預(yù)期用途對起重機(jī)械的影響

盧德俊 孟慶國

1江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院泰州分院 泰州 225500 2江蘇華澄重工有限公司 泰州 214521

0 引言

目前大部分起重機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造與實(shí)際使用分屬于若干不同的單位。起重機(jī)械從項(xiàng)目立項(xiàng)到入役，經(jīng)歷訂立合同、設(shè)計(jì)、制造、安裝、投入使用等多個(gè)環(huán)節(jié)，如果起重機(jī)械的預(yù)期用途和工作要求沒有能及時(shí)反饋到前部環(huán)節(jié)，則可能導(dǎo)致很多起重機(jī)械在投入使用后故障頻發(fā)，可靠性低，甚至存在安全隱患，嚴(yán)重的情況下還會導(dǎo)致事故的發(fā)生。從目前國內(nèi)起重機(jī)械行業(yè)的銷售模式上來看，起重機(jī)械在使用中存在的問題難以得到很好的反饋，使得這些問題很難得到有效的解決。所以必須預(yù)先對所需起重機(jī)械的用途進(jìn)行充分了解，對不同環(huán)節(jié)進(jìn)行合理的規(guī)劃，使起重機(jī)械的各項(xiàng)性能滿足項(xiàng)目的使用需求。

1 預(yù)期用途對工作級別的影響

合理的工作級別能使起重機(jī)械有足夠的安全裕量、適當(dāng)?shù)念A(yù)期壽命，對工作級別較為通用的零部件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)也可獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。目前在起重機(jī)械的生產(chǎn)銷售過程中，除了安全技術(shù)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)有強(qiáng)制規(guī)定必須滿足某工作級別以外，幾乎大多數(shù)在役通用橋式起重機(jī)、通用門式起重機(jī)是A5級別，在役的電動單梁起重機(jī)、電動葫蘆門式起重機(jī)是A3級別，但這些預(yù)設(shè)工作級別是否與實(shí)際需求相符是存疑的。例如很多小型船廠使用A3級的MH20+20型電動葫蘆門式起重機(jī)、A3級的MHEX32(16+16)型電動葫蘆門式起重機(jī)進(jìn)行造船作業(yè)，在實(shí)際使用過程中整機(jī)狀況不佳，容易發(fā)生故障。很多企業(yè)使用A3級的LD或LDA型電動單梁起重機(jī)，由于這類企業(yè)經(jīng)常吊運(yùn)額定載荷，使得起重機(jī)頻頻發(fā)生故障。

造成這些現(xiàn)象的主要原因有：部分起重機(jī)械制造單位沒有充分理解工作級別的意義，設(shè)計(jì)人員無法根據(jù)客戶要求和實(shí)際工作條件進(jìn)行預(yù)估，銷售人員與客戶簽訂合同時(shí)，沒有就起重機(jī)械預(yù)期用途對工作級別進(jìn)行選擇。因此，制造單位必須按照設(shè)計(jì)總工作循環(huán)數(shù)、載荷譜和載荷狀態(tài)、平均位移來確定起重機(jī)械的分級[1]。目前最新的標(biāo)準(zhǔn)給出了更多的分級項(xiàng)，這使設(shè)計(jì)人員在設(shè)置起重機(jī)工作級別時(shí)有了更多的選擇。

2 預(yù)期用途對零部件的影響

2.1 超載保護(hù)

起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)安裝有超載保護(hù)裝置，通過該裝置來避免起重機(jī)的主要受力部件因超載發(fā)生損壞，同時(shí)超載保護(hù)裝置需要通過型式試驗(yàn)認(rèn)可，從而保證使用時(shí)的可靠性。在起重機(jī)的使用過程中，某些多起升機(jī)構(gòu)的起重機(jī)，其各超載保護(hù)裝置的傳感器信號并沒有進(jìn)行綜合監(jiān)測，例如使用ME10+10的起重機(jī)吊運(yùn)自重約為16 t的物體，在起吊過程中最佳狀態(tài)是各起升機(jī)構(gòu)分別承載8 t載荷。實(shí)際上可能由于吊運(yùn)時(shí)的偏載與重心不穩(wěn)，導(dǎo)致某一組起升機(jī)構(gòu)超載，此時(shí)如果傳感器信號各自響應(yīng)，超載的一組起升機(jī)構(gòu)停止運(yùn)行，另一組起升機(jī)構(gòu)仍然能夠起升，使得被吊物體繼續(xù)偏斜，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生吊載物品墜落事故。

因?yàn)榇蠖鄶?shù)電動葫蘆的超載保護(hù)是安裝在鋼絲繩上（見圖1），與采用卷揚(yáng)小車的橋門式起重機(jī)相比，采用電動葫蘆作為起升機(jī)構(gòu)的橋門式起重機(jī)，雙起升機(jī)構(gòu)或多起升機(jī)構(gòu)時(shí)，其超載保護(hù)功能存在較大隱患。1）稱重傳感器一般安裝在定滑輪系軸承支座下時(shí)測量精度最高[2]，而電動葫蘆的這類超載保護(hù)裝置的傳感器通過夾持鋼絲繩來獲取信號，精度較低，存在較大偏差。2）很多電動葫蘆的超載保護(hù)裝置是后期加裝，通過斷開起升機(jī)構(gòu)上升回路來實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，可靠性差。3）使用電動葫蘆作為雙起升機(jī)構(gòu)或多起升機(jī)構(gòu)時(shí)，無法同時(shí)監(jiān)測多個(gè)超載保護(hù)裝置的傳感器信號。

圖1 電動葫蘆用超載保護(hù)裝置

采用冶金電動葫蘆作為起升機(jī)構(gòu)的電動單梁起重機(jī)，在吊運(yùn)熔融金屬或熾熱金屬時(shí)夾持式超載保護(hù)裝置會受到高溫輻射影響（見圖2）。超載保護(hù)裝置使用時(shí)能承受的最高溫度在70℃～75℃之間，電子元件受到高溫影響絕緣性會急速下降甚至失效。而冶金作業(yè)時(shí)所吊運(yùn)物體的輻射溫度會達(dá)到300℃以上，環(huán)境溫度在65℃～75℃之間。同時(shí)，使用冶金電動葫蘆作為起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行冶金作業(yè)的車間一般較為低矮，在進(jìn)行吊運(yùn)作業(yè)時(shí)起升機(jī)構(gòu)離熔爐較近，超載保護(hù)裝置承受的熱輻射遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過75℃，故這種超載保護(hù)裝置的布置方式是無法滿足預(yù)期用途的。

圖2 冶金電動葫蘆用超載保護(hù)裝置

2.2 電動機(jī)

隨著變頻技術(shù)的不斷應(yīng)用，很多起重機(jī)也逐漸使用變頻調(diào)速，變頻拖動系統(tǒng)具有調(diào)速范圍大、性能好的特點(diǎn)，能改善金屬結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，使得啟制動更加平穩(wěn)。對于變頻調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)使用變頻電動機(jī)并校核電動機(jī)溫升。對于投入使用后改為變頻調(diào)速的起重機(jī)，變頻控制有可能對電動機(jī)及其他電氣設(shè)備造成影響。如果電動機(jī)的選用與預(yù)期的工況不匹配，影響電動機(jī)的絕緣能力，嚴(yán)重的情況下將可能燒毀電動機(jī)。故電動機(jī)應(yīng)根據(jù)預(yù)期用途和拖動系統(tǒng)進(jìn)行合理的選擇。

2.3 吊鉤

吊鉤是起重機(jī)最常用的吊具，吊鉤的強(qiáng)度等級主要包括M、P、T。吊鉤的使用依據(jù)鉤號進(jìn)行選擇，不同的鉤號與不同的工作級別對應(yīng)不同的起重量。

起重機(jī)的預(yù)期用途會影響到吊鉤的選型，例如在需要重型吊鉤的場合，隨著吊具自重的增加，相應(yīng)起升機(jī)構(gòu)、主梁的承載能力應(yīng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。有很多起重機(jī)的吊鉤僅標(biāo)注起重量，未標(biāo)注鉤號及強(qiáng)度等級，使得吊鉤的工作級別不明，對于需要頻繁吊運(yùn)額定起重量場合，容易造成吊鉤過早磨損至報(bào)廢。所以實(shí)際使用中與預(yù)期用途相匹配，可以降低故障發(fā)生的概率。

3 預(yù)期用途對不同起重機(jī)的影響

3.1 輪胎起重機(jī)

流動式起重機(jī)是比較特殊的特種設(shè)備，主要應(yīng)用在風(fēng)電、核電、石油化工、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等行業(yè)，經(jīng)常在偏遠(yuǎn)的地區(qū)看到他們的身影。其中，輪胎起重機(jī)底盤具有數(shù)個(gè)車輪，能在一定范圍內(nèi)通過牽引機(jī)構(gòu)移動。流動式起重機(jī)作為工程機(jī)械，其先進(jìn)性、技術(shù)性、安全性因不同噸位、不同價(jià)值有很大的區(qū)別。流動式起重機(jī)每個(gè)型號的設(shè)計(jì)方法和定位不同，產(chǎn)品的性能也不同，預(yù)期用途也不同。

某些小型的輪胎起重機(jī)，例如DLQ10，上部如同一個(gè)固定式起重機(jī)，下部為車架支承部分（見圖3），這類輪胎起重機(jī)造價(jià)低，通過牽引機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)場。

圖3 某輪胎起重機(jī)

與固定式起重機(jī)相比，這類起重機(jī)無需設(shè)置任何專用混凝土基礎(chǔ)，為使用單位節(jié)省了不小的開支，由于目前各地不同的河道政策影響，某些地區(qū)要求水岸線保護(hù)，河湖生態(tài)空間管控，河道違章的拆除等問題，不允許碼頭的建設(shè)，使得某些企業(yè)將輪胎式起重機(jī)當(dāng)作固定式起重機(jī)使用，有物料需要搬運(yùn)時(shí)將其拖到岸邊工位，應(yīng)對檢查時(shí)再拖離。然而這類河堤沒有使用混凝土進(jìn)行加固，沒有專門設(shè)計(jì)地基以滿足支承載荷。當(dāng)岸壁被沖刷侵蝕、地基松軟時(shí)，地面的承載力不足所致的塌陷，致使支腿出現(xiàn)下沉[3]，這類輪胎式起重機(jī)在固定場所使用時(shí)具有傾覆的風(fēng)險(xiǎn)。某些操作人員為了追求裝載效率，總會進(jìn)行甩鉤、拆除起重力矩限制器等危險(xiǎn)操作，一定程度上增加了傾覆事故發(fā)生的概率。

3.2 提梁機(jī)

提梁機(jī)作為一種特殊的門式起重機(jī)，主要用于配合架橋機(jī)進(jìn)行預(yù)制梁的施工，是高架、公路等施工作業(yè)的起重設(shè)備，由于用于經(jīng)常拆解流動作業(yè)的場合，所以提梁機(jī)設(shè)計(jì)為易于拆裝的結(jié)構(gòu)，主要采用高強(qiáng)度螺栓和銷軸進(jìn)行連接。與同噸位的通用門式起重機(jī)相比，價(jià)格低、自重較輕、運(yùn)行速度較低、工作級別較低。大部分提梁機(jī)的起重量為80 ～100 t，工作級別A3，大車運(yùn)行速度約8 m/min，有無線遙控的控制方式。在拆解、復(fù)裝作業(yè)時(shí)，也便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)提梁機(jī)結(jié)構(gòu)表面的銹蝕、裂紋、變形等損傷，進(jìn)而對其進(jìn)行修復(fù)。

部分單位將提梁機(jī)作為通用門式起重機(jī)使用，使得原本設(shè)計(jì)用于拆裝流轉(zhuǎn)作業(yè)的起重機(jī)作為固定區(qū)域設(shè)備，這樣的使用方式違背了原本的設(shè)計(jì)意圖，存在較為嚴(yán)重的隱患。由于提梁機(jī)價(jià)格低廉、起重量大，加之銷售人員與企業(yè)溝通時(shí)，沒有很好地了解起重機(jī)預(yù)期的使用環(huán)境和用途，使得部分企業(yè)在購買這類起重機(jī)時(shí)產(chǎn)生了誤區(qū)，忽略了起重機(jī)的工作繁忙程度，認(rèn)為與常規(guī)的通用門式起重機(jī)沒區(qū)別。

提梁機(jī)雖然屬于通用門式起重機(jī)，但在設(shè)計(jì)上有固定的用途和使用方式，盲目地將提梁機(jī)作為通用門式起重機(jī)銷售并使用，致使提梁機(jī)的工作級別難以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，可靠性不足，同時(shí)不能通過拆解流轉(zhuǎn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，隨著使用時(shí)間的不斷累積，安全隱患也不斷增加，勢必造成故障頻發(fā)。

4 預(yù)期工作環(huán)境的影響

4.1 酸性、堿性環(huán)境

部分企業(yè)會因特定的生產(chǎn)工藝，產(chǎn)生廢氣、廢水、廢渣。某些特定生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢棄物會對起重機(jī)結(jié)構(gòu)、電控系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

例如DOPO的生產(chǎn)工藝，在廢水抽樣的檢測中包含鄰苯基苯酚、2-環(huán)己基苯酚、間羥基聯(lián)苯、2-羥基二苯并呋喃等有毒污染物，這類污染物會在起重機(jī)表面發(fā)生堆積，鄰苯基苯酚與空氣混合時(shí)，濃度達(dá)到一定程度后具有可爆性，起重機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意電氣控制系統(tǒng)的安裝位置和控制柜的防塵性。

例如船舶工業(yè)的生產(chǎn)工藝，存在PM、VOCs（揮發(fā)性有機(jī)物）、焊接及切割工藝的煙塵，這類污染物主要分為烷烴、烯烴、芳香烴、鹵代烴、含硫/氧有機(jī)物，會造成起重機(jī)結(jié)構(gòu)件表面銹蝕，使得主梁承載能力下降。與箱形梁相比，格構(gòu)式的主梁結(jié)構(gòu)更容易發(fā)生焊縫開裂的現(xiàn)象。

4.2 熱鍍、電鍍環(huán)境

以熱鍍鋅為例，常見的熱鍍鋅工藝會包括酸洗、熱鍍等，使用在酸洗場合的起重機(jī)附近空間HCl濃度最高可達(dá)0.528 mg/m3，濕度達(dá)到83%[4]，金屬結(jié)構(gòu)非常容易受到酸霧的影響，表面發(fā)生氧化反應(yīng)。車間酸霧往往需要收集后集中處理，但是遇到處理不當(dāng)、排風(fēng)不良時(shí)，酸濃度會顯著提高，對起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)表面造成非常嚴(yán)重的腐蝕作用。由于在熱鍍過程中會添加抗爆劑和表面活性劑，構(gòu)件在浸入鋅池的瞬間產(chǎn)生了大量的煙塵，使得起重機(jī)受到大量粉塵微粒的影響。采用通過頂部開窗排風(fēng)的方式散塵時(shí)，起重機(jī)處于煙塵消散路徑上，此時(shí)煙塵對起重機(jī)電氣元件的影響較大，容易導(dǎo)致電氣元件發(fā)生短路。

以電鍍鋅為例，車間內(nèi)會產(chǎn)生含鎳化合物、鉻酸鹽、硫酸、鹽酸、氫氧化鈉等，鹽酸、硫酸會形成酸霧，氫氧化鈉會形成堿霧，鉻酸鹽會形成鉻霧，故電鍍鋅車間內(nèi)的起重機(jī)也受到酸霧、堿霧、鉻霧的影響。

起重機(jī)在設(shè)計(jì)、制造過程中如果未考慮車間環(huán)境中的酸霧、堿霧、鉻霧、粉塵顆粒，在實(shí)際投入使用后，安全性和可靠性都會大打折扣，針對酸霧、堿霧、鉻霧、粉塵顆粒環(huán)境中使用的起重機(jī)，起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)件表面處理應(yīng)能具有足夠的抗腐蝕性，電氣元件應(yīng)采取措施避免受到霧氣粉塵的影響，某些零部件在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮更換的便捷性。

4.3 金屬冶煉環(huán)境

金屬冶煉過程中會有大量粉塵、高溫、腐蝕性氣體。同時(shí)在元件中堆積的靜電也會吸附灰塵[5]，嚴(yán)重情況下會造成電氣元件內(nèi)部短路或斷路，接觸器的觸點(diǎn)也會受到灰塵的影響產(chǎn)生燒蝕、黏連，使得元件工作異常。當(dāng)環(huán)境溫度過高或熱輻射過強(qiáng)時(shí)，加速了電氣元件絕緣層的老化，增加了故障率。金屬冶煉過程中產(chǎn)生的腐蝕性氣體會嚴(yán)重危害金屬結(jié)構(gòu)和電氣元件，使得金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生銹蝕，腐蝕電氣元件，降低絕緣性能。當(dāng)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)表面的防腐層損壞后，腐蝕性氣體在損壞處形成腐蝕區(qū)，使得防腐層不斷剝落，同時(shí)由于吊運(yùn)熔融金屬的起重機(jī)主要受力結(jié)構(gòu)件安裝有隔熱板防止主梁受到熱輻射，造成了隔熱板內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕情況往往難以發(fā)現(xiàn)。

用于金屬冶煉環(huán)境的起重機(jī)，電氣元件應(yīng)注意密封良好，有足夠的防塵性，設(shè)計(jì)上需考慮可定期清理控制柜、變頻器、電阻箱等部件的灰塵。對于有高溫?zé)彷椛涞沫h(huán)境，設(shè)計(jì)上應(yīng)選用相對耐溫等級較高的元件，或采取有效的隔熱措施遠(yuǎn)離發(fā)熱源，例如變頻器的布置應(yīng)遠(yuǎn)離制動電阻，變頻器的散熱風(fēng)扇與其他物體應(yīng)有足夠的間隔，發(fā)熱元件不應(yīng)安裝在變頻器的底部。與普通環(huán)境的起重機(jī)相比，金屬冶煉環(huán)境下的起重機(jī)應(yīng)注重防腐層的涂覆工藝，避免起重機(jī)受力結(jié)構(gòu)件在日常使用過程中過早地發(fā)生銹蝕導(dǎo)致承載能力下降。

5 結(jié)語

起重機(jī)械的預(yù)期用途，關(guān)系到起重機(jī)械能否被合理使用，實(shí)際使用條件與起重機(jī)的預(yù)期用途不一致時(shí)勢必造成其過早損壞或留下安全隱患。

1)起重機(jī)械在實(shí)際工作條件下所處的工作環(huán)境不同，在制造過程中采取有針對性的防腐涂層十分必要，可有效提高起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命[6]。同時(shí)在使用過程中通過安全保護(hù)裝置來避免金屬結(jié)構(gòu)表面遭受撞擊、磕碰。

2)電氣元件在設(shè)計(jì)上需考慮適用性，在粉塵較多的場所，需有足夠的防塵效果。在高溫場所，應(yīng)具有耐高溫或避免高溫輻射的措施，在酸霧、堿霧等場所要有足夠的耐腐蝕性等。

3)某些起重機(jī)在設(shè)計(jì)上還應(yīng)考慮日常檢查與維修時(shí)的需求，方便對相關(guān)零部件進(jìn)行更換和維護(hù)。

4)銷售人員應(yīng)盡可能地了解客戶的實(shí)際需要，在合同中明確使用條件和預(yù)期用途，使起重機(jī)在預(yù)期的使用壽命下，安全合理的運(yùn)行。