門式起重機(jī)常見故障及防范策略研究

汪亞南

摘 ?要：該文主要以某油田企業(yè)通用門式起重機(jī)為例，基于FMEA分析工具對(duì)門式起重機(jī)的故障模式進(jìn)行分析，然后有針對(duì)性地提出故障防范措施，可有效提升門式起重機(jī)安全管理和故障預(yù)防效率。文中引入風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)這一概念，對(duì)某一固定時(shí)間內(nèi)起重機(jī)發(fā)生故障的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，整理出各個(gè)故障的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，在此基礎(chǔ)上建立主要故障模式，對(duì)故障發(fā)生后果的嚴(yán)重性、發(fā)生的可能性和可檢測(cè)性進(jìn)行定量分析。利用故障模式分析，可將起重機(jī)故障進(jìn)行量化管理，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)和管控風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高的故障模式，然后有針對(duì)性地進(jìn)行工藝改進(jìn)和維修保障，最大程度地降低起重機(jī)故障發(fā)生頻率，為企業(yè)高效生產(chǎn)提供基礎(chǔ)保障。

關(guān)鍵詞：門式起重機(jī)；風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)；故障模式；FMEA；安全管理

中圖分類號(hào)：TH213.5 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2024）18-0161-04

Abstract： Taking a general-purpose gantry crane in an oil field enterprise as an example， this paper analyzes the fault mode of gantry crane based on FMEA analysis tool， and then puts forward fault prevention measures， which can effectively improve the efficiency of safety management and fault prevention of gantry crane. In this paper， the concept of risk coefficient is introduced， the number of crane failures in a fixed time is counted， the risk coefficients of each fault are sorted out， and on this basis， the main fault modes are established. The seriousness， possibility and detectability of the consequences of the fault are quantitatively analyzed. Using the fault mode analysis， the crane fault can be quantitatively managed， focusing on monitoring and controlling the fault mode with high risk coefficient， and then targeted process improvement and maintenance guarantee can be carried out to reduce the crane failure frequency to the maximum extent， so as to provide basic guarantee for efficient production of enterprises.

Keywords： gantry crane; risk coefficient; failure mode; FMEA; safety management

為了改進(jìn)起重機(jī)故障維修效率，提高企業(yè)生產(chǎn)和設(shè)備管理水平，可采用故障模式與影響分析（FMEA）方法。FMEA方法主要是在數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)上，建立故障模式分析表格，然后以估算的形式得到各個(gè)故障的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，從而有針對(duì)性地進(jìn)行維修。該文以某油田企業(yè)使用的門式起重機(jī)為例，對(duì)企業(yè)中使用的起重機(jī)在某一固定時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的模式、故障的原因、故障的頻次以及嚴(yán)重度等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先度計(jì)算，通過計(jì)算結(jié)果可清晰地呈現(xiàn)出各種故障的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，然后根據(jù)生產(chǎn)需求決定維修時(shí)間和先后順序。這種故障維修模式，可提前發(fā)現(xiàn)起重機(jī)隱藏的故障模式，并且能夠?qū)⒐收夏Ｊ竭M(jìn)行可視化和定量化展現(xiàn)，對(duì)提升起重機(jī)故障維修效率具有重要意義。

1 ?門式起重機(jī)故障維修的必要性

門式起重機(jī)即常說的“龍門吊”，整體結(jié)構(gòu)類似于門框架，主要用于室外貨場(chǎng)、料場(chǎng)貨場(chǎng)、散貨的裝卸轉(zhuǎn)運(yùn)工作，作業(yè)范圍大，通用性和適應(yīng)性強(qiáng)。起重機(jī)的應(yīng)用有效提升了作業(yè)效率，但是由于起重機(jī)工作環(huán)境相對(duì)比較惡劣，如果在長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度的工作負(fù)荷下，容易增加故障的發(fā)生頻率。一旦發(fā)生故障，不僅會(huì)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度產(chǎn)生影響，而且可能造成人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，所以要做好起重機(jī)的故障維修管理，提高生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性。從經(jīng)濟(jì)性和可靠性的角度出發(fā)，選擇科學(xué)合理的檢維修模式，可減少起重機(jī)發(fā)生故障的頻次和時(shí)間，降低頻繁啟停機(jī)造成的經(jīng)濟(jì)損失[1]。每年由國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局對(duì)外公布的特種設(shè)備安全通告中，都會(huì)對(duì)特種設(shè)備的事故次數(shù)以及造成的人員死亡進(jìn)行公布，其中起重機(jī)械設(shè)備的事故次數(shù)和死亡人數(shù)占比較大，所以對(duì)起重機(jī)械進(jìn)行故障模式分析具有重要意義，對(duì)2020—2022年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖1、圖2所示。

2 ?某油田企業(yè)通用門式起重機(jī)的常見故障及處理措施

某油田企業(yè)主要應(yīng)用門式起重機(jī)進(jìn)行油管、推油桿修復(fù)及大型設(shè)備吊裝等作業(yè)，由于起重機(jī)作業(yè)環(huán)境惡劣，服役年限較長(zhǎng)，所以故障較多，在油田生產(chǎn)中存在安全隱患。根據(jù)檢驗(yàn)檢測(cè)和維修保養(yǎng)記錄等歷史數(shù)據(jù)，可對(duì)起重機(jī)的故障種類、分布位置、故障原因進(jìn)行總結(jié)，為企業(yè)的設(shè)備維修保障工作提供參考依據(jù)。下面主要以減速機(jī)故障為例進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2.1 ?減速器漏油

減速器箱內(nèi)壓力大是漏油的主要原因，在密閉的箱體內(nèi)，齒輪嚙合摩擦?xí)a(chǎn)生大量熱量，由此導(dǎo)致箱內(nèi)壓力增加，在密封效果不佳的情況下，箱體內(nèi)壁就會(huì)有潤(rùn)滑油滲出，從而發(fā)生漏油。減速器沒有設(shè)計(jì)通風(fēng)罩會(huì)導(dǎo)致箱內(nèi)壓力不均，在壓力增加的情況下也會(huì)漏油。油封失效、膠圈或者氈墊老化，都會(huì)影響到密封效果，從而出現(xiàn)漏油。

為了防止減速器漏油，可選擇容易拆卸、開口式的密封圈壓蓋結(jié)構(gòu)?？稍跍p速器底座和箱面位置設(shè)計(jì)環(huán)形油槽，在油槽不同位置設(shè)置回油孔?？刂谱⒂土浚瑢⒂兔嫖恢每刂圃跈z視孔1/3～2/3處。加強(qiáng)對(duì)油封、膠圈、氈墊的檢查，做好維護(hù)保養(yǎng)，及時(shí)更換失效元件，定期清理呼吸閥[2]。

2.2 ?軸承噪聲或過熱

加速器軸承出現(xiàn)噪聲或者過熱的原因可能是缺少潤(rùn)滑油所致，潤(rùn)滑油添加量不足或者在減速器運(yùn)行過程中出現(xiàn)漏油，因?yàn)橛鸵焊叨炔蛔銓?dǎo)致噪聲或者過熱。軸承在長(zhǎng)時(shí)間使用后，由于磨損、變形或者位置發(fā)生移動(dòng)，也可能出現(xiàn)噪聲或者過熱。

針對(duì)軸承噪聲和過熱的問題，可以檢查潤(rùn)滑油的油面位置，如果油量不足要及時(shí)注入潤(rùn)滑油，并且檢查是否存在漏油現(xiàn)象。定期檢查軸承及相連接部件，看是否有磨損、變形和移位現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)維修。在選擇軸承時(shí)，要重點(diǎn)關(guān)注軸承保持架的材料和結(jié)構(gòu)，盡量選擇銅合金、鋁合金材料，以實(shí)體結(jié)構(gòu)為最佳。如果需要更換軸承內(nèi)套和外套，盡量選擇原廠搭配使用，避免使用不同廠家部件。

2.3 ?油溫過高

油溫過高大多是因?yàn)闈?rùn)滑油自身原因所致，潤(rùn)滑油質(zhì)量不合格，潤(rùn)滑油使用時(shí)間較長(zhǎng)，潤(rùn)滑油加注量過多，都會(huì)造成油溫太高。起重機(jī)在運(yùn)行過程中，減速器表面覆蓋的灰塵或者雜物太多而沒有定期清理，減速器散熱不好也會(huì)導(dǎo)致油溫過高。冷卻裝置內(nèi)部管路沒有定期清理而堵塞，從而導(dǎo)致油溫過高。

對(duì)于油溫過高問題的處理措施，要定期檢查潤(rùn)滑油的質(zhì)量，可以使用油液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)油液變質(zhì)及時(shí)更換，控制好油位高度。定期清理減速器表面的灰塵和雜物，保證減速器的散熱性能。及時(shí)清理冷卻裝置內(nèi)部管路，保證管路的暢通。

3 ?某油田企業(yè)門式起重機(jī)發(fā)生故障分析

3.1 ?故障類型和停機(jī)次數(shù)

對(duì)門式起重機(jī)的故障類型、故障原因和產(chǎn)生影響進(jìn)行分析，可為制定巡檢周期和檢測(cè)維修方案提供參考依據(jù)。不同的故障類型所產(chǎn)生的后果不同，因故障而造成停機(jī)停產(chǎn)，不僅需要投入維修成本，而且還會(huì)耽誤生產(chǎn)進(jìn)度，對(duì)企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失。下面以某油田企業(yè)使用的8臺(tái)門式起重機(jī)在2021—2022年發(fā)生的故障為例，對(duì)其故障類型、故障導(dǎo)致的停機(jī)次數(shù)及發(fā)生故障但未停機(jī)次數(shù)進(jìn)行匯總。數(shù)據(jù)來源主要從在用的8臺(tái)起重機(jī)技術(shù)檔案中獲取，這8臺(tái)門式起重機(jī)使用年限均已超過15 a，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

3.2 ?故障停產(chǎn)時(shí)長(zhǎng)和總損失時(shí)間

通過表1可看出不同故障類型所產(chǎn)生的停機(jī)次數(shù)，每次停機(jī)都會(huì)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)造成一定的影響。為了給起重機(jī)故障維修提供更加全面的參考依據(jù)，結(jié)合起重機(jī)發(fā)生故障后廠家的維修保養(yǎng)記錄，對(duì)停機(jī)造成的停產(chǎn)時(shí)間和總損失時(shí)間進(jìn)行匯總。

由圖3可知，金屬結(jié)構(gòu)故障造成的平均故障停產(chǎn)時(shí)間和總損失時(shí)間最長(zhǎng)，在故障維修策略中應(yīng)該重點(diǎn)加強(qiáng)質(zhì)量安全檢查。安全防護(hù)裝置發(fā)生的停產(chǎn)次數(shù)較多，應(yīng)該加強(qiáng)檢修保養(yǎng)。電氣控制系統(tǒng)故障雖未造成停機(jī)，平均故障停產(chǎn)時(shí)間較短，但是故障次數(shù)較多，在起重機(jī)運(yùn)行過程中仍然存在較高的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該引起重視。

4 ?故障模式的計(jì)分標(biāo)準(zhǔn)

計(jì)分標(biāo)準(zhǔn)是計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)的重要指標(biāo)，主要包括門式起重機(jī)發(fā)生故障后造成影響的嚴(yán)重程度，故障發(fā)生的可能性，故障能被檢測(cè)的難易程度，根據(jù)門式起重機(jī)技術(shù)安全檔案、維保記錄和檢維修情況等資料，結(jié)合相應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，通過定性描述的方式為每項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行賦值，作為風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)計(jì)算的參考依據(jù)。比如對(duì)故障模式影響嚴(yán)重度進(jìn)行計(jì)分，起重機(jī)發(fā)生故障后并未導(dǎo)致設(shè)備停產(chǎn)，起重機(jī)可以正常運(yùn)行且完成生產(chǎn)任務(wù)，正常停機(jī)后可迅速完成檢修，無人員和設(shè)備損失，可賦值1分。如果起重機(jī)發(fā)生故障后導(dǎo)致設(shè)備停產(chǎn)，需要較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行維修，短時(shí)間內(nèi)無法恢復(fù)正常生產(chǎn)，未造成人員傷亡，但是經(jīng)濟(jì)損失較大，則可根據(jù)實(shí)際情況賦值4/5/6分。對(duì)于故障發(fā)生的可能性和故障能被檢測(cè)的難易程度同此道理[3]。

5 ?門式起重機(jī)的FMEA分析和結(jié)果

FMEA主要是對(duì)門式起重機(jī)的故障模式進(jìn)行分析，研究出發(fā)生故障的原因，然后創(chuàng)建故障模式分析表格，再通過計(jì)算得出每種元件發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，以此作為故障維修對(duì)象、時(shí)間和順序的依據(jù)。風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)是利用FMEA工具對(duì)門式起重機(jī)創(chuàng)建故障模式的重要依據(jù)，其中包括發(fā)生故障后影響的嚴(yán)重度，故障發(fā)生的可能性和故障能被檢測(cè)的難易程度，通過對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的賦值，可計(jì)算出每個(gè)元件發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)[4]。對(duì)某油田企業(yè)8臺(tái)在用門式起重機(jī)的使用情況進(jìn)行分析，結(jié)合各種技術(shù)資料中的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)組織專家對(duì)相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行打分，計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，可為企業(yè)對(duì)起重機(jī)的故障維修和預(yù)防提供參考依據(jù)。下面主要對(duì)8臺(tái)門式起重機(jī)部分元件的故障風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（RPN）進(jìn)行計(jì)算分析，見表2。

在表2中，列舉了某油田企業(yè)門式起重機(jī)部分元件的故障模式、故障影響和改進(jìn)前的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，然后給出了整改方案和前期預(yù)防措施，最后列出了改進(jìn)后的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。從改進(jìn)前、改進(jìn)后的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)對(duì)比可以看出，改進(jìn)后的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)明顯降低。對(duì)于改進(jìn)前風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)超過300的故障中，通過整改方案和前期預(yù)防工作，雖然無法改變故障發(fā)生的嚴(yán)重程度，但是可顯著降低故障的發(fā)生頻率，從而降低風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。企業(yè)可以根據(jù)故障模式分析表格，將風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)超過300的故障模式篩選出來，將其納入故障維修防范的重點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)該類故障的維修保養(yǎng)投入，切實(shí)降低因故障造成的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

6 ?防范策略

6.1 ?加強(qiáng)對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)故障模式的維修保障

基于FMEA工具對(duì)門式起重機(jī)制定的故障模式分析表格，可以詳細(xì)了解到每個(gè)型號(hào)的起重機(jī)每個(gè)組成元件存在的故障風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，然后從風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)的角度出發(fā)，有針對(duì)性地開展故障維修防范工作。由于企業(yè)中所使用的起重機(jī)數(shù)量較多，投產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，工作量較為繁重，各子系統(tǒng)和元件故障模式的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)不一。為提高故障維修效率，可將風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)超過300的故障模式作為重點(diǎn)防范對(duì)象，比如電動(dòng)機(jī)防護(hù)殼帶電故障，制動(dòng)器制動(dòng)輪滑出故障，鋼絲繩斷股故障等，將其列入重點(diǎn)防范內(nèi)容，加強(qiáng)對(duì)這些部件的日常維修保養(yǎng)，降低故障的發(fā)生頻次[5]。以風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)為參照依據(jù)制定維修計(jì)劃和防范策略，根據(jù)優(yōu)先級(jí)關(guān)系開展故障維修和優(yōu)化改造，可有效降低故障發(fā)生頻次和風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，為企業(yè)安全生產(chǎn)提供基礎(chǔ)保障。

6.2 ?前期防范策略

從全壽命周期管理的角度出發(fā)，為了保障起重機(jī)的安全高效運(yùn)行，應(yīng)該將故障防范機(jī)制貫穿于起重機(jī)設(shè)計(jì)使用的始末。在起重機(jī)出廠設(shè)計(jì)和采購(gòu)招標(biāo)階段，可邀請(qǐng)行業(yè)內(nèi)專家和技術(shù)骨干人員對(duì)擬采購(gòu)的起重機(jī)進(jìn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性和保養(yǎng)運(yùn)行等方面的識(shí)別論證，選擇維修保養(yǎng)成本低、本質(zhì)安全和質(zhì)量過硬的起重機(jī)。對(duì)起重機(jī)安裝、調(diào)試、驗(yàn)收和投產(chǎn)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督管理，每個(gè)步驟都嚴(yán)格按照規(guī)范要求操作，確保起重機(jī)在正式投入使用前各項(xiàng)指標(biāo)都能夠達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在起重機(jī)正式投入使用前，要加強(qiáng)對(duì)管理人員、技能操作人員進(jìn)行全面的培訓(xùn)，技術(shù)操作人員要掌握起重機(jī)的主要功能和使用維護(hù)方法，對(duì)操作人員進(jìn)行崗前教育，提前做好安全防范工作。

6.3 ?使用過程防范策略

在起重機(jī)使用過程中，要建立完善的設(shè)備維護(hù)管理制度，根據(jù)起重機(jī)的作業(yè)環(huán)境、運(yùn)行荷載、使用時(shí)長(zhǎng)等，制定相應(yīng)的檢維修方案?？蓪?shí)行定人、定機(jī)、定崗制度，作業(yè)人員必須取得特種設(shè)備作業(yè)人員資格證，經(jīng)過培訓(xùn)后持證上崗?？筛鶕?jù)FMEA工具制定的故障模式分析表格，有針對(duì)性地進(jìn)行故障防范，對(duì)于起重機(jī)在每個(gè)階段容易出現(xiàn)的故障問題，提前做好防范措施，尤其是對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高的部位，要加強(qiáng)維護(hù)管理。通過防范措施的干預(yù)，降低部件的故障發(fā)生率。在維修保障工作中，要善于使用先進(jìn)的故障診斷和在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，利用先進(jìn)的設(shè)備對(duì)起重機(jī)的元件進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障隱患，及時(shí)采取維修措施，避免故障的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化維修保障[6]。建立設(shè)備維修保障信息化管理系統(tǒng)，發(fā)揮大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)起重設(shè)備的信息化管理，提高維修保障工作效率。

6.4 ?故障發(fā)生后的防范策略

起重機(jī)發(fā)生故障后，可能威脅到人身安全和企業(yè)財(cái)產(chǎn)安全，為了避免或者降低因故障造成的損失，要建立完善的應(yīng)急處理預(yù)案，對(duì)起重機(jī)故障進(jìn)行高效處理。首先是做好現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急管理，比如在起重機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)吊物墜落或者減速器故障等，現(xiàn)場(chǎng)人員要將情況上報(bào)給相關(guān)部門，同時(shí)切斷設(shè)備電源，做好安全防護(hù)措施后進(jìn)行前期處理，避免事故擴(kuò)大化。維修保障部門還要做好備件管理，確保維修工作的順利進(jìn)行。在故障排除后，要進(jìn)行空載和載重試驗(yàn)，確保合格后再投入使用。故障處理完成后將整個(gè)過程整理成資料，為技術(shù)改進(jìn)和故障維修保障提供參考。

7 ?結(jié)束語

基于FMEA工具對(duì)門式起重機(jī)進(jìn)行故障維修，可利用風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)確定主要的故障模式，然后企業(yè)根據(jù)故障模式合理安排維修計(jì)劃，確定維修優(yōu)先級(jí)，降低起重機(jī)故障發(fā)生頻次，為安全生產(chǎn)提供基礎(chǔ)保障。利用FMEA工具對(duì)起重機(jī)進(jìn)行故障維修預(yù)防，需要依靠大量的數(shù)據(jù)支持，所以企業(yè)還需要加強(qiáng)信息化建設(shè)和管理，投入一定的人力，對(duì)起重機(jī)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行收集整理，加強(qiáng)對(duì)起重機(jī)工作原理和故障模式的研究，提升FMEA的利用效率，優(yōu)化風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)的賦值方式，為企業(yè)對(duì)起重機(jī)的故障維修提供更好的服務(wù)。

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