港口用鋼絲繩斷裂事故分析及預(yù)防措施

顧宗路 新陸橋

【摘要】港口橋式抓斗卸船機(jī)所用鋼絲繩的安全性是人們長(zhǎng)期以來一直關(guān)心的問題，因鋼絲繩的損傷或破斷而產(chǎn)生的重大事故時(shí)有發(fā)生。為了確保橋式抓斗卸船機(jī)鋼絲繩使用過程中的安全性，文本結(jié)合具體的鋼絲繩斷裂事故進(jìn)行分析?；阡摻z繩以及相關(guān)設(shè)備的資料和工況進(jìn)行力學(xué)分析和安全系數(shù)測(cè)算分析，從而提出了橋式抓斗卸船機(jī)鋼絲繩使用建議，旨在最大限度地減少橋式抓斗卸船機(jī)鋼絲繩斷裂事故。

【關(guān)鍵詞】港口;鋼絲繩;斷裂事故;預(yù)防措施;橋式抓斗卸船機(jī)

鋼絲繩是港口橋式抓斗卸船機(jī)最常用的撓性部件，通常用來完成貨物起吊、貨物運(yùn)輸、設(shè)備安裝、貨物裝卸等操作。隨著使用時(shí)間的增加，在多種因素的影響，鋼絲繩出現(xiàn)磨損、斷絲甚至斷裂，給人員的生命安全和企業(yè)的財(cái)產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重危害。在港口橋式抓斗卸船機(jī)安全事故中涉及鋼絲繩斷裂的事故占比很大。如某個(gè)貨運(yùn)裝卸碼頭在過去五年時(shí)間里共發(fā)生16起安全事故。其中，橋式抓斗卸船機(jī)鋼絲繩斷裂事故達(dá)10起，占比達(dá)到62.5%。港口橋式抓斗卸船機(jī)鋼絲繩斷裂原有有很多，因此，需要結(jié)合具體事故背景進(jìn)行分析才能確定事故原因，從采取針對(duì)性的預(yù)防措施，減少事故發(fā)生。

1 事故背景

2020年的3月份，連云港某港口的2#卸船機(jī)2#鋼絲繩在后大梁位置斷裂，同年的四月份，1#卸船機(jī)（與2#機(jī)型號(hào)、功率相同），2#鋼絲繩在相同位置在此斷裂。2020年3月1日，8點(diǎn)30分。2#卸船機(jī)2#鋼絲繩作業(yè)中發(fā)生斷繩情況。斷繩瞬間，抓斗剛進(jìn)入大料斗，處于準(zhǔn)備開斗尚未開斗狀態(tài)。該鋼絲繩于2020年1月11日換上，上機(jī)時(shí)間不足50天。2020年4月7日5點(diǎn)10分左右，1#機(jī)2#鋼絲繩發(fā)生斷裂。抓斗處于料斗上方，滿斗正準(zhǔn)備放料階段。自2020年2月5日換上，到2020年4月7日換下，刨去無(wú)船時(shí)間18天，共計(jì)使用43天（以往常規(guī)使用天數(shù)在90天左右），作業(yè)噸在56萬(wàn)噸。（常規(guī)作業(yè)量在75萬(wàn)噸左右）。

2 鋼絲繩斷裂問題分析

2.1 鋼絲繩相關(guān)資料分析

現(xiàn)用鋼絲繩公司生產(chǎn)的 32NAT6*29Fi+IWRC1770 sz 185M微壓實(shí)。該鋼絲繩廠從2018年底開始為我公司卸船機(jī)供貨，在此期間，卸船機(jī)沒有發(fā)生問題較明顯的斷繩情況，但存在個(gè)別繩使用時(shí)間不足、斷絲較多情況。對(duì)比2018年以前用鋼絲繩（韓線）與現(xiàn)用鋼絲繩廠家的2#鋼絲繩，其作業(yè)量相差不大。如圖1所示，從兩個(gè)鋼絲繩廠家和現(xiàn)場(chǎng)檢查情況來看，應(yīng)當(dāng)是鋼絲繩的繩股之間擠壓導(dǎo)致的抗拉強(qiáng)度下降從而最終造成鋼絲繩拉伸斷裂。

斷繩鋼絲繩作業(yè)量為40萬(wàn)噸左右，在鋼絲繩平均作業(yè)量的一半左右;避開斷繩位置。如圖2所示，避開斷繩位置，切斷鋼絲繩，繩芯基本全部斷裂。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相關(guān)情況分析

（1）1#、2#卸船機(jī)作業(yè)時(shí)小車水平方向運(yùn)動(dòng)在進(jìn)入后大梁后與3#卸船機(jī)相比減速動(dòng)作明顯，慣性較大。三臺(tái)卸船機(jī)在抓斗放料的時(shí)候抓斗下頓情況也不同。

（2）目前的卸船機(jī)抓斗超負(fù)荷抓取的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，在利用和管理方面比較欠缺，設(shè)備的超負(fù)荷管理還需要加強(qiáng)。

（3）1#、2#卸船機(jī)的2#鋼絲斷繩位置，對(duì)應(yīng)的后大梁2#滑輪均有比較深的繩槽勒痕，如圖3所示：

3 鋼絲繩作業(yè)時(shí)的力學(xué)分析及安全系數(shù)測(cè)算

卸船機(jī)抓斗作業(yè)時(shí)由起升開閉四根鋼絲繩共同分擔(dān)抓斗重量，由電氣系統(tǒng)分配每根鋼絲繩在不同階段的受力情況。當(dāng)抓斗取貨回到料斗上方這一階段，四根鋼絲繩同時(shí)受力;當(dāng)抓斗準(zhǔn)備進(jìn)行開斗放料瞬間，肉眼可見，抓斗有10cm左右的下頓情況，起升鋼絲繩受力加大，瞬間達(dá)到100%。抓斗下頓對(duì)支撐鋼絲繩產(chǎn)生沖擊載荷，使得鋼絲繩超負(fù)荷工作。1#鋼絲繩距離卷筒較近，所受的沖擊載荷能夠及時(shí)釋放，而2#鋼絲繩，其相對(duì)于1#鋼絲繩有一個(gè)跨大梁的長(zhǎng)度，沖擊載荷無(wú)。法及時(shí)釋放，在鋼絲繩某處形成暗傷，久而久之，造成更大危害。

如圖4所示，2#卸船機(jī)鋼絲繩工作級(jí)別為M8，其對(duì)應(yīng)的鋼絲繩安全系數(shù)為8。

抓斗滿負(fù)荷時(shí)，其質(zhì)量為25T，重量為245KN（25T*9.8）。已知單根鋼絲繩的破斷拉力為645KN。正常作業(yè)時(shí)安全系數(shù)為n正：

n正=正常工作鋼絲繩數(shù)量*單根鋼絲繩破斷拉力/物體重量

當(dāng)四根鋼絲繩同時(shí)工作時(shí)，該鋼絲繩滿足國(guó)標(biāo)要求。

開斗瞬間作業(yè)時(shí)，安全系數(shù)為n瞬：

n瞬=瞬間工作鋼絲繩數(shù)量*單根鋼絲繩破斷拉力/物體重量

當(dāng)抓斗開斗瞬間2根鋼絲繩受力時(shí)，鋼絲繩安全系數(shù)無(wú)法滿足國(guó)標(biāo)要求，在受沖擊載荷情況下，易產(chǎn)生斷繩情況。

5 橋式抓斗卸船機(jī)鋼絲繩使用建議

（1）抓斗下沉情況非近年來新出現(xiàn)問題，已持續(xù)許多年，在記錄的為2010年發(fā)現(xiàn)該問題。此種情況對(duì)鋼絲繩的使用影響是巨大的，請(qǐng)公司出面，溝通專業(yè)廠家，對(duì)此問題進(jìn)行專項(xiàng)檢查、判斷、分析、解決。

（2）針對(duì)2#鋼絲繩，進(jìn)行破斷拉力及抗拉強(qiáng)度的提升。目前2#鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度等級(jí)為IPS級(jí)別，建議由技術(shù)部出面溝通鋼絲繩廠家，咨詢是否可以將現(xiàn)有鋼絲繩在不改變其直徑的情況下，將抗拉強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行提升為EIPS級(jí)甚至更高級(jí)別的EEIPS級(jí)以及提升之后，是否會(huì)帶來哪些負(fù)面影響。

此外需盡快邀請(qǐng)一些專業(yè)鋼絲繩廠家（天津高盛、咸陽(yáng)、湘鋼、貴繩等）人員到現(xiàn)場(chǎng)查看鋼絲繩的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)工況，請(qǐng)他們?yōu)槲覀兺扑]合適現(xiàn)場(chǎng)工況的2#鋼絲繩，公司少量購(gòu)買，放在同一臺(tái)卸船機(jī)上試用，由礦石隊(duì)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)跟蹤，為明年的鋼絲繩選用做好基礎(chǔ)工作。此項(xiàng)工作應(yīng)盡快開展，爭(zhēng)取在年底完成對(duì)比工作。

（3）完善超負(fù)荷管理，把超負(fù)荷用起來。統(tǒng)計(jì)在同一票貨物中，每個(gè)司機(jī)在每個(gè)工班作業(yè)中的抓斗滿負(fù)荷。從管理角度出發(fā)，推動(dòng)司機(jī)優(yōu)化操作。

（4）尼龍滑輪與鋼絲繩使用壽命課題研究，由于目前尼龍滑輪無(wú)國(guó)標(biāo)規(guī)定的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，因此，礦石隊(duì)將根據(jù)已收集到的信息，有計(jì)劃性的開展滑輪對(duì)鋼絲繩使用壽命影響的對(duì)比試驗(yàn)。同時(shí)更換個(gè)別磨損量較大、有明顯印痕的滑輪。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段，我國(guó)卸船機(jī)鋼絲繩質(zhì)量和國(guó)外同類產(chǎn)品還有不小差距，為了減小差距，需要技術(shù)人員不斷鉆研，解決其中的大量技術(shù)問題，如在不同使用條件下對(duì)相同結(jié)構(gòu)的鋼絲繩進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，針對(duì)鋼絲繩的新結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，開發(fā)用于鋼絲繩的填塑技術(shù)等，這都是研發(fā)卸船機(jī)用鋼絲繩的企業(yè)共同關(guān)注的問題。

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