铁路大型起重运输设备安全管控.docx

铁路大型起重运输设备的安全管控 1 铁路大型起重运输设备概述铁路建设是国内拉动内需的主要行业，随着铁路客运专线与高速铁路建设的快速发展，铁路专用各种起重机械类型越来越多，也越来越大型化，如900吨级的箱梁架桥机、箱梁运梁车、搬运机以及提梁机等。随之而来的，目前中国的起重机械制造厂家也从上世纪八十年代的一百多家，发展到现在的近千家，同时，世界各国的知名起重机械制造商以及一些基础部件制造商也纷纷抢滩中国的大型起重机制造市场。由于起重机械的使用场所越来越复杂、需求量急剧增大、施工工期限制、起重机械的设计与制造水平参差不齐、使用与操作人员素质等等诸多原因，大型起重设备的安全问题愈来愈突出。据2009年2月统计，中国中铁股份有限公司在国内高速铁路与客运建设中，已经成功架设了900吨级混凝土箱梁7000多片，而中铁科工集团隶属中国中铁股份有限公司，一直在经历和从事铁路大型起重装备的设计、制造、运输、现场安装、现场调试、维护保养全过程的服务。因此，本人从技术层面、管控角度谈谈铁路大型起重运输设备的诸多涉及安全问题。目前，铁路客运专线大型施工机械属特种设备范畴的主要有箱梁架桥机、箱梁运梁车、梁场轮胎式搬运机、轮轨式提梁机等。1.1 铁路箱梁架桥机分类从2006年3月19日国内第一片900吨级箱梁由中铁二局在合宁线成功架设之日起，短短三年时间，用于架设箱梁的架桥机已经有了近十种。种类很多，但分类方法不尽统一。按照架桥机过孔方式分，可分为步履式、全轮走行式、导梁式、辅助导梁式等；粗一点分，按照架桥机起吊落梁方式分，可分为拖拉起吊落梁、定点起吊落梁与运架一体式等。1.2 铁路箱梁运梁车分类箱梁运梁车一般按照转向方式分，有两种型式：一是连杆转向式，二是独轮转向式。1.3 铁路箱型梁轮胎式搬运机分类铁路箱型梁梁场搬运机是目前客运专线制梁场必不可少的提梁、移梁、存梁、装梁设备，有两种型式：一是穿越式，二是非穿越式。1.4 轮轨式提梁机分类在客运专线建设初期，梁场还全部采用轮轨式提梁机，当积累一定经验后，发现轮胎式搬运机有动作范围大、不受轨道限制优点，进而在梁场设备的选型与应用中，根据施工情况，提梁机与搬运机的作用就有明确的分工，比如，只需要在梁场装梁、移梁，且场地条件允许的，一般采用轮胎式提梁机；而当需要在梁场设置提梁站时，则大多采用跨墩的轮轨式提梁机。轮轨式提梁机与轮胎式搬运机的主要区别一是走行方式，二是用途。因此，轮轨式提梁机也有两类，一类为只在梁场移梁、装梁的普通起升高度提梁机，另一类为需要跨墩设置提梁站的高位提梁机。目前，在梁场移梁、装梁的普通起升高度轮轨式提梁机也有几种型式，如两台一套式、纵横向穿越式等等。2 国家、行业对大型起重设备的相关规定从2000年以来，国家对整个起重机行业的监督管理开始逐步加强，并且将起重机等特种设备统一归口到国家质量监督检验疫总局管理，由其属下的特种设备安全监察局组织实施。国家对大型、特殊用途的起重设备出台了一系列的政策和法规，主要包括：2.1 关于起重机械安全监察条例及规定（1）国务院关于修改（特种设备安全监察条例）的决定-国务院令 第549号（2009年1月14日通过），自2009年5月1日起施行。（2）起重机械安全监察规定-国质检总局令第92号，自2007 年6 月1 日起施行。（3）TSG Q7015-2008起重机械定期检验规则（4）TSG Q0002-2008起重机械安全技术监察规程-桥式起重机（5）特种设备现场安全监督检查规则（试行）-国质检特函2007910号，自2007年11月7日起施行。（6）特种设备重点监控工作要求-国质检特函2007910号，自2007年11月7日起施行。（7）特种设备质量监督与安全监察规定-国家质量技术监督局令第13号，自2000年10月1日起施行。（8）厂内机动车辆监督检验规程-国质检锅200216号，自2002年1月21日起施行。关于起重机械管理的行政许可、起重机械管理的制造许可、起重机械的安装改造维修许可、起重机械的型式试验、起重机械的制造监督检验规程、起重机械的安装改造维修及使用规则、起重机械作业人员培训考核及管理等内容在此不再详述。行业对大型起重设备的相关规定包括：客运专线铁路箱梁运架安全管理手册-铁道部工管中心（2008年）；铁路架桥机架梁暂行规程-铁建设（2006）181号。 3 铁路大型起重运输设备的特殊性与一般通用起重机械不同，铁路大型起重运输机械的特殊性在于：（1）流动性大，常常在设备注册地以外使用；（2）型式特殊，尤其是大吨位箱梁架桥机，在起重机手册中是找不到类似型式的，大型箱梁架、运设备设计是根据铁路客运专线特殊用途进行的，并且是随着近年来铁路建设跨跃式发展而创新研发的大型施工装备；（3）额定起重量大，额定起重量900吨级，在陆地大范围转场、移动施工的起重机械中是少有的；（4）外形尺寸大， 工作方式特殊；（5）依订单、单件生产，制造周期长；（6）动作复杂，安全要求高，设计难度大。由于行业的特殊性，往往对起重设备有特殊要求，因而设计中会出现超出标准、规范的状况；（7）载荷变化小，客运专线运、架、搬、提设备起吊的对象单一，混凝土梁片的重量误差不超过5%左右，这一点与通用起重设备负荷变化剧烈明显不同。4 设计中对运、架、搬、提设备安全的重点考虑前已论述，客运专线大型施工设备虽然属起重设备，但设计中并没有现成模式可比照。设计中事关安全的环节与必须重点关注的过程本人认为有以下几个方面：4.1 适应线路设计的变化从京津到哈大，梁片在断面尺寸方面不断地优化，给运、架设备的设计与改进带来了一定的难度，因为梁片的横向尺寸缩短了，架桥机的横向稳定性必须重新考虑与校核，同时，施工中对架桥机的横向稳定问题必须要更加谨慎。所以，我们不希望线路设计一味向轻型化发展，从施工单位考虑，购置一台架桥机肯定会要求能适应各种尺寸梁片的架设，所以架桥机设计时必须要考虑兼顾几种宽度梁型架设，而实际上这种兼顾必然是一种折中。我们不希望为了满足线路设计的变化而牺牲大型起重设备的安全系数。同时，线路设计中如果出现特殊的大坡道、小曲线半径、人口密集区、恶劣天气等，这对设备设计来说，设计的难度都会成倍增加，比如：大的坡道需要设备良好的驱动能力和制动性能，然而从机械方面讲，超过一定的范围，设备自身无法满足而需要通过其他辅助手段时，就存在安全隐患。4.2 设计与分析计算的交替反复，是保证大型施工设备安全的必不可少的过程作为设计者，不但要具备设计能力，同时还应具备计算分析能力。以架桥机为例。整机设计的步骤是：（1）整体结构方案设计；（2）上有限元程序进行梁单元分析计算，定性分析整体结构的受力状况，找出薄弱环节；（3）修改设计；（4）再次分析计算，直到关键部位的安全指标达到要求。以上四步骤反复进行，当整机的梁单元计算整体结构认为安全后，再进行有限元板单元校核，解决局部受力问题。这是大型起重设备把握安全设计的基本程序。这里强调的是设计与计算交替进行，计算分析可提示和辅助大型起重设备的整个设计过程，做不到这一点的不是合格的供应商。4.3 丰富的经验积累与严格的设计把关，是设备安全的基本保证大型起重机械的局部连接设计是至关重要的，这要靠经验积累与严格的过程控制。比如焊缝连接和螺栓连接的设计，这是用有限元等其他辅助手段无法完全模拟的，同样一个焊接件，阅历不同的人处理的方法肯定不一样。如果设计不合理，出现的问题就可能是灾难性的。再说焊接问题。焊缝与焊接设计是机械设计中最常见的工作，这些经验是起决定性作用的。某移动模架造桥机曾经发生两次倒塌，我们帮助其评估恢复了其中一台设备。究其原因，发现却是犯的常识性错误，将焊接性能不好的40Cr材料与普通材料进行焊接，又没有提出特殊工艺要求，由于不合适的焊接设计，不合适的焊接操作，使焊缝处母材金相组织发生脆性变化，致使销轴在焊接时产生了焊接裂纹，使销轴本身强度遭到削弱，引发了事故的发生。焊接设计中还有一忌，就是吊具等事关起吊关键部位的焊缝禁止受拉，而偏偏就有这样的现象出现。某轮轨式架桥机倾翻与上述某移动模架造桥机的第二次倒塌，都发生在吊具及后吊架的受拉焊缝处，设计中发生这种错误一是缺乏经验，二是责任心缺失。4.4 架、运、搬、提大型设备的安全性能设计（1）保证设计手段的不断提升完善。如进行必要的动力学仿真，尤其在理论基础还不够完善时，采用动力学仿真也是虚拟样机的实现方法。（2）机构的安全系数严格按照要求采用。如起升系统钢丝绳安全系数n6、吊杆拉伸应力安全系数n5、整机抗倾覆稳定系数n1.5 等等，这些关键点都是要进行反复核算的。（3）事关起吊安全的环节，一定要选用可靠性高的部件。架桥机、搬运机、提梁机事关起吊安全的部件有：钢丝绳、卷筒、制动器等；运梁车事关起吊安全的部件有：液压泵、液压马达、传感器等。（4）涉及起重安全的机构设置。由于铁路架、运、搬、提大型设备的特殊性，安全机构的设置是至关重要的。架桥机、搬运机、提梁机设备中都有吊梁小车，是直接起吊大吨位吨梁片的，其安全性要有绝对保障。我们提供的吊梁小车，安全设施着重在以下方面：a 为保证箱梁起吊时不下滑或坠落，起重卷扬机设三级制动，即电机减速机制动、液压制动推杆制动与钳盘式制动。b 起升卷筒钢丝绳安全保护。大型起重机起升钢丝绳乱绳是一大忌，尤其是架桥机、搬运机、提梁机这种大吨位起重设备，卷筒为多层卷绕，一旦出现乱绳是非常危险的。尽管新修订的起重机设计手册中并没有强制规定必须在卷筒中采用排绳装置，而是说“宜在”多层卷绕卷筒中采用排绳装置。采用主动排绳装置，以提高起升卷筒安全性能，是提高安全性的重要措施。c 保证钢丝绳绳头不松脱的安全装置。关于安全监控系统在后文中详述。5 运、架、搬、提设备制造过程中安全的重点控制任何优秀的设计都要通过加工制造来体现。国家特种设备安全监察局2006年颁布了起重机械制造监督检验规则，规定了起重机械制造过程中，必须由制造工厂所在地的地方质监部门进行监督检验。尽管如此，运、架、搬、提大型起重设备的制造过程还是要由设计者自行管控，毕竟我们自己才是行家。同时，经验告诉我们，这种大型装备，如果在工厂对制造质量控制不严，到了使用现场将后患无穷。5.1 对制造厂的审查（1）制造工厂的起重机制造资质审查；（2）质量体系运行情况的监督；（3）特种作业人员必须持证上岗；焊接作业人员施焊前需进行技能和工艺评定；（4）编制详细的生产计划、工艺流程和质检要求；（5）对制造业绩的审查。5.2 生产过程的监控（1）监理人员驻厂进行监督；（2）原材料进料复查；（3）重要部件、重要焊缝的监察；（4）质量检验报告。5.3 关键生产过程的监控此项尤为重要。包括材料是否合格、焊缝是否规范，是否按照要求进行探伤、加工几何尺寸是否满足图纸要求、生产制造过程质量检验报告是否完整等等。（1）焊接控制。所有运、架、搬、提设备中都包含有封闭钢箱梁的焊接，焊接过程控制是制造过程安全质量控制的主要工作之一。比如机臂封闭结构中一是要严查焊缝的漏焊问题，必须坚决杜绝，二要监控焊缝质量与探伤。（2）长大构件拼接质量控制。（3）机构装配质量。每个部件是在工厂装配的，没有好的装配钳工，就没有好的装配部件，没有良好装配的部件，就没有好用的整机，道理就这么简单。6 运、架、搬、提设备现场安装转场拆卸的安全控制迄今为止，受场地限制，客运专线大型施工设备大部分是在现场安装调试的。施工现场条件往往比制造工厂差，同时，由于工期的问题，施工现场往往又是多工台设备、多工种同时铺开。6.1 现场安装方式（1）梁场安装模式。架桥机、运梁车、提梁机、搬运机大部分都采用此模式。（2）桥上安装模式。（3）路基安装模式（4）运梁车、架桥机配合安装模式6.2 设备转场模式（1）原地拆卸转场。如搬运机、提梁机、运梁车。（2）桥头驮运转场、拆卸。架桥机必须在桥头处理转场、拆卸问题。（3）运梁车直接驮运架桥机转场。6.3 现场安装调试拆卸的安全注意事项设备不论是首次现场安装，还是转移工地后安装调试，都存在环境改变、人员变动等不利因素。尤其是首台设备现场安装调试，往往问题比较多，2000年某船厂门吊倒塌就是现场安装经验不足、秩序混乱造成的。现场安装调试时对资质的要求：（1）安装单位具有国家颁发的起重机械安装资质（国家规定）；（2）提供起重设备工地安装大纲，并经过地方质监局批准。（3）特殊工种上岗人员资格进行审核，确认合格方可允许上岗。对环境的要求：（1）安装场地的地基承载能力必须核算，50吨以上吊车支腿处的地基须做加固处理，保证地基承载力足够。（2）组装场地要确保平整、安全。作业时应设立警戒线，关键位置设专人看守，非工作人员严禁进入吊装区；（3）吊装作业时，被吊物件旋转半径和吊车配重旋转范围内严禁有人员和车辆停留；（4）设备吊装时风力等级不得大于5级；对作业人员要求：（1）所有作业人员必须持证操作，严格遵守起重工操作规程，杜绝习惯性违章现象。（2）作业前，对所有工器具，起重机械进行检查，确认合格方允许使用。（3）安装、调试、吊装过程中，必须设置指挥机制，不得无组织随意动作。（4）高处作业人员必须挂安全带，安全带须高挂低用。对操作的要求：（1）正确选择吊装用钢丝绳型号，并保证护瓦及其辅助吊耳应在受力支垫牢实，不致中途脱落，钢丝绳若有扭结、变形、断丝和锈蚀等异常现象时， 应及时折减使用或报废。（2）在吊装时各种构配件应挂揽风绳，避免相互磕碰的情况发生，各缆风绳调整时，松紧度应适量，避免单根受力；（3）搭设高空作业脚手架时，应由专业人员操作，且必须牢靠，脚手板铺满，绑牢。（4）动用电、火焊施工时，应保证合理的施工工艺性和对设备成品的保护意识，严禁电焊花溅在钢丝绳上。6.4 设备现场安装质量的重点关注点（1）凡有摩擦型高强螺栓联接处，拆卸下的摩擦板连接用高强螺栓不允许重复使用，应更换新的钢结构用高强螺栓，并