重能力最大的門式起重機(jī)。2008年7月底正式投入使用，并經(jīng)過國(guó)家相關(guān)檢測(cè)部門檢測(cè)，取得了合格證。2009年6月16日，某海灣大橋第12合同段項(xiàng)目部的2臺(tái)1200噸提梁機(jī)正在進(jìn)行箱梁起升操作時(shí)，主鉤的φ240銷軸發(fā)生整體斷裂，由于箱梁未完全起吊，起吊重量?jī)H為單鉤380噸，故未發(fā)生設(shè)備傾覆、人員傷亡等情況。從設(shè)備正式投入使用到發(fā)生機(jī)損事故止，共出運(yùn)箱梁165件，未發(fā)生任何事故。

1.3 事故原因分析

為進(jìn)一步確認(rèn)事故原因，委托青島持恒工程技術(shù)有限公司對(duì)2臺(tái)設(shè)備的吊具的全部銷軸進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)，其中φ130銷軸檢測(cè)結(jié)果均為合格，但主鉤8根φ240銷軸（包括已斷裂銷軸）檢測(cè)評(píng)定級(jí)別為C級(jí)，全部為不合格。銷軸內(nèi)部有超標(biāo)缺陷，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的斷裂式樣經(jīng)過低倍組織及缺陷酸蝕檢驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)切片上（銷軸內(nèi)部）有不同程度的嚴(yán)重酥松、夾渣物和裂紋缺陷，此類缺陷的存在導(dǎo)致銷軸的強(qiáng)度和韌性指標(biāo)大大降低，是造成本次事故的直接原因。

1.4 事故解決處理

為滿足生產(chǎn)需要，生產(chǎn)廠家將2臺(tái)1200噸提梁機(jī)大鉤φ240銷軸共計(jì)8根全部更換，更換的銷軸材質(zhì)為40Cr，并對(duì)全套吊具進(jìn)行重新的審核計(jì)算，提供有效的改進(jìn)措施及設(shè)計(jì)方案。青島持恒工程技術(shù)有限公司到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)8條新銷軸進(jìn)行超聲波檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為合格。銷軸安裝完成后，為確定新銷軸是否能夠滿足工作強(qiáng)度要求，華中廠家技術(shù)人員對(duì)全部8根新銷軸進(jìn)行650t加壓試驗(yàn)。加壓試驗(yàn)后，8根銷軸均發(fā)生變形，且進(jìn)行超聲波檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，在銷軸的距端部180-240mm范圍的斷面內(nèi)，銷軸整個(gè)圓周范圍內(nèi)都有明顯的缺陷，無法滿足要求。

發(fā)生了第一次銷軸更換不滿足要求的事件后，經(jīng)過專家討論，進(jìn)行了方案加強(qiáng)修改：

原來銷軸材質(zhì)為40Cr。該材料存在質(zhì)量問題，且銷軸的強(qiáng)度等級(jí)不夠，加上內(nèi)部缺陷以及熱處理及加工不滿足要求，導(dǎo)致性能存在很大缺陷，完全滿足不了要求。經(jīng)過反復(fù)論證，決定將銷軸的材料調(diào)整為40CrNiMoA，作為改進(jìn)銷軸的材質(zhì)，鋼材原材料來自山東齊魯特鋼。要求原材料必須進(jìn)行鍛造加工，在進(jìn)行熱處理（調(diào)質(zhì)）后，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)；對(duì)銷軸表面進(jìn)行磨削加工，確保銷軸的表面粗糙度達(dá)到要求；

經(jīng)分析，認(rèn)為原 φ240mm（40Cr）銷軸受力不滿足使用載荷。針對(duì)吊具的實(shí)際情況，將銷軸直徑加到φ280mm左右，提高銷軸的承載能力，并由華中建機(jī)進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)、并提供完整的設(shè)計(jì)及計(jì)算書。

2 類似其它設(shè)備關(guān)鍵部件損傷引發(fā)事故的共性思考

除本次銷軸斷裂事故外，僅廣東省近年來就發(fā)生的多起重大安全事故，筆者認(rèn)為，此類事故的根本原因在于設(shè)備關(guān)鍵部位未能及時(shí)、定期檢測(cè)，關(guān)鍵部件由于長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行，產(chǎn)生不同程度的金屬疲勞與損傷，最終導(dǎo)致事故的發(fā)生。

隨著大型、超大型起重設(shè)備不斷的投入應(yīng)用，除日常的保養(yǎng)外，設(shè)備關(guān)鍵部件的定期檢測(cè)成為設(shè)備管理的重點(diǎn)工作。以施工生產(chǎn)為例，大型起重設(shè)備長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行成為施工生產(chǎn)的重中之重，大型起重設(shè)備一旦發(fā)生故障，維修難度高、時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)工期和安全都有很大的影響，一旦發(fā)生人員傷亡，對(duì)企業(yè)的損失更是巨大。

3 大型起重設(shè)備關(guān)鍵部位的檢測(cè)及事故預(yù)防措施

本次事故發(fā)人深思，銷軸內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在日常檢修與保養(yǎng)中難以發(fā)現(xiàn)，在日常操作中帶"病"工作，使用的最終結(jié)果就是嚴(yán)重事故。類似的危險(xiǎn)源很多，唯一的解決辦法就是加強(qiáng)關(guān)鍵部件的定期檢查，及早發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)，并進(jìn)行維修。針對(duì)設(shè)備關(guān)鍵部位預(yù)防事故主要有以下幾個(gè)方面：

3.1 關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)應(yīng)經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)算并合理選擇材質(zhì)

針對(duì)本次事故，銷軸采用的材質(zhì)是發(fā)生事故的一個(gè)因素，1200噸提梁機(jī)雖然不是24小時(shí)運(yùn)行的設(shè)備，但是每天的工作量不少，2000噸箱梁的場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)及出運(yùn)都依賴提梁機(jī)的操作，每天工作8-12小時(shí)，銷軸等關(guān)鍵部件對(duì)材質(zhì)抗疲勞、強(qiáng)度、韌性要求高。因此，關(guān)鍵部件選取合適的材質(zhì)，并反復(fù)進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算，是設(shè)備設(shè)計(jì)過程的一個(gè)非常關(guān)鍵的步驟。

3.2 設(shè)備運(yùn)行過程中對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行定期檢測(cè)

定期檢測(cè)是設(shè)備管理中非常重要的一環(huán)，在一般企業(yè)中，設(shè)備檢測(cè)一般只是靠目測(cè)、耳聞、鼻嗅、使用簡(jiǎn)單的測(cè)量工具等方法。但是，隨著設(shè)備不斷變大，大部分關(guān)鍵部件難以通過直接觀察進(jìn)行檢測(cè)，例如承力件中最常見也是最危險(xiǎn)的缺陷－疲勞裂紋等。此時(shí)，對(duì)不可見部位進(jìn)行無損檢測(cè)是一個(gè)設(shè)備關(guān)鍵部件探傷的有效手段。無損檢測(cè)是在不損壞工件或原材料工作狀態(tài)的前提下，對(duì)被檢驗(yàn)不見的表面和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查的一種檢測(cè)手段。大部分危險(xiǎn)源若是正確地采用滲透檢測(cè)(對(duì)被檢件表面粗糙度有一定要求)、磁粉檢測(cè)(必須是鐵磁材料)、渦流檢測(cè)(必須是導(dǎo)電材料)、超聲波檢測(cè)以及射線照相檢測(cè)(基本上不受材料種類影響)這些常規(guī)的無損檢測(cè)方法就能有效地檢測(cè)出來。

無損檢測(cè)技術(shù)主要是根據(jù)物質(zhì)的各種物理特性變化，在不損傷被檢物使用性能與形狀的條件下可以實(shí)現(xiàn)百分之百檢查，從而判斷被檢物的質(zhì)量狀況。為了保障在役設(shè)備的安全運(yùn)行，無損檢測(cè)技術(shù)可以充分發(fā)揮其非破壞性及可靠性并且在許多情況下更可以實(shí)施原位檢測(cè)(即不需拆卸解體)的特長(zhǎng)。就目前已經(jīng)應(yīng)用的無損檢測(cè)技術(shù)方法而言就已達(dá)到數(shù)十種，主要有超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、渦流檢測(cè)、射線照相檢測(cè)和滲透檢測(cè)(稱為五大常規(guī)方法)。當(dāng)然，各種無損檢測(cè)方法也各有其不同特點(diǎn)，有各自的檢測(cè)工藝要求、適用對(duì)象與檢測(cè)范圍。

無損檢測(cè)現(xiàn)正不斷在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行推廣，如結(jié)構(gòu)件探傷、鋼絲繩斷絲檢測(cè)、內(nèi)孔表面缺陷檢測(cè)等，各種成熟的無損檢測(cè)產(chǎn)品也逐步上市。因此，對(duì)重要設(shè)備的關(guān)鍵部件定期檢測(cè)逐步得到重視，以確保設(shè)備運(yùn)行的安全。

3.3 建立大型起重設(shè)備定期檢測(cè)制度

大型起重設(shè)備管理制度及保養(yǎng)、檢修制度很多，設(shè)備類型很多，難以一一舉例。在此，就以制訂1200噸提梁機(jī)的定期檢測(cè)制度作為范例，對(duì)設(shè)備運(yùn)行管理提出具體要求，要求如下：

2臺(tái)1200噸提梁機(jī)派遣技術(shù)過硬的操作人員進(jìn)行專門的操作和日常維護(hù)。務(wù)必堅(jiān)持日檢、例行保養(yǎng)等，確保設(shè)備正常，杜絕違章作業(yè)。派遣固定的專業(yè)指揮人員負(fù)責(zé)對(duì)箱梁的橫移、縱移全過程進(jìn)行指揮，并嚴(yán)格按照設(shè)備的安全操作規(guī)程的要求進(jìn)行。杜絕違章指揮、違章作業(yè)。

2臺(tái)1200噸提梁機(jī)在有空閑時(shí)間情況下，對(duì)吊具進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)工作。進(jìn)一步確認(rèn)吊具是否合格，是否還存在隱患。

設(shè)備調(diào)試和試運(yùn)行階段，須進(jìn)行全面檢測(cè)，包括試吊、靜載測(cè)試、關(guān)鍵部位超聲波測(cè)試等，這是驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性和適用性的重要手段，并作為試運(yùn)行階段結(jié)構(gòu)受力及穩(wěn)定性進(jìn)一步分析的重要依據(jù)。

建立長(zhǎng)期的定期檢驗(yàn)工作。在每縱移出運(yùn)50-60片箱梁后，請(qǐng)有關(guān)單位對(duì)設(shè)備，特別是受力的關(guān)鍵部件（銷軸）、主鉤鋼絲繩等，進(jìn)行檢測(cè)工作。確保各關(guān)鍵部件長(zhǎng)期處于可靠狀態(tài)。

4 結(jié)語

綜上所述，加強(qiáng)大型設(shè)備質(zhì)量驗(yàn)收檢驗(yàn)工作，是有效控制事故預(yù)防的重要舉措，同時(shí)，大型設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量必須嚴(yán)格把關(guān)，對(duì)進(jìn)口設(shè)備也應(yīng)認(rèn)真檢驗(yàn)。對(duì)設(shè)備重要部位，應(yīng)結(jié)合設(shè)備特點(diǎn)定期檢驗(yàn)；進(jìn)行必要的無損探傷檢測(cè)。在設(shè)備運(yùn)行前，必須制定安全操作和維護(hù)保養(yǎng)規(guī)程，并嚴(yán)格執(zhí)行。

[1]吳彥，沈功田，葛森.起重機(jī)械無損檢測(cè)技術(shù)[J].無損檢測(cè)，2006-07-10.