造船门式起重机安全保护系统的思考*

2013-04-17徐鹏程

机械研究与应用 2013年3期

徐鹏程

(江苏省特检院无锡分院，江苏无锡 214174)

1 造船门机事故的影响

随着船舶工业不断发展，新造船舶的吨位日趋上升，造船模式也逐渐改为大分段制造。传统的门座起重机不能完全满足这种大分段制造趋势，而大型造船门式起重机对船体分段安装和运输更具有优势。起升，平移，翻身，抬吊等多功能配合使用，极大的提高船坞(船台)使用率。但在提高生产率的同时，由于设备本身价值高，一台600t造船门机造价动辄上亿，同时也是船厂生产工艺的一个关键点，事故影响严重。因此对造船门机本身的安全保护极其重要性，笔者从设计角度出发对大型造船门机的安全保护系统做一点分析，供大家参考。

随着造船工业的发展，船厂门式起重机大型化成为趋势。而设备大型化的同时，事故产生的连锁反应影响更大。就起重机本身价值而言，造价成千上亿，而事故后重新建设周期长。超大的结构在运输、拼装、场地、吊装方面都面临种种困难。就船厂船舶生产过程来说，既定的分段工艺在缺乏大分段吊装设备情况下将陷入困境，以小分段制作代替大分段则费时费力严重影响生产效率，生产可能陷入瘫痪。就人身安全而言，因造船门机的特殊性，事故会导致人员伤亡。山东蓬莱某船厂1个600 t造船门式起重机倒塌，死亡1人;上海某船厂600 t龙门起重机两次倒塌，伤亡惨重;江苏扬州多家船厂的门式起重机被风吹跑吹倒，生产陷入困境。考虑到事故的严重性，在设计过程中对造船门式起重机可能发生的事故就有全面的考虑，但是设计也有相应考虑的前提和基础。

2 事故原因

山东蓬莱某船厂600 t造船门式起重机倒塌，经分析是刚柔腿行走偏差过大导致;上海某船厂两台600 t龙门起重机倒塌，经调查是因为所吊分段过大，不慎撞击柔性腿导致结构失稳;江苏扬州多家船厂门式起重机被风吹跑吹倒，经分析多是因为未按操作规程动作防风装置，同类的情况在浙江台州等其它一些临海地区船厂都有发生;2007年临海一造船企业贪图吊装方便而拆除高度限位器，在一次起吊过程中因过卷扬导致钢丝绳断裂，吊物坠落［1］。造船门式起重机的安全保护是相当重要的。设计时应全面考虑各种风险，并采取相应措施规避风险。使用和维护时应充分了解安全保护的设置，及相对应的风险。日常检验时也应对相应的安全保护装置进行重点检查。

3 安全保护设计的考虑

设计是整个制造、安装、使用、维护过程的基础。在某一风险的预防上，可能设置有一套保护装置，也可能根据需要同时设置几套装置，各有所重。在充分理解设计本意的前提下，对起重机安全保护在宏观上和微观上有个概念，才能正确树立安全意识。本文就大型造船门式起重机安全保护体系的设置整理如下:

(1)超载保护装置。在型式上可以有轴承座式和销轴式等。如果是销轴式，在安装时需注意销轴受力方向，合力方向应该与销轴受力敏感方向一致。在大型造船门机上，根据工况，超载保护装置一方面须保证单钩起吊重量不能超过预定值，另一方面在翻身或抬吊等需多钩联合动作的工况下，每个吊钩的起重量都不能超过相应工况下的预定值。

(2)行程保护装置。①在起升机构上配有高度限制器或者编码器，可以控制在一定起升高度进行减速、报警、中止起升等保护动作，防止过卷扬;②在行走机构上，配有行程限位。在行走的每一方向上设置3个限位，第一个减速限位，进入行程端部危险区域后触发，实现减速行驶;第二个预停止开关，触发后切断动力制动器动作;第三个停止开关，作为预停止限位失效时的备用限位。由于通常情况下行走限位安装在轨道两侧，受到风吹日晒和外物碰撞损坏的可能性非常大，因此在每次动车前，需要对限位开关进行检查，确保能顺利动作;③在轨道端部，为了避免3个限位全部失效，或者防风装置未按规定动作，大风吹跑整机或小车的极端情况，都设置有端部止挡装置。但是通常情况下，端部止挡设计时的考虑都基于一定的行走速度。在暴风情况下，整机如果防风不力，运行速度超过设计值，很大可能会产生倾覆等事故。

(3)抗风抗滑装置。①行走电机本身有制动功能，但是考虑到正常使用时制动的平稳性，避免急刹现象。因此调试时，制动力矩设置会相对比较小;②铁靴。简单易行，在起重机使用完毕后，塞在车轮下，行走的两个方向一般都塞上;③夹轨器。夹轨器最大夹持力是考虑非工作状态风速下，上下小车停在预定位置时计算获取。因此在起重机使用完毕后，必须将上下小车行驶到预定位置固定，夹轨器才能起到应有的作用，避免在大风时一侧夹轨器夹持力不足而引起事故;④锚定装置，在起重机使用完毕后，行驶到锚定位置锚定。锚定装置通常情况下并没有考虑暴风工况，设计极限风速通常对应非工作状态风速。设计考虑小车迎风面积大小的因素，下小车可能没有设置锚定装置，但仍需要停到预定位置;⑤防风拉索装置，在起重机使用完毕后按设计规定操作;⑥锚固装置，在即将起暴风前，必须将起重机行驶到规定位置锚固。锚定和锚固一般设置在轨道同一位段。上述的六种装置设计上可能不会全部设置，但是在某些恶劣情况下需要按规定多套同时使用。由于船厂大多位于近海近江，而造船门式起重机体型大高度高，受到风载的影响不容忽视。很多造船门机事故起因就是抗风防滑不到位。理解设计思路，按设计思路使用操作才能确保安全。

(4)行走纠偏装置。①纠偏轮或者在行走电机上配备编码器，用以检测两侧行程的相对量;②行程位置监测装置，设在行走台车和地面之间，用以检测起重机刚性腿和柔性腿在行走过程中的绝对误差，来修正由于检测轮打滑等各种因素引起的偏差;③柔性铰纠偏装置，举例某套监测装置由四个限位开关和绝对值编码器组成，用以检测主梁和柔性腿之间的转角。四个限位开关分别作为左右偏差的极限和超限。当检测轮上的编码器失效时，由该套装置作为纠偏的最终保护。由于造船门机刚柔腿两侧行走电机不同步，在大车行走过程中行走跑偏颇为常见。而偏差达到一定程度就会导致事故发生。山东蓬莱某船厂600t龙门起重机事故原因经过分析就是纠偏装置失效，刚柔腿两侧偏差过大导致主梁撕裂。设计上考虑一个自动纠偏点和一个手动纠偏点。偏差超过自动纠偏点，大车自动纠偏。偏差超过手动纠偏点，大车停止运行，报警并需司机手动纠偏［2］。

(5)防撞装置。当设置有两台龙门吊联合抬吊等工况时，为避免意外相撞。在两起重机对应侧设置激光防撞装置。当两车距离小于危险距离，则减速报警。

(6)最大分段防护设置。根据可能起吊最大分段的尺寸，设置当起吊大型分段时，小车进入刚柔腿端部一定范围后，进行减速并报警，提醒司机已进入危险区域，注意观察分段与刚柔腿之间距离。司机可以手动解除报警开关。由于司机室通常安装于刚性腿侧，因为视角原因，起吊分段接近柔性腿侧时与柔性腿相对位置不易观察，需要重点防范撞击风险。某厂的事故原因经调查就是分段与柔性腿相撞。

(7)小车防倾翻装置。①钩差限制设置。考虑到翻身工况，上小车通常有两套起升机构。起吊时两钩起重量不可避免的有差异，根据结构对钩差进行设置，当两钩钩差超过设计允许值，相应起升机构只能向有利方向动作;②安全钩。作为小车倾翻时的保护装置。通常情况下，防倾翻装置只在有双钩的上小车上安装。

(8)轨道清理装置。为避免行走过程中轨道异物的干扰，通常设置有扫轨板。

(9)航空警示及风速仪。按规定设置航空警示灯，风速仪。风速仪可以与气象预报联合使用。设计上规定了不同风速下，起重机的使用情况。如果气象预报将有暴风，则需要提前将起重机按规定固定。