通用橋式起重機(jī)斷繩案例解析

【摘 要】 對一起起重機(jī)斷繩事故的案例分析，指出斷繩原因，總結(jié)了這起事故揭示的教訓(xùn)，警示人們在起重機(jī)抬吊作業(yè)、日常的檢查維護(hù)保養(yǎng)、監(jiān)督檢驗(yàn)及定期檢驗(yàn)過程中應(yīng)注意規(guī)范及完善，杜絕此類事故再次發(fā)生。

2014年5月28日16時，南通某重工有限公司的主結(jié)構(gòu)車間，位于南跨上的東西兩臺通用橋式起重機(jī)，東臺為空操，西臺為地操，地操人員兼作指揮，抬吊29.3t的機(jī)器房底座，當(dāng)起升離地0.3m時，西臺起重機(jī)主鉤鋼絲繩突然發(fā)生斷裂，導(dǎo)致機(jī)器房底座變形，重傷一人，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)50多萬元。

1　現(xiàn)場吊重和吊點(diǎn)情況驗(yàn)證

該機(jī)器房底座圖紙?jiān)O(shè)計(jì)理論重量25.8t，事故后用50t雙鉤門式起重機(jī)稱重為29.3t，其中東臺起重機(jī)吊鉤承受13.2t，西臺承受16.1t，起吊時起升鋼絲繩均垂直，沒有斜吊現(xiàn)象。參與抬吊的兩臺起重機(jī)型號相同、額定起重量均為16t，事故時抬吊總重達(dá)到兩臺起重機(jī)總額定起重量的91.56%。偏重的一端為西臺起重機(jī)，斷繩時抬吊重量達(dá)到該機(jī)額定起重量的100.62%，鋼絲繩斷裂處距離卷筒卷繞點(diǎn)1.68m。

2　現(xiàn)場鋼絲繩情況驗(yàn)證

察看鋼絲繩斷口呈松散拉伸狀。鋼絲繩外表褐色油脂較多，無法判定斷口是否有陳舊斷絲，但從松散斷口處能用手輕輕抽出50～350mm的斷絲數(shù)根。檢查鋼絲繩其他位置，在斷口前后1m多的范圍內(nèi)，1個捻距內(nèi)斷絲數(shù)最多處為2根，斷絲呈壓扁平頭狀，順壓在絲縫內(nèi)，斷絲數(shù)符合GB/T 5972-2009《起重機(jī) 鋼絲繩 保養(yǎng)、維護(hù)、安裝、檢驗(yàn)和報(bào)廢》國家標(biāo)準(zhǔn)“鋼絲繩直徑6倍長度內(nèi)斷絲不得超過3根”的規(guī)定 [1]。

拆股檢查每根鋼絲斷口，有磨損的鋼絲數(shù)為26根，占繩股鋼絲總數(shù)22.8%，其表面鋼絲磨損最嚴(yán)重處為鋼絲公稱直徑的29.5%，鋼絲磨損量符合國家標(biāo)準(zhǔn)不超過鋼絲直徑的40%的規(guī)定，磨損嚴(yán)重的斷口呈長弧月牙形，磨損一般的斷口呈小杯狀。

測量鋼絲繩未磨損處直徑為18.0mm，右交捻，6股，每股有鋼絲19根，類別為光面，其中鋼絲直徑為1.0～1.1mm 的6根， 1.32～1.33mm的13根，纖維繩芯，公稱抗拉強(qiáng)度不詳。

在通過卷筒繞面接觸處2m以內(nèi)的鋼絲繩，磨損最嚴(yán)重處測量直徑為17.52mm，磨損及伸長變形減少量達(dá)鋼絲繩直徑的2.66%，呈弧形磨損，油脂清除后磨損表面光亮。

據(jù)了解該斷裂的鋼絲繩是出廠時由制造單位配置的，自2007年起重機(jī)投入使用以來未更換過。

3　現(xiàn)場卷筒、滑輪情況驗(yàn)證

滑輪、平衡輪、卷筒底部直徑分別為445mm、264mm、461mm，繩槽磨損量分別占鋼絲繩直徑的27.8%、5.5%、11.1%。

4　斷繩原因分析

4.1　現(xiàn)場主鋼絲繩的結(jié)構(gòu)

鋼絲合格證上標(biāo)出的型號為6×19W-17.5+ IWRC-ZS-1770，直徑為1.0mm。6×19W鋼絲繩由高強(qiáng)度鋼絲和有機(jī)繩芯捻制而成，每股有13根粗絲、6根細(xì)絲組成。每19根鋼絲捻成一股，114根鋼絲捻成6股。鋼絲是最基本的強(qiáng)度單元。繩芯起支撐和固定繩股的作用，并可儲存潤滑油脂，增加鋼絲繩的撓性。

現(xiàn)場使用的鋼絲繩是一種交互捻繩，由鋼絲捻成股的捻制螺旋方向與由股捻成繩的捻制方向相反，外觀上鋼絲基本上沿著繩的軸向方向纏繞。這種鋼絲繩的股與繩的扭轉(zhuǎn)趨勢互相平衡，起吊重物時不易扭轉(zhuǎn)和松散，但存在股間鋼絲接觸不良、易磨損、壽命短、撓性較差等缺點(diǎn)。

4.2　鋼絲繩受力分析

由于鋼絲繩復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)，應(yīng)力狀態(tài)極其復(fù)雜。鋼絲繩的強(qiáng)度實(shí)際情況不明，故無法進(jìn)行許用應(yīng)力計(jì)算。

該起重機(jī)的鋼絲繩在3個吊鉤滑輪和卷筒上運(yùn)動時，只受單向彎曲，與卷筒、滑輪接觸的鋼絲繩表面承受壓應(yīng)力；而另一面則承受拉應(yīng)力。鋼絲繩上的彎曲循環(huán)應(yīng)力在拉與壓之間不斷變化。正反向的彎曲使鋼絲繩受到雙倍的交變彎曲應(yīng)力作用。由于該起重機(jī)安裝在結(jié)構(gòu)車間中，多年來一直用于地面上大型結(jié)構(gòu)件吊裝，工作量不多，起吊所用的懸掛索具長度也基本沒有變化，因此經(jīng)過卷筒、滑輪處的鋼絲繩長度也只能局限在幾米之內(nèi)，局部的應(yīng)力集中加速鋼絲繩的破壞。

經(jīng)現(xiàn)場測量，滑輪、平衡輪、卷筒與鋼絲繩直徑之比分別為27.2、16.7、27.8，雖均能滿足GB/T 3811-2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定 [2]的20、14、18的最小要求，但滑輪由于長時間的使用，其底部磨損較為嚴(yán)重，最大處經(jīng)測量達(dá)到22.5mm，超出GB/T 3811-2008規(guī)定的允許使用范圍 [2]，接觸面減小，應(yīng)力更加集中，加速了鋼絲繩的破壞。

卷筒上繩槽是按鋼絲繩直徑17.5mm設(shè)計(jì)加工的，故直徑18.0mm的鋼絲繩在卷筒上卷繞時，除了受到正常狀態(tài)下的壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力外，還要承受繩槽小于繩徑情況下繩槽邊緣對鋼絲繩產(chǎn)生的剪切應(yīng)力以及繩與繩之間的擠壓應(yīng)力，此項(xiàng)應(yīng)力長期存在，也加速了鋼絲繩的破壞。

5　事故警示教訓(xùn)

5.1　存在超載現(xiàn)象

GB 6067.1-2010《起重機(jī)械安全規(guī)程 第一部分：總則》17.3.2.8聯(lián)合起升操作過程中的承載能力要求 [3]：如果當(dāng)起重機(jī)械能確保起升鋼絲繩保持垂直狀態(tài)、能達(dá)到精確同步動作、監(jiān)控設(shè)備能有效監(jiān)控載荷的角度和每根起重繩穩(wěn)定地通過起升操作的垂直度和作用力、專人指揮等相關(guān)因素達(dá)到規(guī)定的合格要求并被指派人員所認(rèn)可，那么，每臺起重機(jī)操作就可以達(dá)到其額定載荷。

當(dāng)上述有關(guān)因素不能達(dá)到規(guī)定的合格要求時，指派人員應(yīng)根據(jù)具體情況決定對起重機(jī)降低額定載荷使用，可降低到額定載荷的75%或更多。

本案例中，兩臺起重機(jī)抬吊時不具備對起吊載荷的有效監(jiān)控，所以每臺起重機(jī)的額定載荷應(yīng)降低、只能按其額定載荷的75%計(jì)算，按此規(guī)定，斷繩事故時西臺起重機(jī)的起重量為16.1t，已超載34%。

抬吊聯(lián)合起升作業(yè)應(yīng)專人指揮確保同步。本案例中，一地操人員兼作指揮，在實(shí)際工作中很難保持起吊作業(yè)完全同步，地操與空操難以同步，瞬間加載不均，造成嚴(yán)重超載。該起重機(jī)先天不足，無起重量限制器，沒有能有效地阻止斷繩事故的發(fā)生。

5.2　日常檢查方法有缺陷

平時起吊時起升高度變化不大，頻繁經(jīng)過卷筒、滑輪處的鋼絲繩長度只局限在幾米之內(nèi)，實(shí)際選用的鋼絲繩是最典型的不旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)鋼絲繩，有其不可克服的缺點(diǎn)：股與股之間為點(diǎn)按觸，繩與滑輪、平衡輪、卷筒按觸應(yīng)力大，外徑繩股接觸的表面易磨損、易斷絲。由于這些缺陷局限在與卷筒滑輪按觸的鋼絲繩內(nèi)表面的那一小段長度范圍內(nèi)，日常檢查時難以發(fā)現(xiàn)卷筒滑輪內(nèi)側(cè)的斷絲。加上鋼絲繩外表油污多，掩蓋了磨損和斷絲缺陷，常規(guī)檢驗(yàn)方式方法不易發(fā)現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)借助電磁技術(shù)無損檢測等科技手段如鋼絲繩探傷儀予以輔助，用以確定鋼絲繩損壞的區(qū)域和程度。鋼絲繩斷裂通常是由多種綜合因素造成的，應(yīng)根據(jù)其累積效應(yīng)判斷原因，并作出報(bào)廢或繼續(xù)使用的決定，當(dāng)鋼絲繩在任何部位損壞的累積效應(yīng)值達(dá)到100%時就應(yīng)報(bào)廢。

針對使用年限較長的鋼絲繩，更要明確日常檢查的重點(diǎn)部位和頻度。

5.3　檢驗(yàn)工作存在缺陷

實(shí)際選用的主鋼絲繩規(guī)格、型號與圖紙要求不一致，與提供的鋼絲繩合格質(zhì)量證明也不符，其鋼絲的化學(xué)成分、金相組織不明，其強(qiáng)度和韌性不詳。整根鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度能否符合1770級要求,值得懷疑。因此可以認(rèn)定主鋼絲繩選用有缺陷、鋼絲繩合格證不真實(shí)。上述缺陷的存在，表明在制造監(jiān)督檢驗(yàn)、安裝監(jiān)督檢驗(yàn)、定期檢驗(yàn)工作中有不到位之處, TSGQ 7016-2008《起重機(jī)械安裝改造重大維修監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》規(guī)定 [4]對零部件檢驗(yàn)采取核查主要零部件合格證、銘牌,必要時核對實(shí)物檢查的提法不嚴(yán)謹(jǐn)。此案例最應(yīng)該吸取的教訓(xùn)之一就是：在檢驗(yàn)工作中對待有幾何尺寸要求的，不能局限于查閱如合格證、檢測報(bào)告書等書證，更要到實(shí)物上檢查和測量，真正做到圖紙、書證、實(shí)物一致。檢驗(yàn)規(guī)則中針對有幾何尺寸要求的，應(yīng)當(dāng)明確必須以實(shí)物檢查方式進(jìn)行驗(yàn)證，而不是“必要時”核對實(shí)物檢查。

5.4　保養(yǎng)工作不規(guī)范

該公司落實(shí)操作起重機(jī)的司機(jī)進(jìn)行每月的起重機(jī)潤滑保養(yǎng)，沒有明確要求其對鋼絲繩使用情況進(jìn)行檢查。司機(jī)保養(yǎng)知識不足，每月做鋼絲繩保養(yǎng)時，僅將鋼絲繩再涂上一層潤滑油。鋼絲繩上較厚的油脂，致使維保人員在進(jìn)行設(shè)備檢查時很難發(fā)現(xiàn)斷絲情況?；覊m以及不正確的潤滑促使磨損加劇，陳油未清理，在鋼絲繩表面形成積垢，新涂的油脂不能潤滑至鋼絲繩內(nèi)部，會造成繩內(nèi)缺油，長期且頻繁使用，將導(dǎo)致繩內(nèi)鋼絲疲勞損傷，大大降低承載能力，這種狀態(tài)會導(dǎo)致鋼絲繩在動載作用下突然斷裂。日常工作中應(yīng)嚴(yán)格按照GB/T 5972-2009《起重機(jī) 鋼絲繩 保養(yǎng)、維護(hù)、安裝、檢驗(yàn)和報(bào)廢》要求來做好保養(yǎng)工作。