鐵路大型起重運輸設備的安全管控

1、鐵路大型起重運輸設備的安全管控    1 鐵路大型起重運輸設備概述鐵路建設是國內拉動內需的主要行業(yè)，隨著鐵路客運專線與高速鐵路建設的快速發(fā)展，鐵路專用各種起重機械類型越來越多，也越來越大型化，如900噸級的箱梁架橋機、箱梁運梁車、搬運機以及提梁機等。隨之而來的，目前中國的起重機械制造廠家也從上世紀八十年代的一百多家，發(fā)展到現在的近千家，同時，世界各國的知名起重機械制造商以及一些基礎部件制造商也紛紛搶灘中國的大型起重機制造市場。由于起重機械的使用場所越來越復雜、需求量急劇增大、施工工期限制、起重機械的設計與制造水平參差不齊、使用與操作人員素質等等諸多原因，大型起重設

2、備的安全問題愈來愈突出。據2009年2月統(tǒng)計，中國中鐵股份有限公司在國內高速鐵路與客運建設中，已經成功架設了900噸級混凝土箱梁7000多片，而中鐵科工集團隸屬中國中鐵股份有限公司，一直在經歷和從事鐵路大型起重裝備的設計、制造、運輸、現場安裝、現場調試、維護保養(yǎng)全過程的服務。因此，本人從技術層面、管控角度談談鐵路大型起重運輸設備的諸多涉及安全問題。目前，鐵路客運專線大型施工機械屬特種設備范疇的主要有箱梁架橋機、箱梁運梁車、梁場輪胎式搬運機、輪軌式提梁機等。1.1 鐵路箱梁架橋機分類從2006年3月19日國內第一片900噸級箱梁由中鐵二局在合寧線成功架設之日起，短短三年時間，用于架設箱梁的架橋機

3、已經有了近十種。種類很多，但分類方法不盡統(tǒng)一。按照架橋機過孔方式分，可分為步履式、全輪走行式、導梁式、輔助導梁式等；粗一點分，按照架橋機起吊落梁方式分，可分為拖拉起吊落梁、定點起吊落梁與運架一體式等。1.2 鐵路箱梁運梁車分類箱梁運梁車一般按照轉向方式分，有兩種型式：一是連桿轉向式，二是獨輪轉向式。1.3 鐵路箱型梁輪胎式搬運機分類鐵路箱型梁梁場搬運機是目前客運專線制梁場必不可少的提梁、移梁、存梁、裝梁設備，有兩種型式：一是穿越式，二是非穿越式。1.4 輪軌式提梁機分類在客運專線建設初期，梁場還全部采用輪軌式提梁機，當積累一定經驗后，發(fā)現輪胎式搬運機有動作范圍大、不受軌道限制優(yōu)點，進而在梁場設

4、備的選型與應用中，根據施工情況，提梁機與搬運機的作用就有明確的分工，比如，只需要在梁場裝梁、移梁，且場地條件允許的，一般采用輪胎式提梁機；而當需要在梁場設置提梁站時，則大多采用跨墩的輪軌式提梁機。輪軌式提梁機與輪胎式搬運機的主要區(qū)別一是走行方式，二是用途。因此，輪軌式提梁機也有兩類，一類為只在梁場移梁、裝梁的普通起升高度提梁機，另一類為需要跨墩設置提梁站的高位提梁機。目前，在梁場移梁、裝梁的普通起升高度輪軌式提梁機也有幾種型式，如兩臺一套式、縱橫向穿越式等等。2 國家、行業(yè)對大型起重設備的相關規(guī)定從2000年以來，國家對整個起重機行業(yè)的監(jiān)督管理開始逐步加強，并且將起重機等特種設備統(tǒng)一歸口到國家

5、質量監(jiān)督檢驗疫總局管理，由其屬下的特種設備安全監(jiān)察局組織實施。國家對大型、特殊用途的起重設備出臺了一系列的政策和法規(guī)，主要包括：2.1 關于起重機械安全監(jiān)察條例及規(guī)定（1）國務院關于修改（特種設備安全監(jiān)察條例）的決定-國務院令 第549號（2009年1月14日通過），自2009年5月1日起施行。（2）起重機械安全監(jiān)察規(guī)定-國質檢總局令第92號，自2007 年6 月1 日起施行。（3）TSG Q7015-2008起重機械定期檢驗規(guī)則（4）TSG Q0002-2008起重機械安全技術監(jiān)察規(guī)程-橋式起重機（5）特種設備現場安全監(jiān)督檢查規(guī)則（試行）-國質檢特函2007910號，自2007年11月7日起

6、施行。（6）特種設備重點監(jiān)控工作要求-國質檢特函2007910號，自2007年11月7日起施行。（7）特種設備質量監(jiān)督與安全監(jiān)察規(guī)定-國家質量技術監(jiān)督局令第13號，自2000年10月1日起施行。（8）廠內機動車輛監(jiān)督檢驗規(guī)程-國質檢鍋200216號，自2002年1月21日起施行。關于起重機械管理的行政許可、起重機械管理的制造許可、起重機械的安裝改造維修許可、起重機械的型式試驗、起重機械的制造監(jiān)督檢驗規(guī)程、起重機械的安裝改造維修及使用規(guī)則、起重機械作業(yè)人員培訓考核及管理等內容在此不再詳述。行業(yè)對大型起重設備的相關規(guī)定包括：客運專線鐵路箱梁運架安全管理手冊-鐵道部工管中心（2008年）；鐵路架橋機

7、架梁暫行規(guī)程-鐵建設（2006）181號。 3 鐵路大型起重運輸設備的特殊性與一般通用起重機械不同，鐵路大型起重運輸機械的特殊性在于：（1）流動性大，常常在設備注冊地以外使用；（2）型式特殊，尤其是大噸位箱梁架橋機，在起重機手冊中是找不到類似型式的，大型箱梁架、運設備設計是根據鐵路客運專線特殊用途進行的，并且是隨著近年來鐵路建設跨躍式發(fā)展而創(chuàng)新研發(fā)的大型施工裝備；（3）額定起重量大，額定起重量900噸級，在陸地大范圍轉場、移動施工的起重機械中是少有的；（4）外形尺寸大， 工作方式特殊；（5）依訂單、單件生產，制造周期長；（6）動作復雜，安全要求高，設計難度大。由于行業(yè)的特殊性，往往對起重設備有

8、特殊要求，因而設計中會出現超出標準、規(guī)范的狀況；（7）載荷變化小，客運專線運、架、搬、提設備起吊的對象單一，混凝土梁片的重量誤差不超過5%左右，這一點與通用起重設備負荷變化劇烈明顯不同。4  設計中對運、架、搬、提設備安全的重點考慮前已論述，客運專線大型施工設備雖然屬起重設備，但設計中并沒有現成模式可比照。設計中事關安全的環(huán)節(jié)與必須重點關注的過程本人認為有以下幾個方面：4.1 適應線路設計的變化從京津到哈大，梁片在斷面尺寸方面不斷地優(yōu)化，給運、架設備的設計與改進帶來了一定的難度，因為梁片的橫向尺寸縮短了，架橋機的橫向穩(wěn)定性必須重新考慮與校核，同時，施工中對架橋機的橫向穩(wěn)定問題必須要更

9、加謹慎。所以，我們不希望線路設計一味向輕型化發(fā)展，從施工單位考慮，購置一臺架橋機肯定會要求能適應各種尺寸梁片的架設，所以架橋機設計時必須要考慮兼顧幾種寬度梁型架設，而實際上這種兼顧必然是一種折中。我們不希望為了滿足線路設計的變化而犧牲大型起重設備的安全系數。同時，線路設計中如果出現特殊的大坡道、小曲線半徑、人口密集區(qū)、惡劣天氣等，這對設備設計來說，設計的難度都會成倍增加，比如：大的坡道需要設備良好的驅動能力和制動性能，然而從機械方面講，超過一定的范圍，設備自身無法滿足而需要通過其他輔助手段時，就存在安全隱患。4.2 設計與分析計算的交替反復，是保證大型施工設備安全的必不可少的過程作為設計者，不

10、但要具備設計能力，同時還應具備計算分析能力。以架橋機為例。整機設計的步驟是：（1）整體結構方案設計；（2）上有限元程序進行梁單元分析計算，定性分析整體結構的受力狀況，找出薄弱環(huán)節(jié)；（3）修改設計；（4）再次分析計算，直到關鍵部位的安全指標達到要求。以上四步驟反復進行，當整機的梁單元計算整體結構認為安全后，再進行有限元板單元校核，解決局部受力問題。這是大型起重設備把握安全設計的基本程序。這里強調的是設計與計算交替進行，計算分析可提示和輔助大型起重設備的整個設計過程，做不到這一點的不是合格的供應商。4.3 豐富的經驗積累與嚴格的設計把關，是設備安全的基本保證大型起重機械的局部連接設計是至關重要的，

11、這要靠經驗積累與嚴格的過程控制。比如焊縫連接和螺栓連接的設計，這是用有限元等其他輔助手段無法完全模擬的，同樣一個焊接件，閱歷不同的人處理的方法肯定不一樣。如果設計不合理，出現的問題就可能是災難性的。再說焊接問題。焊縫與焊接設計是機械設計中最常見的工作，這些經驗是起決定性作用的。某移動模架造橋機曾經發(fā)生兩次倒塌，我們幫助其評估恢復了其中一臺設備。究其原因，發(fā)現卻是犯的常識性錯誤，將焊接性能不好的40Cr材料與普通材料進行焊接，又沒有提出特殊工藝要求，由于不合適的焊接設計，不合適的焊接操作，使焊縫處母材金相組織發(fā)生脆性變化，致使銷軸在焊接時產生了焊接裂紋，使銷軸本身強度遭到削弱，引發(fā)了事故的發(fā)生。

12、焊接設計中還有一忌，就是吊具等事關起吊關鍵部位的焊縫禁止受拉，而偏偏就有這樣的現象出現。某輪軌式架橋機傾翻與上述某移動模架造橋機的第二次倒塌，都發(fā)生在吊具及后吊架的受拉焊縫處，設計中發(fā)生這種錯誤一是缺乏經驗，二是責任心缺失。4.4 架、運、搬、提大型設備的安全性能設計（1）保證設計手段的不斷提升完善。如進行必要的動力學仿真，尤其在理論基礎還不夠完善時，采用動力學仿真也是虛擬樣機的實現方法。（2）機構的安全系數嚴格按照要求采用。如起升系統(tǒng)鋼絲繩安全系數n6、吊桿拉伸應力安全系數n5、整機抗傾覆穩(wěn)定系數n1.5 等等，這些關鍵點都是要進行反復核算的。（3）事關起吊安全的環(huán)節(jié)，一定要選用可靠性高的部

13、件。架橋機、搬運機、提梁機事關起吊安全的部件有：鋼絲繩、卷筒、制動器等；運梁車事關起吊安全的部件有：液壓泵、液壓馬達、傳感器等。（4）涉及起重安全的機構設置。由于鐵路架、運、搬、提大型設備的特殊性，安全機構的設置是至關重要的。架橋機、搬運機、提梁機設備中都有吊梁小車，是直接起吊大噸位噸梁片的，其安全性要有絕對保障。我們提供的吊梁小車，安全設施著重在以下方面：a 為保證箱梁起吊時不下滑或墜落，起重卷揚機設三級制動，即電機減速機制動、液壓制動推桿制動與鉗盤式制動。b 起升卷筒鋼絲繩安全保護。大型起重機起升鋼絲繩亂繩是一大忌，尤其是架橋機、搬運機、提梁機這種大噸位起重設備，卷筒為多層卷繞，一旦出現亂

14、繩是非常危險的。盡管新修訂的起重機設計手冊中并沒有強制規(guī)定必須在卷筒中采用排繩裝置，而是說“宜在”多層卷繞卷筒中采用排繩裝置。采用主動排繩裝置，以提高起升卷筒安全性能，是提高安全性的重要措施。c 保證鋼絲繩繩頭不松脫的安全裝置。關于安全監(jiān)控系統(tǒng)在后文中詳述。5 運、架、搬、提設備制造過程中安全的重點控制任何優(yōu)秀的設計都要通過加工制造來體現。國家特種設備安全監(jiān)察局2006年頒布了起重機械制造監(jiān)督檢驗規(guī)則，規(guī)定了起重機械制造過程中，必須由制造工廠所在地的地方質監(jiān)部門進行監(jiān)督檢驗。盡管如此，運、架、搬、提大型起重設備的制造過程還是要由設計者自行管控，畢竟我們自己才是行家。同時，經驗告訴我們，這種大型

15、裝備，如果在工廠對制造質量控制不嚴，到了使用現場將后患無窮。5.1 對制造廠的審查（1）制造工廠的起重機制造資質審查；（2）質量體系運行情況的監(jiān)督；（3）特種作業(yè)人員必須持證上崗；焊接作業(yè)人員施焊前需進行技能和工藝評定；（4）編制詳細的生產計劃、工藝流程和質檢要求；（5）對制造業(yè)績的審查。5.2 生產過程的監(jiān)控（1）監(jiān)理人員駐廠進行監(jiān)督；（2）原材料進料復查；（3）重要部件、重要焊縫的監(jiān)察；（4）質量檢驗報告。5.3 關鍵生產過程的監(jiān)控此項尤為重要。包括材料是否合格、焊縫是否規(guī)范，是否按照要求進行探傷、加工幾何尺寸是否滿足圖紙要求、生產制造過程質量檢驗報告是否完整等等。（1）焊接控制。所有運、

16、架、搬、提設備中都包含有封閉鋼箱梁的焊接，焊接過程控制是制造過程安全質量控制的主要工作之一。比如機臂封閉結構中一是要嚴查焊縫的漏焊問題，必須堅決杜絕，二要監(jiān)控焊縫質量與探傷。（2）長大構件拼接質量控制。（3）機構裝配質量。每個部件是在工廠裝配的，沒有好的裝配鉗工，就沒有好的裝配部件，沒有良好裝配的部件，就沒有好用的整機，道理就這么簡單。6 運、架、搬、提設備現場安裝轉場拆卸的安全控制迄今為止，受場地限制，客運專線大型施工設備大部分是在現場安裝調試的。施工現場條件往往比制造工廠差，同時，由于工期的問題，施工現場往往又是多工臺設備、多工種同時鋪開。6.1 現場安裝方式（1）梁場安裝模式。架橋機、運

17、梁車、提梁機、搬運機大部分都采用此模式。（2）橋上安裝模式。（3）路基安裝模式（4）運梁車、架橋機配合安裝模式6.2 設備轉場模式（1）原地拆卸轉場。如搬運機、提梁機、運梁車。（2）橋頭馱運轉場、拆卸。架橋機必須在橋頭處理轉場、拆卸問題。（3）運梁車直接馱運架橋機轉場。6.3 現場安裝調試拆卸的安全注意事項設備不論是首次現場安裝，還是轉移工地后安裝調試，都存在環(huán)境改變、人員變動等不利因素。尤其是首臺設備現場安裝調試，往往問題比較多，2000年某船廠門吊倒塌就是現場安裝經驗不足、秩序混亂造成的?，F場安裝調試時對資質的要求：（1）安裝單位具有國家頒發(fā)的起重機械安裝資質（國家規(guī)定）；（2）提供起重設

18、備工地安裝大綱，并經過地方質監(jiān)局批準。（3）特殊工種上崗人員資格進行審核，確認合格方可允許上崗。對環(huán)境的要求：（1）安裝場地的地基承載能力必須核算，50噸以上吊車支腿處的地基須做加固處理，保證地基承載力足夠。（2）組裝場地要確保平整、安全。作業(yè)時應設立警戒線，關鍵位置設專人看守，非工作人員嚴禁進入吊裝區(qū)；（3）吊裝作業(yè)時，被吊物件旋轉半徑和吊車配重旋轉范圍內嚴禁有人員和車輛停留；（4）設備吊裝時風力等級不得大于5級；對作業(yè)人員要求：（1）所有作業(yè)人員必須持證操作，嚴格遵守起重工操作規(guī)程，杜絕習慣性違章現象。（2）作業(yè)前，對所有工器具，起重機械進行檢查，確認合格方允許使用。（3）安裝、調試、吊裝

19、過程中，必須設置指揮機制，不得無組織隨意動作。（4）高處作業(yè)人員必須掛安全帶，安全帶須高掛低用。對操作的要求：（1）正確選擇吊裝用鋼絲繩型號，并保證護瓦及其輔助吊耳應在受力支墊牢實，不致中途脫落，鋼絲繩若有扭結、變形、斷絲和銹蝕等異?，F象時， 應及時折減使用或報廢。（2）在吊裝時各種構配件應掛攬風繩，避免相互磕碰的情況發(fā)生，各纜風繩調整時，松緊度應適量，避免單根受力；（3）搭設高空作業(yè)腳手架時，應由專業(yè)人員操作，且必須牢靠，腳手板鋪滿，綁牢。（4）動用電、火焊施工時，應保證合理的施工工藝性和對設備成品的保護意識，嚴禁電焊花濺在鋼絲繩上。6.4 設備現場安裝質量的重點關注點（1）凡有摩擦型高強螺栓聯(lián)接處，拆卸下的摩擦板連接用高強螺栓不允許重復使用，應更換新的鋼結構用高強螺栓