門式起重機(jī)吊鉤墜落事故及安全對(duì)策研究

謝勇軍，艾帥帥

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

1 門式起重機(jī)存在的問題及主要風(fēng)險(xiǎn)

門式起重機(jī)在建筑行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，但由于使用和管理過程中存在較大的問題，導(dǎo)致門式起重機(jī)引發(fā)的安全事故頻繁發(fā)生。在門式起重機(jī)使用過程中，常見的問題有以下幾類。

起重機(jī)使用環(huán)境條件差。由于建筑行業(yè)中起重機(jī)使用位置比較廣泛，特別是沿江區(qū)域的空氣濕度大，且容易受到大風(fēng)、氣流等因素的影響，空氣中較高的鹽分也容易導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生銹蝕；另外，部分起重機(jī)安裝在北方極寒地區(qū)，冬季使用溫度在零下10℃及以下，對(duì)電氣元件造成嚴(yán)重影響、潤(rùn)滑下降甚至失效對(duì)整機(jī)磨損加劇。

起重機(jī)設(shè)備使用頻率高，但維護(hù)保養(yǎng)效果差。受到此前全球金融危機(jī)的影響，加上建筑業(yè)較為激烈的市場(chǎng)內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)部分企業(yè)主要采取低價(jià)方式提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，起重機(jī)生產(chǎn)廠家也以低附加值產(chǎn)品為主。在此背景下，一些企業(yè)為了獲取更高的經(jīng)濟(jì)效益，往往會(huì)采用加班作業(yè)的方式，導(dǎo)致起重機(jī)設(shè)備長(zhǎng)期處于超負(fù)載運(yùn)行的狀況，而在日常工作過程中又沒有對(duì)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的養(yǎng)護(hù)和維修，導(dǎo)致設(shè)備磨損很快，降低了設(shè)備的使用壽命。

操作人員技能不足。當(dāng)前，大多數(shù)起重機(jī)制造和維修企業(yè)在招聘操作人員的環(huán)節(jié)沒有制定專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，并且通常以招聘女性操作員為主，沒有對(duì)上崗人員進(jìn)行全面、專業(yè)的培訓(xùn)，導(dǎo)致操作人員業(yè)務(wù)知識(shí)和專業(yè)技能缺乏，甚至不了解設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)的方法，進(jìn)一步增加了設(shè)備的故障率。

勞動(dòng)人員密集。建筑行業(yè)起重作業(yè)區(qū)域較大，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員數(shù)量多、來源復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)秩序混亂，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員安全意識(shí)淡薄，管理難度大。而門式起重機(jī)等大型設(shè)備體積、重量龐大，有的高度達(dá)到幾十米，一旦發(fā)生安全事故，將造成眾多人員的傷亡。

2 典型事故

在起重吊裝過程中，起重機(jī)傷害事故的發(fā)生頻率很高，因此起重機(jī)安全管理也成為企業(yè)安全管理中的重要內(nèi)容。近年來，隨著起重機(jī)應(yīng)用頻率的提升，起重機(jī)吊鉤墜落事故的發(fā)生頻率也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。2007年至2012年間，我國(guó)共發(fā)生2092起起重機(jī)傷害事故，占船舶生產(chǎn)企業(yè)總事故率的12%。

由起重機(jī)吊鉤墜落引起的傷害事故往往容易造成較為嚴(yán)重的人員傷亡。

3 門式起重機(jī)吊鉤墜落的原因分析

在建筑行業(yè)，經(jīng)常性使用門式起重機(jī)進(jìn)行材料、器械、橋梁鋼桁架及混凝土箱梁等吊裝、轉(zhuǎn)運(yùn)。門式起重機(jī)的使用是為了實(shí)現(xiàn)吊裝作業(yè)機(jī)械化，減少人工勞動(dòng)的作用，是企業(yè)提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的重要工具。但是由于在施工過程中的不規(guī)范操作、安全防范措施不足等問題，門式起重機(jī)吊鉤墜落事故也給企業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

3.1 疲勞斷裂

疲勞斷裂是由于過度的循環(huán)載荷而發(fā)生的材料失效。在最終的疲勞斷裂之前，會(huì)產(chǎn)生許多不同的微裂紋，最終重復(fù)的動(dòng)態(tài)載荷會(huì)傳播裂紋。當(dāng)疲勞斷裂發(fā)生，很大程度上取決于材料的類型和形狀。

疲勞斷裂是在施加應(yīng)力時(shí)引起的。這個(gè)過程可以重復(fù)數(shù)百萬次，然后疲勞破壞足以導(dǎo)致材料失效。每次施加應(yīng)力時(shí)，材料表面的微裂紋都會(huì)增長(zhǎng)。一旦這些微裂紋的生長(zhǎng)和所施加的應(yīng)力足夠大，一個(gè)或多個(gè)裂紋就會(huì)遍布整個(gè)材料厚度；這最終導(dǎo)致材料或部件失效。

疲勞斷裂由許多變量決定。材料選擇非常重要。例如，鋁比諸如鋼的材料具有更小的抗疲勞性。此外，尖銳角的材料比具有圓角邊緣的材料更容易斷裂，因?yàn)榧饨瞧饝?yīng)力集中器的作用，成為初始微裂紋的核心點(diǎn)。另一個(gè)原因是壓力正在循環(huán)應(yīng)用。如果壓力可以在數(shù)量上減少，那么疲勞斷裂的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)減少。

3.2 剎車失靈

起重機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)衰減或制動(dòng)衰減是重復(fù)或持續(xù)施加制動(dòng)后可能發(fā)生的制動(dòng)功率減少，特別是在高負(fù)載或高速條件下。

剎車失靈是由制動(dòng)表面積聚的熱量以及隨后的制動(dòng)系統(tǒng)組件中的變化和反應(yīng)引起的，并且可以通過鼓式制動(dòng)器和盤式制動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。適當(dāng)?shù)脑O(shè)備和材料設(shè)計(jì)和選擇以及良好的冷卻可以顯著減少剎車失靈。在高性能駕駛時(shí)，剎車失靈最常發(fā)生。由于配置的影響，這種情況在鼓式制動(dòng)器中更普遍。盤式制動(dòng)器對(duì)制動(dòng)器褪色的抵抗性更強(qiáng)，因?yàn)闊崃靠梢愿菀椎貜霓D(zhuǎn)子和墊片上排出，并成為大多數(shù)起重機(jī)前輪制動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)配置。

4 安全設(shè)置

4.1 制動(dòng)測(cè)試儀

至少有三種不同類型的制動(dòng)測(cè)試儀用于計(jì)算起重機(jī)的制動(dòng)效果和效率。滾筒式制動(dòng)器測(cè)試儀包括帶有從動(dòng)滾筒系統(tǒng)的底盤；由2個(gè)平行測(cè)量板組成的板式制動(dòng)測(cè)試儀和通常為手持式設(shè)備的減速計(jì)。滾筒制動(dòng)測(cè)試儀是一種允許動(dòng)態(tài)評(píng)估機(jī)動(dòng)車輛的制動(dòng)系統(tǒng)的方法，同時(shí)車輛本身處于靜止?fàn)顟B(tài)。。

滾柱式制動(dòng)器測(cè)試儀由一個(gè)機(jī)械式地面單元組成，該單元包含電動(dòng)機(jī)，兩套獨(dú)立的三個(gè)測(cè)量滾輪，制動(dòng)力傳感器和附加的安全傳感器。

驅(qū)動(dòng)輥使用變速箱和電機(jī)裝置以低速度運(yùn)行，并且在測(cè)試期間，通過施加引起電動(dòng)機(jī)自身反作用力的車輛制動(dòng)器來測(cè)量最大制動(dòng)力。帶有應(yīng)變儀的電氣傳感器然后測(cè)量在減速階段起作用的單個(gè)感應(yīng)力，以計(jì)算起重機(jī)每個(gè)車輪的單獨(dú)制動(dòng)力。

為了最小化測(cè)量中的任何不準(zhǔn)確性和變化，輥直徑足夠大以減小輪胎本身的機(jī)械松弛或撓曲的影響。滾輪上的特殊涂層設(shè)計(jì)為非常耐磨，并且在潮濕和干燥的條件下都能提供良好的摩擦值。

在驅(qū)動(dòng)輥之間的每一側(cè)上的第三個(gè)較小的輥具有兩個(gè)功能：第一個(gè)是檢測(cè)輥床中是否存在車輛（內(nèi)置安全裝置，以防止電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，除非車輛處于剎車測(cè)試儀），第二個(gè)功能是檢測(cè)何時(shí)以及是否發(fā)生輪胎打滑，以便在最大預(yù)定時(shí)間值過去之前進(jìn)行測(cè)量。

在測(cè)試期間，計(jì)算機(jī)測(cè)量制動(dòng)力值，并且系統(tǒng)將計(jì)算車軸的左右制動(dòng)力之間的不平衡以及行車制動(dòng)器和駐車制動(dòng)器的制動(dòng)效率，條件是車輛重量是手動(dòng)輸入或使用集成稱重系統(tǒng)輸入。

板式制動(dòng)測(cè)試儀是一種在動(dòng)態(tài)測(cè)試中測(cè)量起重機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的方法。該裝置由兩個(gè)安裝在力傳感器上的移動(dòng)平行板組成。當(dāng)起重機(jī)通過平板并且然后施加制動(dòng)時(shí)，對(duì)制動(dòng)力進(jìn)行測(cè)量。制動(dòng)作用導(dǎo)致單個(gè)板向前滑動(dòng)，從而允許計(jì)算制動(dòng)力。左側(cè)和右側(cè)之間的制動(dòng)不平衡也可以通過在底盤下的每個(gè)力傳感器上測(cè)得的電壓差來測(cè)量。

減速計(jì)是一種手持設(shè)備，用于測(cè)量起重機(jī)行駛過程中的動(dòng)態(tài)制動(dòng)力。減速計(jì)是一種可以快速輕松地獲取制動(dòng)力的方法，但它通常用作可接受制動(dòng)器性能的指標(biāo)。

4.2 分布式控制

控制系統(tǒng)管理、命令、引導(dǎo)或調(diào)節(jié)使用控制回路的設(shè)備或系統(tǒng)行為。對(duì)于連續(xù)調(diào)制控制，反饋控制器用于自動(dòng)控制過程或操作。控制系統(tǒng)將要控制的過程變量（PV）的值或狀態(tài)與期望值或設(shè)定值（SP）進(jìn)行比較，并將差值作為控制信號(hào)應(yīng)用于過程變量輸出。

分布式控制系統(tǒng)（DCS）是通常具有大量控制回路的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其中自主控制器分布在整個(gè)系統(tǒng)中，但是存在中央操作員監(jiān)督控制。這與使用集中式控制器的非分布式控制系統(tǒng)形成對(duì)比；位于中央控制室或中央計(jì)算機(jī)內(nèi)的離散控制器。DCS的概念通過對(duì)過程的控制功能進(jìn)行本地化，并通過遠(yuǎn)程監(jiān)控來提高可靠性并降低安裝成本。

處理器節(jié)點(diǎn)和操作員圖形顯示器通過專有或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)連接，通過不同路由的雙冗余布線提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。這種分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還通過將I/O模塊及其關(guān)聯(lián)的處理器放置在船舶生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)來減少現(xiàn)場(chǎng)布線量。

處理器接收來自輸入模塊的信息，處理信息并決定要由輸出模塊發(fā)送信號(hào)的控制動(dòng)作?，F(xiàn)場(chǎng)輸入和輸出可以是模擬信號(hào)，例如4～20mA直流電流回路或2個(gè)狀態(tài)信號(hào)，可以開啟或關(guān)閉，例如繼電器觸點(diǎn)或半導(dǎo)體開關(guān)。

DCS連接到傳感器和執(zhí)行器，并使用設(shè)定值控制來控制通過設(shè)備的物料流量。典型應(yīng)用是由流量計(jì)饋送的PID控制器，并使用控制閥作為最終控制元件。DCS將過程所需的設(shè)定值發(fā)送給控制器，控制器指示閥門運(yùn)行，以便過程達(dá)到并保持在所需的設(shè)定值。

5 結(jié)語

門式起重機(jī)在建筑行業(yè)應(yīng)用十分廣泛和頻繁，因此其安全性對(duì)作業(yè)人員和企業(yè)效益有著重要的影響。建筑企業(yè)必須重視對(duì)起重機(jī)安全施工的預(yù)防和處理，提高設(shè)備應(yīng)用的安全性，減少因起重機(jī)吊鉤墜落所引發(fā)的嚴(yán)重人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，促進(jìn)建筑業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展。