塔机安全问题分析及超龄塔机的安全评估与检测

王凯

[摘 要]针对塔式起重机存在的作业安全问题，从产品设计、安全监控技术发展趋势等方面进行探讨，指出应在塔式起重机的设计环节加强安全性设计，减少安全隐患；阐述塔式起重机安全监控系统的国内外发展现状，总结发展趋势和方向。参照行业标准对在用超龄塔机安全评估检测关键项目进行总结并提出建议，为塔式起重机产品的设计者选择相对安全的设计方案，以及建筑生产监督者、 管理者和操作者选择科学适用的塔机安检方案提供参考依据。

[关键词]塔式起重机；安全；超龄；检测；监控

中图分类号：TH213.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0064-01

1 塔机设计中的安全问题

1.1 设计寿命问题

到目前为止，大多数的产品使用说明书对塔机的设计寿命都未加以明确。虽然目前国家没有确定塔机的强制报废年限，但JGJ/T 189—2009《建筑起重机械安全评估技术规程》 对各类塔机需进行安全评估的年限都作了详细规定，所以塔机的使用说明书中也应明确规定本机的设计寿命并对安全评估年限做出提醒，以供使用者参考。如果使用者不了解這些，就会出现塔机到期不查或者使用了二、三十年甚至更长时间还在继续使用的情况，这会大大增加塔机安全事故发生的可能性。

1.2 安全保护装置问题

2006年颁布的GB 5144—2006《塔式起重机安全规程》对安全保护装置的功能要求作了详细规定，并强制要求作业中的塔机上必须安装安全监控保护装置。 即便如此，塔机的安全事故发生率还是居高不下，其主要原因有：

1）保护措施功能不够齐全。仅有力矩限位和荷载限制功能，对于工作在高层及超高层建筑的塔机来讲是远远不够的。诸如塔机的回转角度、幅度、 起升瞬间加速度和风速等外部环境因素和运行状态参数对塔机安全性能的影响是非常大的，这些参数的异常足以引起塔机事故的发生。但是很多塔机不具备对这些不正常运行数据的管理和监控功能，导致很多场合下工作人员操作不当或强行在恶劣的环境下操作塔机，从而引发事故。

2）监控系统仅限于塔机群小范围的监控，对大范围或是不同区域的塔机进行实时监测、 管理、 综合判断则无能为力。因此，设计人员在进行新产品开发时，要对这些问题给予高度重视，应考虑在塔机中加入更加智能化的监控系统，使其具有记录不正常数据、 远程监控塔机群、 对塔机进行实时定位等功能，这些功能对于提高塔机的安全性和可靠性意义重大。

1.3 设计成本与产品质量的平衡问题

成本和质量在现实中总是存在不可避免的反比关系。很多设计者在开发产品时，出于对企业经济效益的考虑，会降低对钢材的性能要求，造成产品质量存在隐患。另外，还有一些企业对生产过程的监督管理不完善，导致部分构件焊接质量差，致使整机质量大打折扣。安全评估部门在对新制造的塔机进行检测过程中就发现，不少型号的塔机设计刚度和强度都只是刚好满足国家标准，产品可靠性不高。

1.4 塔机结构和部件的选型问题

塔机的整机结构也应严格按照相关原则设计，任何随意更改都可能带来安全隐患。例如，有些厂家为了满足客户要求，无视设计准则要求，随意改变塔机的臂长，改变支撑的形式，实际上这些改动都会加剧塔身的摇摆，降低塔机的稳定性。

此外，在某些部件的选型问题上，也应引起设计人员足够的关注，确保采用合理可靠的结构型式，例如：

1）很多型号的塔机采用的是三位一体（即力矩、 重量、 幅度三限位于一体）的限位装置，这种限位装置采用自行车用的刹车钢丝绳来测量结构的负载变形，这种结构虽构思新颖，但经验证发现其很容易因损坏而失效；

2）不少塔机的起重量限制器只控制最大起重量，不能控制各挡速度下的载荷，这样极易导致电机因超载而烧坏；

3）某些塔机常采用的依靠自锁制动的蜗轮蜗杆装置，也被证明在实际使用中并不可靠。其主要原因是：刚出厂时，蜗轮蜗杆没有磨损，能起自锁作用，但使用一段时间后由于磨损严重，同时塔臂在空载或吊载时都有一定的斜度，这就使得小车变幅机构在断电后仍然因惯性向较低方向滑行而造成事故；

4）多数塔机选用的钢丝绳过渡滑轮直径太小，导致钢丝绳因弯曲半径过小而易损坏，这也是造成钢丝绳寿命缩短的主要原因之一；

5）滑轮选用材质不耐磨导致滑轮更换频繁。

2 超龄塔机的安全评估与检测

2.1 结构件锈蚀与磨损检测

锈蚀与磨损是塔机各个结构件在多次使用后出现的正常现象，也是对长期服役机器的必检项目。检测时必须将塔机全部解体，可以先进行外观检查并测量其损伤程度，对各易损件应按其各自允许的极限磨损值和相应损坏标准作出处理，或修复或报废。处理的原则应当从以下几方面考虑，即：对整机的使用功能的影响，对工作效率的影响，对安全和环境保护的影响，对零件强度的影响，以及零件是否达到或接近急剧磨损的阶段。

2.2 结构件裂纹检测

金属疲劳裂纹是由于金属构件长时间承受交变荷载的作用，被交变应力所屈服而形成的。从众多的事故分析和相关人员的经验来看，塔机的疲劳裂纹多发生在这样几个区域：结构承受应力集中区、构件变截面区、承受应力薄弱部位、金属硬度高而截面小的构件以及焊缝与母材熔合线之间。其产生最初是金属表面局部出现点状疏松，随着使用时间的延长和交变应力的作用，点状疏松渐渐演变成细微裂纹，裂纹首先是从金属表面开始，渐渐变长并且向金属的深度扩展，在这一变化过程中，裂纹的长度和深度变化大，而裂纹宽度变化却很小，因此，人的眼睛难以发现。裂纹渐渐加深，金属构件截面渐渐减小，当截面承受最大拉应力小于荷载拉应力时就会发生突然脆性断裂。

根据塔机的结构和工作情况的特点，塔机的探伤检测较常使用的设备是磁粉探伤仪和超声波探伤仪，其中磁粉探伤仪使用时间较长，技术也较为完善。

2.3 结构件变形检测

超龄塔机结构件变形主要包括钢结构长期承受载荷后残存的变形和受超载载荷作用造成的变形。该项检测主要是用直线规、经纬仪、卷尺等器具进行测量，得出直线度等形位偏差。检测重点主要集中在塔身节主弦杆直线度偏差、对角线偏差、塔身垂直度；起重臂、平衡臂、塔帽、顶升套架主弦杆直线度偏差等。

2.4 销轴和轴孔磨损及变形检测销轴和轴孔作为塔机结构件主要连接件，一旦发生断裂失效，可以直接导致严重事故。JGJ/T189—2009《建筑起重机械安全评估技术规程》中对销轴和轴孔的直径磨损变形量的判别标准最为严格，要求不得大于3%。检测重点主要集中在起重臂、平衡臂臂架节间及其根部连接、拉杆连接、塔帽根部连接等经常承受动载荷的部位。

2.5 主要零部件、安全装置、电气系统及防护设施的检查与检测

检测应包括下列内容：1）主要零部件包括制动器、联轴节、卷筒与滑轮、钢丝绳、吊钩组等；2）安全装置包括各类安全限位开关与挡板、小车断绳保护装置、动臂变幅防臂架后翻装置、小车防坠落装置、缓冲器、扫轨板、抗风防滑装置、钢丝绳防脱装置等；3）电气系统包括电气控制箱、电缆线、电气元件等；4）防护设施包括走道、工作平台、栏杆、扶梯等。此外，还应注意经常检查塔机液压系统的可靠性。

3 结束语

塔机是建筑施工必不可少的机械装备，如何科学可靠地对塔机进行安全性评定并给予改造建议，一直是塔机业内广泛关注的话题。除了严格执行《塔式起重机安全规程》和《建筑起重机械安全评估技术规程》等国家和行业标准之外，此类工作的入手点和方法还很多，本文着重阐述了塔机产品设计中应注意的安全问题和在用超龄塔机质量检测关键项目，并从有效提高塔机安全性能的角度提出了开发新型安全监控系统的重要性，介绍了未来的发展方向。

参考文献

[1] 刘晓胜，周进，孙建，张良.塔机监控与安全保护系统及关键技术[J].建筑机械.2010（19）.