TSG Q7002—2019吊運熔融金屬的通用橋式起重機相關(guān)問題研究

陳曉偉 馬鑫磊 李成良 高金釗

1泰安市特種設(shè)備檢驗研究院 泰安 271000 2山東金特裝備科技發(fā)展有限公司 濟南 250003

0 引言

目前，吊運熔融金屬的通用橋式起重機在某些產(chǎn)能較小的冶金企業(yè)大量應(yīng)用，該類起重機制造成本較低、結(jié)構(gòu)簡單、吊運過程靈活，廣受規(guī)模較小、產(chǎn)線單一的冶金企業(yè)的青睞。此類設(shè)備在金屬結(jié)構(gòu)和起升機構(gòu)上存在一定的設(shè)計缺陷，導(dǎo)致其本質(zhì)安全性較低，影響設(shè)備的安全使用。自TSG Q7002—2019《起重機械型式試驗規(guī)則》實施后，對該類起重機從品種劃分、制造標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)及本質(zhì)安全等方面提出新的要求。本文通過分析TSG Q7002—2019實施前后該類起重機安全規(guī)范和制造標(biāo)準(zhǔn)要求的異同，結(jié)合國家市場監(jiān)管總局特種設(shè)備安全監(jiān)察局的相關(guān)問題答復(fù)，分析新制造設(shè)備在設(shè)計和制造及登記在用設(shè)備在使用維護中易出現(xiàn)的問題，并提出相應(yīng)的解決措施，提高新制造產(chǎn)品的本質(zhì)安全并降低登記在用設(shè)備的事故概率和事故風(fēng)險，確保設(shè)備的安全使用。

1 TSG Q7002—2019實施之前吊運熔融金屬通用橋式起重機的基本要求

在TSG Q7002—2019實施之前，吊運熔融金屬的通用橋式起重機（代號QDY）的制造標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)為GB/T 3811—2008《起重機設(shè)計規(guī)范》、JB/T 7688.1—2008《冶金起重機技術(shù)條件第1部分：通用要求》和GB/T 14405—2011《通用橋式起重機》。相關(guān)制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定該類起重機的鋼絲繩、滑輪、電動機、減速器、聯(lián)軸器等零部件及電氣裝置應(yīng)該符合相應(yīng)作業(yè)環(huán)境的基本要求，保證設(shè)備的使用性能[1-3]。同時，吊運熔融金屬的通用橋式起重機的高度限位器、超速保護、正反向接觸器故障保護等安全保護裝置還應(yīng)該符合GB/T 6067.1—2010《起重機安械全規(guī)程 第1部分：總則》、TSG Q0002—2008《起重機械安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程—橋式起重機》、TSG Q7016—2016《起重機械安裝改造重大維修監(jiān)督檢驗規(guī)則》和TSG Q7015—2016《起重機械定期檢驗規(guī)則》的相關(guān)規(guī)定，確保設(shè)備的安全性能[4-7]。

除此之外，相關(guān)安全技術(shù)規(guī)范對該類起重機的起升機構(gòu)和制動器有特殊規(guī)定，其中，TSG Q0002—2008規(guī)定吊運熔融金屬的通用橋式起重機額定起重量不超過75 t，工作級別為A7或A8；起升機構(gòu)裝設(shè)有2套獨立作用的符合標(biāo)準(zhǔn)要求的工作制動器[5]；TSG Q7016—2016和TSG Q7015—2016規(guī)定額定起重量為75 t以下的吊運熔融金屬的通用橋式起重機主起升機構(gòu)的驅(qū)動軸上裝設(shè)2套符合JB/T 6406—2006《電力液壓鼓式制動器》或JB/T 7020—2006《電力液壓盤式制動器》要求，且能獨立工作的制動器，每套制動器的安全系數(shù)符合GB/T 3811—2008中6.1.1.3.1.3 c的相關(guān)規(guī)定[6,7]。由以上安全技術(shù)規(guī)范的規(guī)定可以看出，吊運熔融金屬的通用橋式起重機起升機構(gòu)可設(shè)置為單驅(qū)動系統(tǒng)和雙工作制動器的模式，只需要工作制動器的安全系數(shù)符合GB/T 3811—2008的要求即可。由于工作制動器設(shè)置在高速軸上，即該類設(shè)備對高速軸的制動安全進行了冗余設(shè)置，而未考慮低速軸系統(tǒng)斷裂或損壞的風(fēng)險。

事實上，吊運熔融金屬的通用橋式起重機是鐵嶺事故發(fā)生后一個過渡階段的產(chǎn)物，其與通用橋式起重機無本質(zhì)差別，只是將額定起重量限制為75 t以下，將工作級別提高至A7、A8，起升機構(gòu)設(shè)置雙限位和雙制動系統(tǒng)以降低鋼水包沖頂和墜落的風(fēng)險[8]。如果該類設(shè)備低速軸出現(xiàn)斷裂、減速器產(chǎn)生損壞或者制動器的接觸器出現(xiàn)異常黏連的情況，鋼水包會產(chǎn)生墜落的風(fēng)險，降低設(shè)備的本質(zhì)安全。同時，該類起重機還存在作業(yè)環(huán)境惡劣，中小企業(yè)管理不規(guī)范、人員素質(zhì)相對較低及維護保養(yǎng)不及時等事實，進一步增加了設(shè)備的安全隱患。

2 TSG Q7002—2019實施之后吊運熔融金屬通用橋式起重機的基本要求

TSG Q7002—2019實施后，對吊運熔融金屬的通用橋式起重機提出新的要求，其規(guī)定吊運熔融金屬的冶金起重機的吊具、電動機、鋼絲繩、滑輪、卷筒、制動器、司機室、隔熱板還應(yīng)當(dāng)符合GB/T 7688.1—2008《冶金起重機技術(shù)條件第1部分：通用要求》和GB/T 7688.5—2012《冶金起重機技術(shù)條件 第5部分：鑄造起重機》的要求[9]。由以上規(guī)定可以看出，吊運熔融金屬的通用橋式起重機品種統(tǒng)一劃歸為冶金橋式起重機，稱為鑄造起重機（代號為YZ），其設(shè)備代碼為4150；以前吊運熔融金屬的通用橋式起重機設(shè)備品種為通用橋式起重機，其設(shè)備代碼為4110，兩者存在本質(zhì)的區(qū)別。

由上述標(biāo)準(zhǔn)可知，TSG Q7002—2019實施前后，吊運熔融金屬的通用橋式起重機制造依據(jù)的其產(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)存在本質(zhì)的差別。其中，GB/T 7688.5—2012明確規(guī)定吊運熔融金屬的橋式起重機（鑄造起重機）主起升機構(gòu)應(yīng)設(shè)置2套驅(qū)動裝置，且在輸出軸上剛性連接；或主起升機構(gòu)設(shè)置2套驅(qū)動裝置，在輸出軸上無剛性連接或主起升機構(gòu)設(shè)置1套驅(qū)動裝置時，均應(yīng)在鋼絲繩卷筒上設(shè)置安全制動器；或?qū)τ陬~定起重量不大于16 t的起重機，在設(shè)計起升機構(gòu)時其工作級別至少比實際作業(yè)條件所要求的高2級，最小工作級別不應(yīng)低于M5級[10]。由于吊運熔融金屬的橋式起重機起升機構(gòu)的實際工作級別較高，一般需要達到M7或M8，當(dāng)額定起重量不大于16 t時，設(shè)計起升機構(gòu)的工作級別至少比實際作業(yè)條件高2級的條件無法達到，其起升機構(gòu)的設(shè)置必須滿足其他要求。因此，對于吊運熔融金屬的橋式起重機（鑄造起重機）主起升機構(gòu)的設(shè)置2套剛性連接的驅(qū)動系統(tǒng)，或設(shè)置2套無剛性連接或1套驅(qū)動系統(tǒng)時，均應(yīng)在卷筒上設(shè)置安全制動器。通過起升系統(tǒng)的冗余設(shè)計或在低速軸上的設(shè)置安全制動器以降低鋼水包墜落的風(fēng)險。

根據(jù)特種設(shè)備安全監(jiān)察局2020年9月16日的相關(guān)答復(fù)，對于吊運熔融金屬的通用橋式起重機自2020年3月1日TSG Q7002—2019實施之日起，結(jié)合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的調(diào)整變化，將吊運熔融金屬的通用橋式起重機統(tǒng)一歸為冶金橋式起重機管理，即無論是原75 t以上的吊運熔融金屬的鑄造起重機還是原75 t以下的吊運熔融金屬的通用橋式起重機全部歸為冶金橋式起重機管理；對于2020年3月1日起新制造及出廠的吊運熔融金屬的通用橋式起重機原型式試驗已不再適應(yīng)；與此同時，該類起重機應(yīng)當(dāng)在現(xiàn)行有效的許可證覆蓋范圍內(nèi)，以冶金橋式起重機的名義依照TSG Q7002—2019的要求進行型式試驗，并以冶金橋式起重機的名義出廠，履行相關(guān)程序后投入使用，即原吊運熔融金屬的通用橋式起重機的型式試驗報告自動作廢。

3 TSG Q7002—2019實施之后新制造吊運熔融金屬橋式起重機設(shè)計及制造過程的注意事項

TSG Q7002—2019實施后，在設(shè)計和制造上對吊運熔融金屬的橋式起重機作了明確的規(guī)定，特別是起升機構(gòu)的驅(qū)動方式和制動器的種類及數(shù)量，無論其額定起重量為多少，將其完全歸類為冶金橋式起重機，主起升機構(gòu)設(shè)置雙驅(qū)動系統(tǒng)且系統(tǒng)間剛性連接，就是設(shè)置未剛性連接的雙驅(qū)動系統(tǒng)或單驅(qū)動系統(tǒng)并在卷筒處增設(shè)安全制動器。TSG Q7002—2019實施前生產(chǎn)的吊運熔融金屬的通用橋式起重機已不能滿足新規(guī)范的要求，相應(yīng)的型式試驗合格證將作廢，即吊運熔融金屬的通用橋式起重機將不再繼續(xù)生產(chǎn)，原持有該類型式試驗合格證的制造單位需要重新按照新規(guī)范的要求進行型式試驗或持有鑄造起重機型式試驗合格證才能生產(chǎn)該類設(shè)備。

TSG Q7002—2019規(guī)定對大于10 t的冶金橋式起重機需加裝起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，即冶金起重機作為樣機進行型式試驗時，當(dāng)其額定起重量大于10 t時設(shè)備需要安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)[9]；TSG Q7016—2016規(guī)定新制造的冶金橋式起重機應(yīng)該安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，即新出廠的冶金起重機需要加裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)[6]。2個安全技術(shù)規(guī)范規(guī)定略有不同，原因是TSG Q7002—2019將電動葫蘆作為起升機構(gòu)的吊運熔融金屬的單梁（代號LDY）或者雙梁（代號LHY）納入冶金橋式起重機管理，將實施安裝監(jiān)督檢驗，TSG Q7002—2019規(guī)定該類起重機的額定起重量不能超過10 t，即LDY或LHY型式試驗時可不加裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，也就是說對于LDY或LHY的安裝監(jiān)督檢驗時不應(yīng)該強制要求加裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，此處的理解與國家市場監(jiān)管總局特種設(shè)備安全局就該問題的答復(fù)是一致的。

吊運熔融金屬的橋式起重機的整機工作級別一般為A7、A8，機構(gòu)工作級別一般為M7、M8，金屬結(jié)構(gòu)的工作級別一般為E7、E8。對于機構(gòu)來說，零部件根據(jù)GB/T 3811—2008中零部件的系數(shù)進行選擇，特別是鋼絲繩、卷筒和滑輪、電動機及制動器的選擇應(yīng)按照機構(gòu)工作級別并結(jié)合整機的運行工況進行選擇。鋼絲繩應(yīng)選擇金屬芯或金屬繩芯的冶金專用鋼絲繩，一般需要選擇比設(shè)計級別高一級別的安全系數(shù)且鋼絲繩的安全系數(shù)不能小于7.1；卷筒和滑輪根據(jù)機構(gòu)的工作級別選擇相應(yīng)的系數(shù)；電動機應(yīng)該根據(jù)機構(gòu)工作級別選擇接電持續(xù)率JC值為40%以上、絕緣等級H級以上且?guī)С俦Ｗo的冶金專用電動機[1]。對于剛性連接的雙起升系統(tǒng)的吊運熔融金屬的橋式起重機，每套系統(tǒng)設(shè)置2個符合標(biāo)準(zhǔn)要求的工作制動器，且安全系數(shù)應(yīng)該在1.1以上，對于單驅(qū)動系統(tǒng)或雙驅(qū)動系統(tǒng)未剛性連接的吊運熔融金屬的橋式起重機，每套系統(tǒng)設(shè)置2個符合標(biāo)準(zhǔn)要求的工作制動器和1個安全制動器，工作制動器的安全系數(shù)為1.25以上，安全制動器的安全系數(shù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)沒有明確規(guī)定，考慮安全制動器動作后的巨大沖擊力的問題，其安全系數(shù)不能太高，在1.25左右即可。對于冶金起重機的金屬結(jié)構(gòu)，在保證其強度、剛度及穩(wěn)定性滿足要求的情況下應(yīng)該充分考慮主梁的抗疲勞強度，該強度主要與構(gòu)件的應(yīng)力循環(huán)特性r及構(gòu)件的拉伸和壓縮疲勞許用應(yīng)力[σ-1]的基本值有關(guān)[1，8]。由于在相同應(yīng)力集中情況等級下Q235B與Q355B的拉伸和壓縮疲勞許用應(yīng)力的基本值[σ-1]基本相同，使用屈服強度級別較高的Q345代替屈服強度級別較低的Q235不能明顯地提高連接構(gòu)件的疲勞許用應(yīng)力，而會增加制造成本[8]。然而，Q235B具有比Q355B更好的焊接性和抗冷裂紋能力，在相同焊接條件下，Q235B比Q355B具備更低的應(yīng)力集中等級，能提高拉伸和壓縮許用應(yīng)力的基本值，使Q235B比Q355B具有更高的抗疲勞性能。因此，盡量選擇焊接性和抗冷裂紋性能更好的Q235B制作吊運熔融金屬橋式起重機的金屬結(jié)構(gòu)。同時，在冶金起重機主梁制作時，要有針對性地制定焊接工藝規(guī)程和焊接作業(yè)指導(dǎo)書，采取減小焊接殘余應(yīng)力的措施，特別是一些重要焊縫的焊接順序、焊接方式或焊后打磨的方法，降低焊縫的殘余應(yīng)力，進而降低焊縫的應(yīng)力集中等級，提高金屬結(jié)構(gòu)整體的抗疲勞性能。

4 TSG Q7002—2019實施之后登記在用吊運熔融金屬的通用橋式起重機使用過程的注意事項

在TSG Q0002—2008實施以后至TSG Q7002—2019實施之前，在十多年時間內(nèi)通過制造或改造的吊運熔融金屬的通用橋式起重機在中小型冶金企業(yè)中大量應(yīng)用，額定起重量基本都集中在10～50 t之間，少量設(shè)備達到74 t。這類設(shè)備的典型特點是起升機構(gòu)采用單驅(qū)動系統(tǒng)和雙工作制動器設(shè)計，既沒有采用剛性連接的雙驅(qū)動系統(tǒng)也沒有采用帶安全制動器的單起升系統(tǒng)，具有較大的安全風(fēng)險。特別是工作制動器失效或低速軸斷裂的情況下將會產(chǎn)生鋼水包傾覆的危險。由于該類產(chǎn)品在TSG Q7002—2019實施之前制造并使用，根據(jù)國家市場監(jiān)管總局特種設(shè)備安全監(jiān)察局2020年的答復(fù)，對于已經(jīng)使用登記的75 t以下的吊運熔融金屬的通用橋式起重機型式試驗是繼續(xù)有效的，可以繼續(xù)使用。

由于該類設(shè)備起升機構(gòu)存在先天的缺陷，使用場所環(huán)境惡劣，整機工作級別高，存在比同類設(shè)備更大的安全隱患。因此，使用單位應(yīng)該對該類設(shè)備加強安全監(jiān)控、定期維護保養(yǎng)、定期動作試驗或降低參數(shù)使用等手段，確保設(shè)備的安全運行。首先，登記在用的該類設(shè)備應(yīng)該加裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，實時監(jiān)控設(shè)備的主參數(shù)、運行狀況、安全保護裝置特別是制動器和起重量限制器的情況，確保設(shè)備不超載且制動良好，保證設(shè)備安全運行。其次，使用單位應(yīng)該加強設(shè)備的維護保養(yǎng)，將保養(yǎng)周期縮短至1個月，實時掌控設(shè)備的基本情況，特別是確保制動器制動力矩的實時調(diào)整，減速器輸出軸無裂紋或變形，鋼絲繩在卷筒上的壓制接頭牢固穩(wěn)定，確保設(shè)備各零部件和安全保護裝置運行正常。最后，使用單位應(yīng)該對該類設(shè)備的電動機的動力控制和制動器的制動控制系統(tǒng)每隔3個月進行檢查和維護保養(yǎng)，并對電動機和制動器的接觸器進行動作試驗，確?？刂齐妱訖C的接觸器釋放后控制制動器的接觸器不能吸合或處于非吸合的狀態(tài)，保證重物失去起升動力后能在空中穩(wěn)穩(wěn)地制停而不能發(fā)生墜落。

通過以上措施，使用單位加強了對在用吊運熔融金屬的通用橋式起重機的管理，降低事故隱患，確保生產(chǎn)安全。

5 結(jié)語

TSG Q7002—2019實施前吊運熔融金屬的起重機包括鑄造起重機、吊運熔融金屬的通用橋式起重機及以電動葫蘆為起升機構(gòu)的單梁或雙梁起重機；TSG Q7002—2019實施后將所有吊運熔融金屬的起重機包括鑄造起重機和電動葫蘆為起升機構(gòu)的單梁或雙梁起重機，統(tǒng)一劃歸為冶金橋式起重機管理，新制造產(chǎn)品都將實施安裝改造重大維修監(jiān)督檢驗。吊運熔融金屬的通用橋式起重機是過渡階段特殊的起重機，其結(jié)構(gòu)形式已不能滿足TSG Q7002—2019的規(guī)定，相關(guān)制造單位的型式試驗報告已作廢，而已注冊登記的吊運熔融金屬的通用橋式起重機型式試驗將繼續(xù)有效，可以繼續(xù)使用。

對于新出廠的吊運熔融金屬的起重機，設(shè)計和制造應(yīng)該滿足TSG Q7002—2019的規(guī)定，其中起升機構(gòu)的設(shè)置應(yīng)該滿足GB/T 7688.5—2012的規(guī)定，零部件和安全保護裝置的選擇嚴(yán)格按照GB/T 3811—2008的要求計算并結(jié)合使用工況選取，金屬結(jié)構(gòu)滿足GB/T 3811—2008規(guī)定的強度、抗疲勞強度、剛度及穩(wěn)定性要求，且金屬結(jié)構(gòu)盡量使用焊接性和抗冷裂紋能力更好的Q235B制作。

對于已經(jīng)登記在用的吊運熔融金屬的通用橋式起重機，使用單位應(yīng)該從加強設(shè)備監(jiān)控、縮短維護保養(yǎng)周期及定期動作試驗等方面確保使用過程的安全，降低設(shè)備安全隱患。