石油井管生产线起重机事故分析和控制

摘要： 为减少起重机运行中发生恶性或恶性险肇事故，本文统计了五年中，十一台起重机关键部件的失效形式与形态，对易发机械故障和零部件损坏的原因进行了分析。通过对关键部件如弹联器、楔套等处的技术改进，并制定了严格的管理条例，极大地减少了设备发生恶性事故的几率。

Abstract： Statistics of key parts including eleven cranes which lead to failure form and shape have been counted during the recent five years， so as to reduce the occurrence of dangerous or malignant accidents in operation of the crane. The reason of causing mechanical failure and damage of components has been analyzed. Through technical improvement of the elastic coupling， the wedge， etc. and formulating strict management regulations， the possibility of malignant accidents of equipment can be significantly reduced.

关键词： 起重机；故障事故；弹联器；钢丝绳；斜楔；楔套；吊钩；设备改造

Key words： crane；malfunctions and accidents；elastic coupling；wire rope；inclined-wedge；wedge；hook；equipment reconstruction

中图分类号：TH21 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）10-0029-03

0 引言

起重机属于特种设备，在每一个应用起重机的行业里，它都直接影响到相关人员的生命及财产安全。特别是工作级别较低的起重机如：A型门式和单梁电动葫芦吊等类型的起重机。当其在超时长的工作条件下，频繁高强度的使用，避免设备事故的发生，尤其是涉及人员设备安全的坠落事故，是一项极为重要的任务。

1 现场分析

1.1 生产现场频繁使用中的十一台桥式或门式起重机主要用于吊运Ф139.7×7.72石油井管。由于生产量较大，起重机昼夜工作，运转时间一般可达工作时间的50-65%。设备工作条件苛刻，设备故障率较高。经过对08-10年起重机发生的各类设备事故或故障进行统计分析，这三年中发生在吊车起升机构中的故障和事故95起；占起重机故障事故总数的26.4%。恶性险肇事故或较大事故，主要发生在起重机的钢丝绳、钩头.绳端固等部位，这无疑是管控重点。（表1）

1.2 引起起重机事故故障的因素 起重机运行所占空间大，对于在地面上遥控操作的起重机，其操作人员与吊车有一段距离，如果地面上空间拥挤，物体摆放杂乱，视野盲点就多，易发生碰撞事故。另一方面，油套管生产特点决定了起重机的使用往往由多个部门轮流使用（如供料或生产部门，多人经手操作），设备的操作预检查经常不到位。另外设备操作人员安全意识薄弱，违章野蛮操作时有发生。

在起重机维护保养上，设备的预检修不及时。设备维护检修质量也不高，常发生维修不久又发生设备故障的现象。

1.2.1 使用条件 我分厂所使用的桥式吊车、A型门式和单梁电动葫芦吊。起重量由3-20t不等，作为重要的生产设备，后两者的工作级别为A2-A5；适于中低工作级别。而实际运转时间长，使用频率高，且常常接近满负荷运转。加之油套管的生产量大（每月6000t），其对设备的损害是不言而喻的，对安全生产构成较大威胁。

1.2.2 设备因素 设备本身存在一些先天不足，例如：缺少限载器、无安全检修平台、葫芦吊的绳端固定处局部结构不合理、设备的部分备品备件质量不达标、作为非原厂的轮胎橡胶弹性联轴器备件安全性欠缺；多次发生钩头坠地的较大事故（所幸均为伤人和造成较大的设备等损害）。葫芦吊的绳端固定处多次发生钢丝绳断丝断股和抽绳（绳端发生滑移）等安全隐患。设备滑触集电器系统设计也不尽合理，导致起重机设备运行中时常断电。以上问题的存在给生产操作人员和设备、安全生产构成重大威胁。尤其是升降弹联器失效等引起的钩头坠地事故，是一种较大事故，必须优先着力解决。

2 设备缺陷分析

设备缺陷引起的钩头突然坠地事故原因主要有三个，①轮胎橡胶弹联器突然撕裂失效；②钢丝绳在斜楔处断股破断；③绳头在楔套处滑脱。

2.1 轮胎橡胶弹联器特性 轮胎橡胶牙嵌式弹联器是一种高弹性联轴器，具有良好的减震缓冲和优越的轴间偏移补偿性能、适于正反转多变和起动频繁的工作条件，并且拆装维修方便、结构简单、装配容易，要换轮胎体时无需轴向移动联轴节、柔性好、阻尼大、补偿量大、不需润滑等优点。但其有一个致命的缺点：随扭转角的增加，在主从动轴上会产生相当大的轴向力。经过对失效的轮胎橡胶弹联器进行物理受力分析和研究发现该类型的弹联器如图1（轮胎橡胶联轴器左右半接手咬合受力图）所示，如果两个咬合的半接手加工精度不高，特别是当咬合面与轴线有一定角度a时，在咬合受力面上将产生更大的轴向力F，足以撕裂联接橡胶体，造成两个咬合的半联接器分离，弹联器完全失效。从而发生突发和严重的钩头坠地事故。

2.2 绳端斜楔和楔套 钢丝绳在固定端部产生的断裂是由于设备部件设计或制造上的缺陷所引起，即与钢丝绳接触的部位的受力点是90度棱角所致，如图2的K点，当钢丝绳受力时，此处产生了较大的压应力，钢丝绳所载重物P越重，它所受的压应力越大。特别是当重物在反复升降时，由于钢丝绳卷筒的排线原因使钢丝绳产生了反复的左右摆动。钢丝绳在此点反复折弯，而K点处就恰似一把利刃在钢丝绳上反复切割，随着使用频率和时间的增加，钢丝绳就会在此处产生集中断丝，进而产生断股，造成钢丝绳突然破断或绳端随斜楔瞬间坠落。

2.3 绳头固定滑脱失效 位于葫芦吊固定卷筒上的钢丝绳端固定处如图2，因斜楔和固定楔套制造和安装上的原因，或是钢丝绳本身的质量原因，使它们的配合产生问题，钢丝绳在端部固定楔套中会出现绳头滑移（抽绳），绳头从固定处被抽出，导致吊钩在空中突然坠落。

2.4 设备断电问题 起重机在运行中还易发生频繁的故障是机电系统故障，安全滑线滑触集电器断电或集电托架损坏，对安全生产影响较大。经现场调查研究，主要原因是：①设备主滑线固定支架不十分稳固，强度低，造成滑线弯曲度较大；②主滑线运行距离长（150米），直线度更不易保证，容易断电；③滑触集电器机电系统设计不合理。

3 改进措施

3.1 技术措施

3.1.1 弹联器改进 起重机上的联接电机与减速机的联轴器在使用上要满足以下条件：①传动可靠，有足够的强度且结构紧凑；②满足电机轴头轴向滑动的要求；③有一定的轴间偏移补偿和减震缓冲功能。

针对以上要求，经慎重认真遴选；最后选择了强度和安全性远大于轮胎橡胶牙嵌式的梅花联轴器如图3所示，梅花联轴器也叫爪式联轴器，是由两个金属爪盘和一个弹性体组成。两个金属爪盘一般是45号钢，梅花形弹性联轴器利用梅花形弹性元件置于两半联轴器凸爪之间，以实现两半联轴器的联接。具有补偿两轴相对位移、减振、缓冲、径向尺寸小、结构简单、不用润滑、承载能力较高、结构简单、方便维修、便于检查维护方便等特点，由于弹性块（材料为聚氨酯）具有缓冲、减振的作用，所以适合起重机频繁强烈振动的使用条件。其弹性体的性能极限温度，决定联轴器的使用温度，一般为-35至+80度。

梅花联轴器的特性和条件完全能满足设备的技术要求和频繁苛刻工作使用条件。经过实际测试，效果很好，换装后再未发生过因弹联器脱节而造成的吊钩坠落事故。

3.1.2 绳段固定处改进 为解决这一问题，我们对K点处有棱角的楔套外壳体，置换成带圆弧过渡角的楔套外壳体，确保钢丝绳接触的这一部位为圆弧形，钢丝绳所受压应力的大大减轻；避免了应力集中，解除了在此处发生钢丝绳段断丝断股，而导致的钩头坠落事故。为防止钢丝绳头发生滑脱（抽头），我们在安装钢丝绳时，严格检查斜楔、固定楔套和钢丝绳的状况（前两者是否磨损变形，后者的直径等是否达标等），钢丝绳自由端保持定长，便于日后检查。并且规定按满载的80%起吊重物试车。为进一步确保安全，还要在绳端处加装2-3个绳卡，试车后再检查斜楔、固定楔套和钢丝绳间的配合是否安全可靠。

3.1.3 滑触集电器集电系统的改进 起重机在运行中有一定的左右摆动，特别是对于A型门式起重机上部的集电部位，这种左右摆动更大，加之长度百余米的主滑线直线度超差较大。滑触集电器与主滑线的接触很难始终保持有效的接触，因而时常产生断电故障。考虑到主滑线整体改造成本高和维修周期长，我们仅对主滑线进行了有限的加固，而将技术改进的重点放在了滑触集电系统的改进上，重新设计了集电托架部件，改进了结构，增加了转动副，并提高了转动托架的强度和刚度，而且将两个集中安装的集电器分散布置在两个集电托架上（相隔2米以上），改进后的集电系统在工作中，两组滑触集电器通过碳刷（如图4中序号5）在起重机运行过程中与主滑线接触良好（至少有一组集电器能与主滑线保持有效接触）从而杜绝了因主滑线与集电器接触不良引起的断电故障。

3.2 完善安全设施 为进一步健全起重机的安全使用设施，先后完成了九台设备检修平台的制作；减少了对维修移动升降机的依赖，并将部分A型门式运行小车上的电气控制箱移至地面的底梁上，避免了运行小车意外停滞在非检修平台附近，无法利用检修平台维护故障小车；或免于在高空中进行电器维护等状况，使维修质量、效率和检修安全性有了较大提高。还分别给全部双梁、A型和单梁起重机加装了旁压式或绳压式限载器。限载器的使用，有效避免了超载现象的发生。

3.3 加强设备管理 考虑到实际的运行状况，制定了一系列更加严格的管理制度：起重机管理安全使用规定、起重机维护检修管理制度。其中规定设备运行最高负荷不超过额定起升重量的80%，同时要求设备操作人员严格执行安全生产操作规程，强化设备操作人员的设备安全生产意识。提高设备操作人员的安全操作技能和专业素质，设备操作人员必须认真执行每班的安全检查制度。在设备维护保养方面，提高了的关键部件的报废标准。定期对起升机构进行解体安检和更换。组织有关人员进行专业安全知识培训，分厂建立起四位一体的特种设备检查维护制度，做到了每班、每天、每周、每月都有专门的检查和维护。例如建立起了由相关设备操作人员组成的班前和班中设备检查制度和规范，其主要内容是起重机的起升系统的安全状况，如：钢丝绳、钩头、抱闸和限位器等部位。还要求在特制起重机运行记录本上作好记录。分厂的安全员每天要对起重机的各关键部位进行安检，并将检查结果记录在专门的日检记录上。每周有设备管理人员巡回检查一次，包括上述内容和其他运行系统技术和安全状况，且在周检记录上做周检记录。公司聘请起重机厂家专业维护检修人员每月进行一次专业检查和维护。定期强制检查更换起升系统的相关零部件，如04轴和钢丝绳等。根据技术状况和工作条件，对起重机适时安排大中修或升级置换。依靠上述一系列的加强设备管理和技术改进的措施，钩头等坠落事故基本杜绝；起重机起升机构故障比设备投产初期大幅下降，呈逐年递减之势；12年较11年又减少43%，起重机其他运行断电等设备故障率也显著下降。

4 结束语

在石油井管生产线上，为使中低工作级别起重机的运转能安全应对高负荷的起重工作，尤其是避免诸如钩头和重物坠落等较大突发事故。必须严格不断完善设备管理，对起升系统等关键零部件实施严密监控，并落实日常点检到人和定期点检到位。提高设备维护水准，及时改进设备缺限。严守设备规程；杜绝违章操作，设备运行的安全性和可靠性才能有保证。

参考文献：

[1]成大先.机械设计手册[M].化工工业出版，1997.

[2]安子军.机械原理[M].机械工业出版社，1998.

[3]吴宗泽.机械零件设计手册[M].机械工业出版社，2004.