安全監(jiān)控管理系統(tǒng)在一起起重機(jī)事故分析中的應(yīng)用

雷紹群

摘要：全監(jiān)控管理系統(tǒng)可記錄存儲運(yùn)行參數(shù)、安全狀態(tài)、視頻等內(nèi)容，大型起重機(jī)械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)除了可以提高起重機(jī)械的安全系數(shù)，還有助于對起重機(jī)械事故或故障進(jìn)行分析。文中通過分析一起造船門式起重機(jī)事故，得出安全監(jiān)控管理系統(tǒng)可提高分析事故原因的效率和準(zhǔn)確率的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：安全監(jiān)控管理系統(tǒng);起重機(jī)械;事故分析

Application of Safety Monitoring Systems in the Analysis of A Shipbuilding Gantry Crane Accident

LEI? Shao-Qun

（Fujian Special Equipment Inspection and Research Institute， Fuzhou 350008， Fijian， China）

Abstract：? The safety monitoring system can record and store the operation parameters， safety status， video and other contents. The installation of safety monitoring system for large hoisting machinery can not only improve the safety factor of hoisting machinery， but also help to analyze the accidents or faults of hoisting machinery. Through the analysis of a shipbuilding gantry crane accident， it can be seen that the safety monitoring system can improve the efficiency and accuracy of the analysis of accident causes.

Key Words： Safety monitoring system; Hoisting machinery; Accident; analysis

1 引言

起重機(jī)械作為吊運(yùn)物料的重要工具，在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用日趨廣泛，隨著科技和經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，逐步朝著大型化、自動化發(fā)展，其數(shù)量也逐漸增多[1]。起重機(jī)械具有較大危險性，因此被列入特種設(shè)備來進(jìn)行監(jiān)管。據(jù)統(tǒng)計，起重機(jī)械事故率一直位于八大類特種設(shè)備之首[2]，如何保障起重機(jī)械運(yùn)行安全、降低起重機(jī)械事故率是我國特種設(shè)備監(jiān)管重點(diǎn)。

國務(wù)院于2010年在《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)工作的通知》中，明確要求大型起重機(jī)械要安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，從此拉開大型起重機(jī)械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的序幕。起重機(jī)械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)除了可以保障起重機(jī)械運(yùn)行時的安全，還能記錄存儲起重機(jī)械運(yùn)行參數(shù)和安全狀態(tài)，在起重機(jī)械發(fā)生事故后，運(yùn)行參數(shù)和安全狀態(tài)可回放、可追溯，有助于準(zhǔn)確快速分析事故原因，有針對性地采取相應(yīng)的預(yù)防和改進(jìn)措施，避免和減少起重機(jī)械事故的發(fā)生。

2? 起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)介紹

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 28264-2017《起重機(jī)械? 安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》的定義，安全監(jiān)控管理系統(tǒng)是指對起重機(jī)械工作過程進(jìn)行監(jiān)控，能夠?qū)χ匾\(yùn)行參數(shù)和安全狀態(tài)進(jìn)行記錄并管理的系統(tǒng)。一個完整的安全監(jiān)控管理系統(tǒng)包括信息采集單元、信息處理單元、信息存儲單元、信息顯示單元、控制輸出單元、信息輸出接口單元等[3]。造船門式起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)監(jiān)控的內(nèi)容有：（1）運(yùn)行參數(shù)：起重量、起升高度、運(yùn)行行程、大車運(yùn)行偏斜、風(fēng)速、操作指令、工作時間、累計工作時間、工作循環(huán)。（2）安全狀態(tài)：起升機(jī)構(gòu)制動器的開閉、抗風(fēng)防滑、門聯(lián)鎖保護(hù)、機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)行聯(lián)鎖保護(hù)、同一或不同一軌道運(yùn)行機(jī)構(gòu)安全信號、供電電纜卷筒、超速保護(hù)。（3）視頻監(jiān)視點(diǎn)：吊點(diǎn)、行走區(qū)域。

從2010年開始，大型起重機(jī)械安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的工作一直在逐步推進(jìn)，特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSG Q7016-2016《起重機(jī)械安裝改造重大修理監(jiān)督檢驗規(guī)則》，明確了安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的大型起重機(jī)械的目錄，并要求自2016年7月1日起，所有新制造的大型起重機(jī)械必須安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)[4]。特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSG Q7015-2016《起重機(jī)械定期檢驗規(guī)則》要求，在用的大型起重機(jī)械在2018年1月1日之后的第一個定期檢驗日期之前，必須安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)[5]。截至2019年12月31日，在目錄中的大型起重機(jī)械應(yīng)全部完成安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的安裝。

根據(jù)安全技術(shù)規(guī)范的要求，造船門式起重機(jī)無論其參數(shù)大小，全部都需安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)。就目前的造船門式起重機(jī)而言，有的在出廠時就已安裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，有的則是在投入使用后加裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)。

3安全監(jiān)控管理系統(tǒng)在事故分析中的應(yīng)用

3.1 事故概況

2019年10月12日，某造船廠發(fā)生一起造船門式起重機(jī)下小車主鉤溜鉤事故，所幸起升高度較小，未造成較大損失和人員傷亡。經(jīng)現(xiàn)場初步勘查，事故發(fā)生后，船體分段單邊著地，下小車主鉤落于地面，鋼絲繩完全松馳。上小車雙主鉤吊住船體分段另一邊，懸在空中。上小車雙主鉤的傳動系統(tǒng)未見異常，制動器未見異常。下小車主鉤的傳動系統(tǒng)出現(xiàn)問題，高速軸在減速箱和制動器間斷裂，制動器脫離安裝位置，完全解體（見圖1），制動輪四分五裂。高速軸斷裂處呈彎曲狀態(tài)（見圖2），位于下小車主鉤制動器旁邊的急停開關(guān)被物體撞擊破損。下小車主鉤的傳動系統(tǒng)示意圖見圖3。

3.2 起重機(jī)概況

發(fā)生事故的起重機(jī)為造船門式起重機(jī)，型號規(guī)格為：MU300（2×100+150/20）-72A5，額定起重量為300t，采用PLC控制，起升機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)全部采用變頻電機(jī)驅(qū)動。有上、下2個運(yùn)行小車，上小車有2個主鉤，其額定起重量分別為100t;下小車有1個主鉤和1個副鉤，主鉤額定起重量為150t，副鉤額定起重量為20t，主鉤裝有1個工作制動器，為盤式制動器。發(fā)生事故前，操作人員利用該造船門式起重機(jī)上小車的2個主鉤和下小車的1個主鉤聯(lián)合抬吊船體分段。

3.3 安全監(jiān)控管理系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容

該造船門式起重機(jī)投入使用的時間是2012年1月，于2017年12月加裝了安全監(jiān)控管理系統(tǒng)。為更好地分析事故發(fā)生經(jīng)過和原因，調(diào)取了事故發(fā)生時間段的有關(guān)監(jiān)控內(nèi)容，并對有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)化、分析。

與下小車主鉤有關(guān)的部分監(jiān)控內(nèi)容見表1，與上小車主鉤有關(guān)的部分監(jiān)控內(nèi)容見表2。上小車雙鉤均未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，因此，表2的內(nèi)容可作為參考對比之用。表中僅顯示與事故有關(guān)的部分內(nèi)容，由于零位整定關(guān)系，下小車主鉤和上小車主鉤起升高度是各自的相對值，非絕對值。原監(jiān)控內(nèi)容的時間可顯示到微秒，但由于篇幅關(guān)系，本表簡化顯示到秒。

表1序號4，操作指令在0檔時，制動器處于打開狀態(tài);表1序號5，操作指令在下降1檔時，制動器處于閉合狀態(tài)，這是因為制動器狀態(tài)是通過驗證制動臂的機(jī)械動作狀態(tài)而得的，因此有適當(dāng)?shù)难訒r。表2序號4、序號5也有同樣現(xiàn)象，這說明PLC控制邏輯和制動器動作是正確的。

3.4 事故原因分析

表1序號3的785.78m是下小車主鉤的最大高度值，隨后，下小車主鉤起升高度值逐漸變小。表1序號9下小車急停開關(guān)斷開，說明此時急停開關(guān)已被物體撞擊導(dǎo)致動作，從而也表明制動器是在此時損壞的。表1序號9，在下降3檔時，制動器狀態(tài)信號閉合，有兩個因素可導(dǎo)致制動器狀態(tài)信號閉合：一是由于下小車急停開關(guān)斷開，導(dǎo)致制動器閉合;二是由于制動器已破損，制動器狀態(tài)驗證開關(guān)恢復(fù)到常開狀態(tài)。表1序號11，下小車主鉤起重量顯示0t，說明此時下小車主鉤吊點(diǎn)側(cè)的船體分段已完全著地。從表1下小車主鉤起重量和表2上小車2鉤總起重量可知，起重機(jī)未超載。

由表1監(jiān)控內(nèi)容的分析可初步還原事故的大致發(fā)生過程：2019年10月12日，14點(diǎn)07分15秒前，下小車主鉤運(yùn)行未見異?，F(xiàn)象;14點(diǎn)07分15秒，下小車主鉤由上升2檔切換到零位檔，制動器處于打開狀態(tài)，下小車主鉤開始下滑;14點(diǎn)07分18秒，下小車主鉤下滑過程中，制動器抱閘，但主鉤還是繼續(xù)下滑;14點(diǎn)07分22秒，下小車急停開關(guān)被制動器零件碎片擊中動作，下小車主鉤繼續(xù)下滑;14點(diǎn)07分23秒，操作人員操作手柄，回到零位，但由于此時制動器損壞，高速軸斷裂，下小車主鉤不受電機(jī)和制動器約束，繼續(xù)下滑;14點(diǎn)07分25秒，船體分段單邊完全落地。監(jiān)控視頻完整記錄了船體分段的運(yùn)行過程，經(jīng)比對，監(jiān)控視頻中的事故發(fā)生過程與上述分析過程完全一致。

在本次事故中，上小車主鉤運(yùn)行正常，下小車主鉤運(yùn)行出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，上小車主鉤和下小車主鉤運(yùn)行方向?qū)Ρ惹闆r見表3。由表3可知，在14點(diǎn)07分15秒至14點(diǎn)07分19秒間，下小車和上小車的運(yùn)行方向相反，說明從14點(diǎn)07分15秒開始，下小車主鉤的運(yùn)行出現(xiàn)異常。上小車主鉤的運(yùn)行方向與操作指令一致，說明PLC控制邏輯是正確的。

對變頻器的參數(shù)設(shè)置作檢查與分析，發(fā)現(xiàn)變頻器的參數(shù)設(shè)置存在可能引起事故的隱患，如變頻器參數(shù)中制動應(yīng)答確認(rèn)采用的是內(nèi)部應(yīng)答、變頻器參數(shù)采用的運(yùn)行啟動轉(zhuǎn)矩為0%、電機(jī)停止后的勵磁保持時間設(shè)置為0秒等。

由以上分析可得出產(chǎn)生溜鉤的可能原因：下小車主鉤由上升2檔切換到零位檔時，制動器處于打開狀態(tài)，沒有制動力矩。由于變頻器參數(shù)設(shè)置引起偶發(fā)故障，導(dǎo)致電動機(jī)輸出力矩小于下小車主鉤載荷產(chǎn)生的力矩，下小車主鉤在載荷重力作用下產(chǎn)生下滑。

由以上分析可得出制動器損壞的可能原因：在下小車主鉤下滑過程中，制動器抱閘，由于此時下滑速度較快，載荷較大，且制動器制動片施加給制動輪的抱閘力不均衡，不均衡的抱閘力對旋轉(zhuǎn)的制動輪產(chǎn)生彎矩和沖擊。制動輪受彎矩和動載荷沖擊作用，導(dǎo)致破裂。破裂的制動輪碎塊在離心力作用下，四處亂飛。

由以上分析可得出高速軸斷裂的可能原因：從高速軸的斷口和外形分析可知，高速軸主要是受彎矩作用產(chǎn)生斷裂。制動器制動片對制動輪產(chǎn)生彎矩作用的同時，制動輪對高速軸也產(chǎn)生了彎矩作用。由于此時高速軸還處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，受動載沖擊作用，處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的高速軸在制動輪彎矩作用下產(chǎn)生瞬間斷裂。

4 結(jié)語

當(dāng)前，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對大型起重機(jī)械的安全性和可靠性提出了越來越高的要求。安全監(jiān)控管理系統(tǒng)不僅可以降低大型起重機(jī)械發(fā)生事故或故障的風(fēng)險，同時也有助于事故或故障的準(zhǔn)確快速分析。在利用安全監(jiān)控管理系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容分析事故或故障時，應(yīng)綜合利用運(yùn)行參數(shù)、安全狀態(tài)、視頻等內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)一分析，盡可能復(fù)原事故或故障發(fā)生過程，查找原因并有針對性地采取改進(jìn)措施，保障起重機(jī)械的安全運(yùn)行。由于引起起重機(jī)械發(fā)生事故或故障有諸多原因，安全監(jiān)控管理系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容無法面面俱到，因此必要時還應(yīng)利用其他分析手段，對事故或故障原因進(jìn)行綜合判斷。

參考文獻(xiàn)

[1]宋梁君，章明輝，程俊.一起起重機(jī)主梁折斷事故的分析[J].中國特種設(shè)備安全，2015，31（3）.

[2]陳敏，黃國建，等.故障樹分析法在起重機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用研究進(jìn)展[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2015，28（5）.

[3]起重機(jī)械 安全監(jiān)控管理系統(tǒng)：GB/T 28264-2017 [S].

[4]起重機(jī)械安裝改造重大修理監(jiān)督檢驗規(guī)則：TSG Q7016-2016[S].

[5]起重機(jī)械定期檢驗規(guī)則：TSG Q7015-2016[S].