基于模擬分析的電動(dòng)葫蘆門式起重機(jī)吊裝事故研究

鄧代軍 謝 磊 肖 軍 周傳林

湖北特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院宜昌分院 宜昌 443005

起重運(yùn)輸機(jī)械高效、便捷的性能和強(qiáng)大的起重運(yùn)輸能力在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中起著巨大的作用。但作為涉及生命財(cái)產(chǎn)安全的特種設(shè)備，若在與其相關(guān)聯(lián)的作業(yè)活動(dòng)中使用不當(dāng)有可能會(huì)造成嚴(yán)重的后果。電動(dòng)葫蘆門式起重機(jī)是以電動(dòng)葫蘆作為起升機(jī)構(gòu)的門式起重機(jī)，一般以單主梁結(jié)構(gòu)為主，起重量較小，主要用于露天作業(yè)的工廠、碼頭、料場(chǎng)、工地等場(chǎng)所裝卸貨物。這類使用場(chǎng)所的普遍共性是條件簡(jiǎn)易、環(huán)境復(fù)雜，有的是臨時(shí)作業(yè)場(chǎng)所，在露天環(huán)境下起重機(jī)更易腐蝕，設(shè)備需要經(jīng)常性維護(hù)保養(yǎng)。這類設(shè)備操作簡(jiǎn)單，一般以地控或遙控居多，這種操作方式下的作業(yè)人員不需取得特種設(shè)備作業(yè)人員證，僅由使用單位加強(qiáng)教育培訓(xùn)，因此若使用管理不當(dāng)容易發(fā)生危險(xiǎn)。本文根據(jù)一起真實(shí)發(fā)生的事故案例，通過查閱資料、現(xiàn)場(chǎng)勘察、測(cè)試檢查、模擬事故現(xiàn)場(chǎng)、建立尺寸鏈模型、還原事故經(jīng)過等方式，對(duì)事故發(fā)生的原因進(jìn)行認(rèn)真的分析，總結(jié)教訓(xùn)并結(jié)合實(shí)際提出預(yù)防措施和建議，以期對(duì)相關(guān)單位及作業(yè)人員有所幫助和警示，避免類似事故發(fā)生。

1 事故概況

2020年7月30日下午14時(shí)，位于某公司廠房車間的1臺(tái)電動(dòng)葫蘆門式起重機(jī)在起吊該公司自制的噴沙房箱體頂蓋結(jié)構(gòu)件（以下簡(jiǎn)稱被吊物）時(shí)，因被吊物不平衡發(fā)生傾斜，在用人力拉拽的過程中，起吊索具從吊鉤內(nèi)脫落，造成現(xiàn)場(chǎng)1名作業(yè)人員受被吊物擠壓致死，3名作業(yè)人員受傷的傷害事故。

該設(shè)備為電動(dòng)葫蘆門式起重機(jī)；制造日期為2010年6月3日；型號(hào)為MH10t-20m A3；額定起重量10 t；跨度20 m；起升高度9 m；起升速度7 m/min；小車運(yùn)行速度20 m/min；大車運(yùn)行速度20 m/min；工作級(jí)別A3；操作方式為遙控操作；4倍起升倍率。

2 事故分析

2.1 被吊物

該被吊物為現(xiàn)場(chǎng)制作的不規(guī)則大型金屬框架結(jié)構(gòu)，無設(shè)計(jì)圖。東西兩側(cè)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)分別安裝有箱板，東側(cè)箱板高1.2 m，西側(cè)箱板高0.71 m，東西兩側(cè)鋼結(jié)構(gòu)上橫梁約1/3處均勻?qū)ΨQ設(shè)置4個(gè)吊耳，部分鋼結(jié)構(gòu)連接處有斜支撐。最大外形尺寸為：8.22 m×9.39 m×1.20 m，總質(zhì)量約2 000 kg，外形及尺寸如圖1所示。

圖1 被吊物外形及尺寸示意圖

該被吊物的特性是：體積大、質(zhì)量重、物體上平面為長(zhǎng)方形，整體東高西低呈梯形狀，質(zhì)量明顯分布不均勻，物體質(zhì)心不在其幾何中心。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，事發(fā)后該被吊物完好無損。

2.2 索具

作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)選用的索具為2副雙肢環(huán)鏈索具，分別用于懸掛東西兩側(cè)4個(gè)吊點(diǎn)。東側(cè)環(huán)鏈索具上端連接有吊環(huán)，雙肢下端分別裝有卸扣；西側(cè)環(huán)鏈索具上端連接有吊環(huán)，雙肢下端分別裝有吊鉤。2副雙肢環(huán)鏈索具長(zhǎng)度均為4.50 m，且長(zhǎng)度均不可調(diào)節(jié)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，2副雙肢環(huán)鏈索具無變形、裂紋、磨損等缺陷，也未斷裂，均完好無損。

2.3 起重機(jī)

2.3.1 吊鉤

吊鉤額定起重量為10 t，整體無裂紋、變形、明顯磨損、開口度增大、扭轉(zhuǎn)等缺陷，且吊鉤懸掛牢固可靠，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、整體完好。

2.3.2 吊鉤防脫鉤裝置

該吊鉤防脫鉤裝置為卡片式結(jié)構(gòu)，該裝置由安全卡、雙扭彈簧、螺栓組成，如圖2所示。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，事發(fā)后安全卡處于吊鉤開口以外非正常工作位置。安全卡長(zhǎng)110 mm，寬39 mm，安全卡無明顯變形，雙扭彈簧功能有效，螺栓緊固完好。通過將安全卡恢復(fù)到正常工作位置后手動(dòng)測(cè)試，安全卡動(dòng)作復(fù)位靈活，防脫鉤裝置具備正常防脫鉤功能。

圖2 吊鉤防脫鉤裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.3.3 安全性能

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該電動(dòng)葫蘆門式起重機(jī)各項(xiàng)性能安全進(jìn)行了檢查，并進(jìn)行空載試驗(yàn)及額定載荷試驗(yàn)，各機(jī)構(gòu)動(dòng)作平穩(wěn)、制動(dòng)可靠、運(yùn)行正常，排除事故發(fā)生時(shí)因起重機(jī)安全性能的原因出現(xiàn)溜鉤或其他故障的可能性。

2.4 模擬分析

2.4.1 模擬事故現(xiàn)場(chǎng)

為還原事故真相，將吊鉤防脫鉤裝置恢復(fù)到正常工作位置，在采取相應(yīng)安全措施的前提下，現(xiàn)場(chǎng)模擬事發(fā)時(shí)的工作狀態(tài)，如圖3所示，重新用2副雙肢環(huán)鏈索具懸掛被吊物，在索具張緊后緩慢提升被吊物，待被吊物一端離地后停止，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察確認(rèn)。

圖3 模擬事故現(xiàn)場(chǎng)圖

由現(xiàn)場(chǎng)模擬狀態(tài)可知：

1）被吊物質(zhì)量不平衡，起吊后發(fā)生嚴(yán)重傾斜，一端（西側(cè)）離地，另一端（東側(cè)）未離地。主要原因是由于被吊物質(zhì)心不在其幾何中心，東側(cè)重、西側(cè)輕，而4個(gè)吊點(diǎn)均勻?qū)ΨQ布置，選用的索具為等長(zhǎng)且不可調(diào)節(jié)，吊點(diǎn)的布置和索具的選用是按照質(zhì)心在幾何中心的規(guī)則物體準(zhǔn)備的，故被吊物起吊后一定會(huì)發(fā)生傾斜且無法調(diào)整。

2）2副雙肢環(huán)鏈索具張緊后均趨于水平狀態(tài)，吊鉤開口方向朝西側(cè)，西側(cè)索具吊環(huán)位置已接近吊鉤開口處。隨著吊鉤繼續(xù)起升，被吊物傾斜將更加嚴(yán)重，西側(cè)索具位置將繼續(xù)抬高，吊環(huán)與吊鉤間夾角將繼續(xù)減小，吊環(huán)位置將更接近吊鉤開口處，存在較大脫出風(fēng)險(xiǎn)，如圖4所示。

圖4 吊鉤與吊環(huán)位置圖

3）吊鉤防脫鉤裝置安全卡受到西側(cè)索具吊環(huán)的擠壓，產(chǎn)生了嚴(yán)重變形。由此可以判斷事故發(fā)生時(shí)，吊鉤防脫鉤裝置處于吊鉤鉤口以外非正常工作位置，未投入使用。

2.4.2 建立尺寸鏈模型

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)模擬狀態(tài)對(duì)2副雙肢環(huán)鏈索具以及4個(gè)吊點(diǎn)間形成的尺寸鏈進(jìn)行模擬分析。

如圖5所示，由于被吊物上平面為長(zhǎng)方形，4個(gè)吊點(diǎn)均勻?qū)ΨQ布置，所以4個(gè)吊點(diǎn)A、B、C、D及吊鉤E點(diǎn)通過索具共同形成一個(gè)正四棱錐狀模型，其中：雙肢環(huán)鏈索具AE和BE為1副索具，CE和DE為1副索具，AE=BE=CE=DE=4.50 m；吊點(diǎn)間距：AB=CD=3.09 m ；AD=BC=8.22 m。

在起吊受力鉛垂面ACE面內(nèi)（見圖5陰影部分），兩副索具其中相對(duì)應(yīng)的兩肢AE和CE長(zhǎng)度之和為：AE+CE=4.50+4.50=9.00 m

圖5 尺寸鏈模型示意圖

∵AC2=AD2+CD2，AD= 8.22 m，CD=3.09 m

∴AC=8.78 m

∴AE+CE-AC=9.0-8.78=0.22 m

由此可見，在受力鉛垂面ACE面內(nèi)，相對(duì)應(yīng)兩肢AE和CE長(zhǎng)度之和僅比吊點(diǎn)間最大長(zhǎng)度AC略大，說明選用的兩副雙肢環(huán)鏈索具長(zhǎng)度明顯過短。

另，可計(jì)算出相對(duì)應(yīng)兩肢AE和CE間夾角α：

∵COSα=（AE2+CE2-AC2）/2AE×CE，AE=4.50 m，CE=4.50 m，AC=8.78 m

∴α=154.6e

根據(jù)現(xiàn)行有效的LD 48—1993《起重機(jī)械吊具與索具安全規(guī)程》14.7.2.10項(xiàng)：吊索提升吊重時(shí)，應(yīng)力求各分肢受力均勻，肢間夾角一般應(yīng)不超過90°，最大時(shí)不得超過120°。同時(shí)，根據(jù)GB/T 16762—2009《一般用途鋼絲繩吊索特性和技術(shù)條件》4.3.3項(xiàng)：兩肢相對(duì)應(yīng)的吊索夾角α不應(yīng)大于120°。由上述計(jì)算結(jié)果可知，本案中物體起吊后相對(duì)應(yīng)索具肢間夾角α=154.6°，遠(yuǎn)大于120°，兩肢間形成夾角過大，導(dǎo)致2副雙肢環(huán)鏈索具幾乎與4個(gè)吊點(diǎn)處于同一平面，不符合相關(guān)要求。

由上述分析可知，本次起吊作業(yè)選用索具長(zhǎng)度過短且不可調(diào)節(jié)，索具選用不當(dāng)。

2.5 吊裝方案

根據(jù)GB/T 6067.1—2010《起重機(jī)械安全規(guī)程 第1部分：總則》17.2.1項(xiàng)：為了保證起吊的穩(wěn)定性，應(yīng)通過各種方式確認(rèn)起吊載荷質(zhì)心，確立質(zhì)心后，應(yīng)調(diào)整起升裝置，選擇合適的起升系掛位置，保證載荷起升時(shí)均勻平衡，沒有傾覆的趨勢(shì)。

本次事故發(fā)生前，使用單位未制定作業(yè)計(jì)劃，沒有根據(jù)被吊物的特性制定詳細(xì)的吊裝作業(yè)方案，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員未對(duì)吊鉤防脫鉤裝置等安全裝置進(jìn)行檢查和恢復(fù)。事故發(fā)生時(shí)，作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)被吊物傾斜后，沒有及時(shí)放下被吊物，更換索具，調(diào)整起吊點(diǎn)和物體質(zhì)心位置，而是違章進(jìn)入起重作業(yè)區(qū)域，通過鋼結(jié)構(gòu)西側(cè)兩吊點(diǎn)下方設(shè)置的繩索拉拽被吊物，使被吊物在起吊過程中產(chǎn)生晃動(dòng)，從而導(dǎo)致一側(cè)索具從吊鉤中脫落。

3 事故原因

3.1 直接原因

導(dǎo)致該事故發(fā)生的直接原因是：使用單位在吊裝作業(yè)前，未根據(jù)被吊物特性選用合適的索具，并在吊鉤防脫鉤裝置未投入使用，被吊物體起吊后發(fā)生嚴(yán)重傾斜的情況下，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員違章進(jìn)入起重作業(yè)區(qū)域，通過繩索拉拽被吊物，導(dǎo)致一側(cè)索具從吊鉤中脫落，從而引發(fā)該事故。

3.2 間接原因

1）該使用單位未落實(shí)安全生產(chǎn)主體責(zé)任，未按GB/T 6067.1—2010《起重機(jī)械安全規(guī)程 第1部分：總則》中第11.1條的要求建立起重機(jī)安全工作制度，包括工作計(jì)劃、起重機(jī)和相關(guān)設(shè)備的正確選用、提供和使用，制定專門的培訓(xùn)計(jì)劃并確定明確自身職責(zé)的主管人員以及與起重操作有關(guān)的其他人員等，現(xiàn)場(chǎng)管理混亂，缺乏必要的安全措施。

2）該使用單位安全管理人員未根據(jù)GB/T 6067.1—2010《起重機(jī)械安全規(guī)程 第1部分：總則》中第11.2條的要求制定起重作業(yè)計(jì)劃，包括載荷特性、索具的選用、起吊方法、作業(yè)空間環(huán)境、危險(xiǎn)因素等內(nèi)容，以便充分考慮各種危險(xiǎn)因素，確保安全操作。

3）該使用單位未組織作業(yè)人員進(jìn)行相關(guān)法律法規(guī)、規(guī)章制度、操作規(guī)程、事故案例等安全教育和技能培訓(xùn)，作業(yè)前未進(jìn)行安全技術(shù)交底，作業(yè)人員對(duì)起重機(jī)械的安全使用、司索指揮等知識(shí)掌握嚴(yán)重不足，以致違規(guī)操作。

4 預(yù)防及建議

4.1 制定起重作業(yè)計(jì)劃

起重機(jī)械吊裝作業(yè)不是簡(jiǎn)單重復(fù)勞動(dòng)，需要起重工、司索工、指揮人員、輔助人員等多工種相互配合、相互協(xié)調(diào)才能共同完成，因此需要充分準(zhǔn)備、精心組織、統(tǒng)一指揮。作業(yè)前制定起重作業(yè)計(jì)劃是非常關(guān)鍵的步驟，尤為重要，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、物體特性、起重機(jī)性能、吊運(yùn)路線等，經(jīng)過分析和計(jì)算物體的質(zhì)量、體積、質(zhì)心，選擇合理的吊點(diǎn)、索具和司索方法，采取可靠的吊運(yùn)方法和安全措施，制定詳細(xì)的作業(yè)方案，做到分工明確、方法得當(dāng)、安全有保障。實(shí)際工作中，很多單位對(duì)大型起重吊裝作業(yè)很重視，一般會(huì)預(yù)先制定起重作業(yè)計(jì)劃，但對(duì)很多小型、簡(jiǎn)易、臨時(shí)吊裝作業(yè)重視程度不夠，沒有制定起重作業(yè)計(jì)劃，全憑臨場(chǎng)發(fā)揮，這樣有可能準(zhǔn)備不充分、考慮不周全，不能確保安全可靠地完成吊裝作業(yè)。

4.2 選用合適的索具

在起重吊裝作業(yè)中，索具是吊具與吊運(yùn)重物有效聯(lián)結(jié)的輔助用具，常用索具主要有鋼絲繩、鏈條、環(huán)鏈、棕繩、吊帶等，根據(jù)物體的特性選擇合適的索具非常重要。很多起重吊裝作業(yè)只考慮了索具的承重能力，而忽視了索具長(zhǎng)度的重要性，錯(cuò)誤地認(rèn)為只要夠長(zhǎng)能用就行，以至于帶來潛在的危險(xiǎn)。索具的長(zhǎng)度應(yīng)該根據(jù)物體的體積、物體的質(zhì)心、吊點(diǎn)的位置來確定，其長(zhǎng)度要足夠長(zhǎng)，或者能調(diào)整，以確保起吊后物體保持平衡狀態(tài)，同時(shí)保證索具各肢間夾角符合相關(guān)要求。在本案中，正是因?yàn)檫x用索具過短，勉強(qiáng)能夠起吊，因此起吊后索具趨于水平，幾乎與吊點(diǎn)在同一平面內(nèi)，一側(cè)吊環(huán)接近吊鉤開口處，另一側(cè)吊環(huán)處于吊鉤危險(xiǎn)斷面位置，導(dǎo)致吊鉤受力方向發(fā)生改變，原本主要承受垂直方向的受力變成了承受水平方向受力，不僅索具有從吊鉤里脫出的風(fēng)險(xiǎn)，而且吊鉤在水平拉力的作用下存在開口度變大甚至整體破壞的風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 檢查吊鉤防脫鉤裝置

吊鉤防脫鉤裝置是安裝在吊鉤上防止索具從吊鉤里脫出的鎖閉裝置，對(duì)于保證起重吊裝作業(yè)安全起到重要的作用。目前吊鉤防脫鉤裝置主要以卡片式結(jié)構(gòu)居多，這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但易損，在反復(fù)使用過程中，其安全卡、彈簧和固定螺栓等部件容易變形或損壞，需要經(jīng)常檢查、維修或更換。在實(shí)際工作中很多單位不太重視吊鉤防脫鉤裝置的作用，損壞了也不及時(shí)更換。還有一些吊裝作業(yè)人員在頻繁掛、取索具時(shí)覺得防脫鉤裝置礙手礙腳，為圖方便違規(guī)把防脫鉤裝置棄之不用，如同本案一樣，最終釀成大禍，這種因防脫鉤裝置缺失導(dǎo)致的安全事故在全國(guó)已發(fā)生過很多起。因此，千萬不要忽視吊鉤防脫鉤裝置的作用，每次吊裝前一定要認(rèn)真檢查，確保其正常。

5 結(jié)語

安全生產(chǎn)，預(yù)防為主。很多安全事故的發(fā)生其實(shí)是可以避免的。以本案為例，若使用單位在吊裝前制定好起重作業(yè)計(jì)劃，把吊鉤防脫鉤裝置恢復(fù)正常，正確選用合適的索具，嚴(yán)格按照操作規(guī)程的要求進(jìn)行作業(yè)，很可能就可以避免這起事故。希望通過本文的分析和介紹能夠引起相關(guān)單位的重視，提高安全防范意識(shí)，嚴(yán)格落實(shí)安全生產(chǎn)主體責(zé)任，切莫因小失大，再發(fā)生類似事故。