基于现场检验的架桥机安全评估风险预判

2020-11-03范雪骐薛志钢苏文胜胡东明吉丽明

港口装卸 2020年5期

范雪骐薛志钢苏文胜巫波胡东明吉丽明

1 江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院 2 国家桥门式起重机械产品质量监督检验中心

1 引言

随着高铁的大量建设，用于高铁建设的设备架桥机也被广泛关注。架桥机的主要作用是架设高铁上起支撑作用的箱梁，其安全使用对高铁的建设起着至关重要的作用。近年来，随着架桥机的广泛应用，由于人员违规操作、违规指挥、监管不力、设备陈旧等原因造成事故频繁发生，因此学者提出了架桥机安全评估的必要性[1]。《架桥机安全规程》[2]中明确了架桥机使用达到以下条件之一要对其进行安全评估：架梁片数达到1 000孔/2 000片/3 000节，安装拆卸专场次数4次，出厂年限达到5 a。检验的内容应包括承载结构、机械系统、液压系统、电气系统、安全系统。但是在实际安全评估中，缺少安全评估的风险预判。安全评估主要的过程依次为：风险辨识、高风险项目提供检测方案、确认风险状况、提出整改措施消除或减低风险、确定最终风险等级、风险确认。风险辨识和高风险检测方案的制定是安全评估的首要任务，也是安全评估后续工作的基础。本文基于架桥现场检验的现状，结合桥式起重机检验的方法对架桥机的风险辨识进行研究，并制定了架桥机的检测方案。

2 架桥机的现状

根据架桥机作业环境的不确定性，我国研发了众多品种的架桥机，但是其工作类型大致相似，分为架梁和过孔2种工况，架桥机不同的系统协调参与，保证2个工况安全有序地进行，一旦某个系统的设备出现问题都有发生事故的风险。

2.1 承载结构

架桥机的承载结构是其他系统的支撑平台，是桥梁得以安装的支撑部件。承载结构主要由支腿、主梁、导梁结构组成。由于架桥机是露天作业，积水和腐蚀在架桥机中普遍存在，会导致主梁板的厚度减少，进而降低主梁的承载能力。此外，连接主梁、扁担梁的螺栓松动、断裂、规格不统一现象也普遍存在。小车轨道是小车行走的基础，轨道之间的缝隙较大，同时还存在轨道在连接处高低不平、小车啃轨、轨道多处拼接的现象。

通过应变测试的方法对主梁承载能力进行评价，可选择电阻式或光纤式应变传感器。某架桥机吊装应力时程曲线见图1。该架桥机的最危险工况两小车分别在前主梁和后主梁中间位置附近，此外在架梁过程中，小车移动和机构升降都比较慢，对结构应力放大作用不明显。过孔过程结构应力时程曲线见图2，在此过程中结构刚度降低，并且临时轨道较差的平整度激励结构振动，使结构表现出应力放大效应，此外还应对过孔过程中的动刚度测试，保证该响应不会降低驾驶员的舒适度，进而影响驾驶员的操作。

图1 吊装应力时程曲线

图2 过孔应力时程曲线

2.2 机械系统

机械系统主要是架桥机的传动系统。相比于桥式起重机，架桥机的流动性比较大，故销轴缺失、无效销轴、联轴器的螺栓松动等现象较为明显。部分减速机在使用过程中存在响动，可以利用振动的方法对减速机内部的早期故障进行识别，还可以通过对轴是否对中、螺栓是否松动进行诊断。此外，承托钢丝绳的托辊滚动不畅，会造成钢丝绳在托辊上磨损，磨损严重的托辊出现较深的磨痕，会严重磨损钢丝绳，降低钢丝绳的使用寿命；导线绳缺失会造成导线无法正常滑动。

2.3 液压系统

液压系统主要应用在架桥支腿的升降、控制扁担梁横移运动、安全制动器开闸等方面。漏油是架桥机液压系统普遍存在的现象，主要出现在换向阀、液压推杆、管路等部位。

2.4 电气系统

架桥机的电气系统主要作用是控制、监控各个传动系统和液压系统，是架桥机得以运转的核心。短路、过流、零位、失压等保护、联锁保护装置和急停开关在绝大多数的架桥机上都能够有效使用。但许多电控柜接地保护大多缺失，通过测试发现绝缘电阻不足。

2.5 安全系统

安全系统是保障架桥机健康运营、保护工作人员安全的重要部分。但是在实际检验过程中发现，大多数的安全监控系统处于无效状态，或者监控系统中某些监控量无法正常工作。此外，安全保护装置的传感器没有安装、安装不当或者无法正常工作的现象普遍存在，如风速传感器安装在司机室上面、安全制动器开关传感器缺失、重量传感器无法显示重量、某些止挡部件、缓冲装置缺失、使用外力将接触器强制吸合等；架桥机电动葫芦上导绳器缺失、吊钩防脱装置缺失现象也普通存在。

3 架桥机安全评估方案设计

基于以上的风险分析，结合桥式起重机的特点，制定架桥机安全评估方案，包括资料审查、整机和机械性能检测、电气系统、液压系统、安全装置、运行试验7个部分。

资料审查主要是检查设备的历史使用状况和自身的相关参数，包括制造许可证、出厂合格证、使用说明书、基本信息与资料表、主要技术参数表、使用记录、维修保养记录、事故记录等，检查以上资料信息是否齐全，记录是否完整。

整机和机械性能的检测主要是检测架桥机的整体外观和功能性检查，检验的项目包括：主要钢结构是否有可见的变形、裂纹和腐蚀；连接螺栓和销轴是否牢固和固定可靠，型号规格是否正确；主要焊接外观不得有目测可见的裂纹、孔穴、固体夹渣等缺陷；同时仔细检查焊接边缘板材有无裂纹和层间撕裂；可疑处应刮开油漆，用放大镜观察是否有裂纹等；电箱电缆要完整无破损；防护罩壳要完整且固定可靠；各机构应安装牢固无漏油，运动灵活且无卡阻；吊具包括扁担梁和吊杆，其中扁担梁结构无变形和裂纹，螺栓要型号正确且连接可靠；吊杆表面应光洁，无剥裂、毛刺、裂纹等，吊杆应利用磁粉对螺纹进行无损检测，宜用环形探头对螺纹进行探伤；滑轮结构应灵活、润滑良好，磨损量不超过GB6067.1-2010的要求；卷筒表面无裂纹，筒壁磨损量不应超过原壁厚20%，且钢丝绳缠绕无乱绳现象；观察轨道磨损、接头间隙、波浪度等。

架桥机的电气系统和桥式起重机相似，可按照《起重机定期检验规则》[3]的具体项目进行检验，包括短路保护、过流保护、零位保护、失压保护、断错相保护、整机动作警示都应具备，且功能完好；急停开关应能够在司机室和电气室内断开总电源，且急停按钮为非自复位式；架桥机动力线路导线和保护接地电路之间绝缘电阻不应小于1 MΩ；架桥机金属结构应当可靠接地。

相对于桥式起重机，液压系统是架桥机独有的，根据液压系统的使用情况和目的，从以下几个方面进行检验：液压系统应有防止过载和液压冲击的安全溢流阀，且溢流阀的调整压力不得大于系统正常工作压力的110%，不得大于液压泵的额定压力；液压系统应当有满足系统要求的过滤器或者其他防止油污染的装置；液压系统中，应有防止因物品或主梁自重等作用，使液压马达超速的措施或装置(如平衡阀)，平衡阀与油缸和液压马达应刚性连接；有相对运动的部位采用软管连接时，应当尽可能缩短软管长度，避免相互摩擦碰撞，易受到损坏的外露软管应当加保护套；系统采用蓄能器时，必须在蓄能器上或者靠近蓄能器的明显处标出安全警示标志；对于工作压力超过5 MPa或温度超过50℃，并位于架桥机操作者1 m范围之内的液压软管，应加装安全防护装置[4]。

安全装置的检验主要包括安全监控系统、安全保护装置和保护工作人员自身安全的设备和结构。安全监控系统要数据可靠，并且符合《起重机械安全监控管理系统》[5]的相关要求；起重量限制器要有效，当起重量大于最大额定起重量并小于110%额定起重量时，应停止上升方向动作，但应有下降方向动作；起升高度限位器选型要正确且有效；在架桥机整机横移和吊梁小车每个运动方向装设行程限位器；检查轨道端部是否具有缓冲器及端部止挡装置，并确定该装置是否牢固可靠；针对具有下导梁的架桥机要检查架桥机在过孔状态下，下导梁是否与桥墩进行锚定连接；架桥机应安装有抗风防滑装置，且该装置应安装可靠、性能完好；有关工作人员人身安全的防护设备要具备且性能完好，如外部旋转部件防护、走台、栏杆、爬梯等。

运行试验的主要目的是检测架桥机在实际工作工况中的运行状态，检验包括空载、额定载荷和过孔行走3种工况下各个系统运转情况是否正常可靠和噪声测试，同时要对架桥机在额定载荷和过孔2种工况下进行应力测试，以检测结构在2种工况下的承载能力。此外，根据现场测试数据可知，如果条件允许，应对架桥机在过孔工况进行动刚度测试，检验过孔过程结构振动是否会给驾驶员带来不适。在吊装和过孔2种工况下，利用水平仪或全站仪对主梁的静刚度进行测试，查看2种工况下主梁的变形情况是否在规定的范围之内。