基于模拟分析的电动葫芦门式起重机吊装事故研究

邓代军 谢 磊 肖 军 周传林

湖北特种设备检验检测研究院宜昌分院 宜昌 443005

起重运输机械高效、便捷的性能和强大的起重运输能力在工业生产活动中起着巨大的作用。但作为涉及生命财产安全的特种设备，若在与其相关联的作业活动中使用不当有可能会造成严重的后果。电动葫芦门式起重机是以电动葫芦作为起升机构的门式起重机，一般以单主梁结构为主，起重量较小，主要用于露天作业的工厂、码头、料场、工地等场所装卸货物。这类使用场所的普遍共性是条件简易、环境复杂，有的是临时作业场所，在露天环境下起重机更易腐蚀，设备需要经常性维护保养。这类设备操作简单，一般以地控或遥控居多，这种操作方式下的作业人员不需取得特种设备作业人员证，仅由使用单位加强教育培训，因此若使用管理不当容易发生危险。本文根据一起真实发生的事故案例，通过查阅资料、现场勘察、测试检查、模拟事故现场、建立尺寸链模型、还原事故经过等方式，对事故发生的原因进行认真的分析，总结教训并结合实际提出预防措施和建议，以期对相关单位及作业人员有所帮助和警示，避免类似事故发生。

1 事故概况

2020年7月30日下午14时，位于某公司厂房车间的1台电动葫芦门式起重机在起吊该公司自制的喷沙房箱体顶盖结构件（以下简称被吊物）时，因被吊物不平衡发生倾斜，在用人力拉拽的过程中，起吊索具从吊钩内脱落，造成现场1名作业人员受被吊物挤压致死，3名作业人员受伤的伤害事故。

该设备为电动葫芦门式起重机；制造日期为2010年6月3日；型号为MH10t-20m A3；额定起重量10 t；跨度20 m；起升高度9 m；起升速度7 m/min；小车运行速度20 m/min；大车运行速度20 m/min；工作级别A3；操作方式为遥控操作；4倍起升倍率。

2 事故分析

2.1 被吊物

该被吊物为现场制作的不规则大型金属框架结构，无设计图。东西两侧钢结构内分别安装有箱板，东侧箱板高1.2 m，西侧箱板高0.71 m，东西两侧钢结构上横梁约1/3处均匀对称设置4个吊耳，部分钢结构连接处有斜支撑。最大外形尺寸为：8.22 m×9.39 m×1.20 m，总质量约2 000 kg，外形及尺寸如图1所示。

图1 被吊物外形及尺寸示意图

该被吊物的特性是：体积大、质量重、物体上平面为长方形，整体东高西低呈梯形状，质量明显分布不均匀，物体质心不在其几何中心。经现场检查，事发后该被吊物完好无损。

2.2 索具

作业现场选用的索具为2副双肢环链索具，分别用于悬挂东西两侧4个吊点。东侧环链索具上端连接有吊环，双肢下端分别装有卸扣；西侧环链索具上端连接有吊环，双肢下端分别装有吊钩。2副双肢环链索具长度均为4.50 m，且长度均不可调节。

经现场检查，2副双肢环链索具无变形、裂纹、磨损等缺陷，也未断裂，均完好无损。

2.3 起重机

2.3.1 吊钩

吊钩额定起重量为10 t，整体无裂纹、变形、明显磨损、开口度增大、扭转等缺陷，且吊钩悬挂牢固可靠，转动灵活、整体完好。

2.3.2 吊钩防脱钩装置

该吊钩防脱钩装置为卡片式结构，该装置由安全卡、双扭弹簧、螺栓组成，如图2所示。经现场检查，事发后安全卡处于吊钩开口以外非正常工作位置。安全卡长110 mm，宽39 mm，安全卡无明显变形，双扭弹簧功能有效，螺栓紧固完好。通过将安全卡恢复到正常工作位置后手动测试，安全卡动作复位灵活，防脱钩装置具备正常防脱钩功能。

图2 吊钩防脱钩装置结构示意图

2.3.3 安全性能

现场对该电动葫芦门式起重机各项性能安全进行了检查，并进行空载试验及额定载荷试验，各机构动作平稳、制动可靠、运行正常，排除事故发生时因起重机安全性能的原因出现溜钩或其他故障的可能性。

2.4 模拟分析

2.4.1 模拟事故现场

为还原事故真相，将吊钩防脱钩装置恢复到正常工作位置，在采取相应安全措施的前提下，现场模拟事发时的工作状态，如图3所示，重新用2副双肢环链索具悬挂被吊物，在索具张紧后缓慢提升被吊物，待被吊物一端离地后停止，进行现场观察确认。

图3 模拟事故现场图

由现场模拟状态可知：

1）被吊物质量不平衡，起吊后发生严重倾斜，一端（西侧）离地，另一端（东侧）未离地。主要原因是由于被吊物质心不在其几何中心，东侧重、西侧轻，而4个吊点均匀对称布置，选用的索具为等长且不可调节，吊点的布置和索具的选用是按照质心在几何中心的规则物体准备的，故被吊物起吊后一定会发生倾斜且无法调整。

2）2副双肢环链索具张紧后均趋于水平状态，吊钩开口方向朝西侧，西侧索具吊环位置已接近吊钩开口处。随着吊钩继续起升，被吊物倾斜将更加严重，西侧索具位置将继续抬高，吊环与吊钩间夹角将继续减小，吊环位置将更接近吊钩开口处，存在较大脱出风险，如图4所示。

图4 吊钩与吊环位置图

3）吊钩防脱钩装置安全卡受到西侧索具吊环的挤压，产生了严重变形。由此可以判断事故发生时，吊钩防脱钩装置处于吊钩钩口以外非正常工作位置，未投入使用。

2.4.2 建立尺寸链模型

根据现场模拟状态对2副双肢环链索具以及4个吊点间形成的尺寸链进行模拟分析。

如图5所示，由于被吊物上平面为长方形，4个吊点均匀对称布置，所以4个吊点A、B、C、D及吊钩E点通过索具共同形成一个正四棱锥状模型，其中：双肢环链索具AE和BE为1副索具，CE和DE为1副索具，AE=BE=CE=DE=4.50 m；吊点间距：AB=CD=3.09 m ；AD=BC=8.22 m。

在起吊受力铅垂面ACE面内（见图5阴影部分），两副索具其中相对应的两肢AE和CE长度之和为：AE+CE=4.50+4.50=9.00 m

图5 尺寸链模型示意图

∵AC2=AD2+CD2，AD= 8.22 m，CD=3.09 m

∴AC=8.78 m

∴AE+CE-AC=9.0-8.78=0.22 m

由此可见，在受力铅垂面ACE面内，相对应两肢AE和CE长度之和仅比吊点间最大长度AC略大，说明选用的两副双肢环链索具长度明显过短。

另，可计算出相对应两肢AE和CE间夹角α：

∵COSα=（AE2+CE2-AC2）/2AE×CE，AE=4.50 m，CE=4.50 m，AC=8.78 m

∴α=154.6e

根据现行有效的LD 48—1993《起重机械吊具与索具安全规程》14.7.2.10项：吊索提升吊重时，应力求各分肢受力均匀，肢间夹角一般应不超过90°，最大时不得超过120°。同时，根据GB/T 16762—2009《一般用途钢丝绳吊索特性和技术条件》4.3.3项：两肢相对应的吊索夹角α不应大于120°。由上述计算结果可知，本案中物体起吊后相对应索具肢间夹角α=154.6°，远大于120°，两肢间形成夹角过大，导致2副双肢环链索具几乎与4个吊点处于同一平面，不符合相关要求。

由上述分析可知，本次起吊作业选用索具长度过短且不可调节，索具选用不当。

2.5 吊装方案

根据GB/T 6067.1—2010《起重机械安全规程 第1部分：总则》17.2.1项：为了保证起吊的稳定性，应通过各种方式确认起吊载荷质心，确立质心后，应调整起升装置，选择合适的起升系挂位置，保证载荷起升时均匀平衡，没有倾覆的趋势。

本次事故发生前，使用单位未制定作业计划，没有根据被吊物的特性制定详细的吊装作业方案，现场作业人员未对吊钩防脱钩装置等安全装置进行检查和恢复。事故发生时，作业人员发现被吊物倾斜后，没有及时放下被吊物，更换索具，调整起吊点和物体质心位置，而是违章进入起重作业区域，通过钢结构西侧两吊点下方设置的绳索拉拽被吊物，使被吊物在起吊过程中产生晃动，从而导致一侧索具从吊钩中脱落。

3 事故原因

3.1 直接原因

导致该事故发生的直接原因是：使用单位在吊装作业前，未根据被吊物特性选用合适的索具，并在吊钩防脱钩装置未投入使用，被吊物体起吊后发生严重倾斜的情况下，现场作业人员违章进入起重作业区域，通过绳索拉拽被吊物，导致一侧索具从吊钩中脱落，从而引发该事故。

3.2 间接原因

1）该使用单位未落实安全生产主体责任，未按GB/T 6067.1—2010《起重机械安全规程 第1部分：总则》中第11.1条的要求建立起重机安全工作制度，包括工作计划、起重机和相关设备的正确选用、提供和使用，制定专门的培训计划并确定明确自身职责的主管人员以及与起重操作有关的其他人员等，现场管理混乱，缺乏必要的安全措施。

2）该使用单位安全管理人员未根据GB/T 6067.1—2010《起重机械安全规程 第1部分：总则》中第11.2条的要求制定起重作业计划，包括载荷特性、索具的选用、起吊方法、作业空间环境、危险因素等内容，以便充分考虑各种危险因素，确保安全操作。

3）该使用单位未组织作业人员进行相关法律法规、规章制度、操作规程、事故案例等安全教育和技能培训，作业前未进行安全技术交底，作业人员对起重机械的安全使用、司索指挥等知识掌握严重不足，以致违规操作。

4 预防及建议

4.1 制定起重作业计划

起重机械吊装作业不是简单重复劳动，需要起重工、司索工、指挥人员、辅助人员等多工种相互配合、相互协调才能共同完成，因此需要充分准备、精心组织、统一指挥。作业前制定起重作业计划是非常关键的步骤，尤为重要，需要根据现场环境、物体特性、起重机性能、吊运路线等，经过分析和计算物体的质量、体积、质心，选择合理的吊点、索具和司索方法，采取可靠的吊运方法和安全措施，制定详细的作业方案，做到分工明确、方法得当、安全有保障。实际工作中，很多单位对大型起重吊装作业很重视，一般会预先制定起重作业计划，但对很多小型、简易、临时吊装作业重视程度不够，没有制定起重作业计划，全凭临场发挥，这样有可能准备不充分、考虑不周全，不能确保安全可靠地完成吊装作业。

4.2 选用合适的索具

在起重吊装作业中，索具是吊具与吊运重物有效联结的辅助用具，常用索具主要有钢丝绳、链条、环链、棕绳、吊带等，根据物体的特性选择合适的索具非常重要。很多起重吊装作业只考虑了索具的承重能力，而忽视了索具长度的重要性，错误地认为只要够长能用就行，以至于带来潜在的危险。索具的长度应该根据物体的体积、物体的质心、吊点的位置来确定，其长度要足够长，或者能调整，以确保起吊后物体保持平衡状态，同时保证索具各肢间夹角符合相关要求。在本案中，正是因为选用索具过短，勉强能够起吊，因此起吊后索具趋于水平，几乎与吊点在同一平面内，一侧吊环接近吊钩开口处，另一侧吊环处于吊钩危险断面位置，导致吊钩受力方向发生改变，原本主要承受垂直方向的受力变成了承受水平方向受力，不仅索具有从吊钩里脱出的风险，而且吊钩在水平拉力的作用下存在开口度变大甚至整体破坏的风险。

4.3 检查吊钩防脱钩装置

吊钩防脱钩装置是安装在吊钩上防止索具从吊钩里脱出的锁闭装置，对于保证起重吊装作业安全起到重要的作用。目前吊钩防脱钩装置主要以卡片式结构居多，这种装置结构简单、成本较低，但易损，在反复使用过程中，其安全卡、弹簧和固定螺栓等部件容易变形或损坏，需要经常检查、维修或更换。在实际工作中很多单位不太重视吊钩防脱钩装置的作用，损坏了也不及时更换。还有一些吊装作业人员在频繁挂、取索具时觉得防脱钩装置碍手碍脚，为图方便违规把防脱钩装置弃之不用，如同本案一样，最终酿成大祸，这种因防脱钩装置缺失导致的安全事故在全国已发生过很多起。因此，千万不要忽视吊钩防脱钩装置的作用，每次吊装前一定要认真检查，确保其正常。

5 结语

安全生产，预防为主。很多安全事故的发生其实是可以避免的。以本案为例，若使用单位在吊装前制定好起重作业计划，把吊钩防脱钩装置恢复正常，正确选用合适的索具，严格按照操作规程的要求进行作业，很可能就可以避免这起事故。希望通过本文的分析和介绍能够引起相关单位的重视，提高安全防范意识，严格落实安全生产主体责任，切莫因小失大，再发生类似事故。