（机械设计及理论专业论文）塔式起重机安全性评判的智能化系统研究.pdf

y3 9 6 8 西南交通大学研究生学位论文 第1 页 摘要 塔式起重机作为建筑施工的主要设备，在建筑等行业发挥着极其重大的作用。 各国都投入了较大的人力、物力和财力对其进行研究，在塔式起重机自身技术创新 和塔式起重机安全管理等方面都取得了巨大进步。然而尽管塔式起重机的安全问题 受到各国有关部门的高度重视，但塔式起重机的事故率近年来仍未见下降，其安全 问题仍然是建筑施工中的忧患之一。有鉴于此，本文在对当前塔式起重机安全状况 进行较为详细的调查之后，对塔式起重机的安全性智能评判问题进行了较为全面的 系统研究，其主要内容有： 1 ) 通过对当前塔式起重机的安全状况的详细调查，对塔式起重机事故原因进 行了深入分析，论述了塔式起重机安全问题的现有解决方案。 2 ) 提出了基于现代设计方法学的专家系统构造技术( 该技术要求专家系统在 设计构造时必须要面向用户，不仅要了解用户的要求，更要了解用户的使用。系统 的构造采用面向对象的设计方法，用面向对象的观点来分析专家系统以及专家系统 的各个因素，因此整个系统不但具有整体性，又具有层次性。同时把模糊技术引入 专家系统的知识表示和知识应用中，通过对知识表示的模糊化处理以及在知识应用 中使用模糊的推理机制和模糊的推理标准，从而能够把生活中的领域专家知识以更 加正确的方式给予表达t 提高了专家系统的生命力必d 3 ) 建立了塔式起重机安全的依赖关系图。f 通过塔式起重机安全的依赖关系图 可以比较清晰的从总体上了解塔式起重机安全的主要影响因素，对分析塔式起重机 的安全有着直观的意义。 22 盘一 4 ) 首次将专家系统技术引入到塔式起重机的安全评判中，在分析塔式超重机 安全评判问题领域特点的基础上，建立了塔式起重机安全评判专家系统的结构模 型。 5 ) 利用基于现代设计方法学的专家系统构造技树( 面向对象技术、面向用户、 模糊技术等凇用v i s u a lc + 十开发了塔式起重机安全评判的智能化系统 ( t q e s ) ，r 该系统全部测试通过，可对一般的塔式超重机进行安全评判，对提高塔 式起重机的安全有一定的协助作用，而且该系统还可作为基于规则的专家系统开发 曲o o ! 9 6 0 5 79 9 6 西南交通大学研究生学位论文第1i 页 工具，用来开发一般的评判类、推理类、诊断类专家系统。该系统稳定性好、操作 方便、具有开放性、扩充性等特点，是一个标准的w 协d o w s 程序。也e 关键词： 塔式起 尹专家系箩现代设弓声法 c h 0 0 l ，9 6 0 5 7 9 9 ，6 西南交通大学研究生学位论文 第1ii 页 a b s t r a c t a sa l li m p o r t a n tf a c i l i t i e si nc o n s t r u c t i o nw o r k i n g ，t o w e rc r a n ee x e r t sas i g n i f i c a n t f u n c t i o n a tt h es a m et i m ei t ss a f e t ya l w a y si sa p u z z l ei nc o n s t r u c t i o nw o r k i n g al o to f w o r k i n g sh a sb e e nd o n et os o l u t et h ep r o b l e mb ym a n yw o r k e r sa n dt e c h n o l o g i s t t h e t h e s i sd o e sal i t t l ef o rt h i sp u r p o s e b a s e do nt h ei n v e s t i g a t i o no f t h es a f e t yo f l o w e rc r a n e ，a na n a l y z i n ga n d s u m u p o fi th a sb e e nd o n e t h ei m p o r t a n c eo ft h e s a f e t y o ft o w e rc r a n ei nd e v i c ea n d m a n a g e m e n t i sa n a l y z e d o b j e c t i v e l y i n t r o d u c t i o ni sg i v e no f t h ed e v e l o p m e n to f t h et o w e rc r a n e ，a n da n a l y z i n go f t h e d e v e l o p m e n t o f t h e t e c l m o l o g yo fs o f t w a r e a n dc o n s t r u c t i o n o f e s i t i s p o i n t e do u t t h a t i t i sn e c e s s a r yt h a te sc a j ld e v e l o po n l yw h e ni ta b s o r b st h en e wi d e s n e wt h e o r ya n dn e w m e t h o d d i s c u s s i o ni sm a d eo ft h ea p p l i c a t i o no ft h et o d a yd e s i g nm e t h o di nt h ee s c o n s t r u c t i o n t h ee st e c h n o l o g yi sb r o u g h ti nt h ea s s e s s m e n to ft h et o w e rc r a n e b a s e dt h e a n a l y z i n go f t h ed o m a i nf e a t u r ei ns a f e t ya s s e s s m e n to f t o w e rc r a n e ，t h er e l y i n gr e l a t i o n g r a p ha n d s t r u c t u r eo f t h et q e si ss e tu p f r o mt h er e l y i n gr e l a t i o ng r a p ht h em a i nf a c t o r o ft h es a f e t yo ft h et o w e rc r a n ei s c l e a r , w h i c hc a nh e l pt h ea s s e s s m e n t f u z z i n e s s t e c h n o l o g yi si n t r o d u c e di nt h ek n o w l e d g ee x p r e s s i o na n dk n o w l e d g eu s i n g ，w h i c hm a k e t h e k n o w l e d g ee x p r e s s i o n i ne s a p p r o a c h t h e k n o w l e d g e o ft h et o w e rc r a n e t e c h n o l o g i s t t h e n t h e p o w e r o f t h ee si si n c r e a s e d at o w e rc r a n es a f e t ya s s e s s m e n te s ( t q e s ) i sd e s i g n e du s i n gt h em e t h o do ft h e o b j e c t o r i e n t e di nv i s u a lc + 十e n v i r o n m e n t t h et q e s h a sb e e nd e b u g g e d s u c c e s s f u l l y i t n o to n l yc a nb eu s e dt ot h ea s s e s s m e n to ft h eag e n e r a t et o w e rc r a n e ，b u ta l s oc a nb ea t o o lt ot h ec o n s t r u c t i o no fe sb a s e dr u l e t h et q e si sas t a n d a r dw i n d o w sp r o g r a m w h i c hh a sg o o ds t a b i l i t y , c o n v e n i e n c eo p e r a t i o n ，o p e n n e s s ，e x t e n d i b i l i t ye t c k e y w o r d s ：t o w e r c r a n e s a f e t ye x p e r ts y s t e m 西南交通大学研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 塔机的发展现状 1 1 1 国内堵- 朝蝴简述 在我国，塔机的生产已有3 0 多年的历史，经历了一个从测绘仿制发展到自 行设计制造的过程。在5 0 年代，为了满足经济建设的需要，引进了前苏联和东欧 一些国家的塔机，并进行仿制，1 9 5 4 年仿制了前民主德国的i 型塔机，并试制了t q 一2 型塔机。到了6 0 年代，我国进入了自行设计与制造塔机的阶段，红旗2 号塔机就 是我国最早的产品。1 9 6 5 年，我国已有生产厂1 0 余家，生产塔机3 6 0 多台，这些 塔机都是下回转动臂式的。7 0 年代起，由于建筑施工的需要，我国塔机进入了设 计提高、品种增多的新阶段。1 9 7 2 年为北京饭店施工，我国又自行设计制造了1 6 0 t i l 的附着式自升塔机，1 9 7 4 年为广州自云宾馆施工，又自行设计制造了4 0 t m 的内 爬式自升式塔机，1 9 7 5 年为满足高层建筑的需要，在上海自行设计制造了z t 1 2 0 附着式自升式塔机。进入8 0 年代以后，国家为了解决塔机替代进口产品，从法国 等国外引进了塔机技术，从而进入了塔机的快速发展时期，在吸收国外技术的基础 上，又研制了一批新产品，主要有q t p 6 0 ，q t k 6 0 ，q t 8 0 a ，q t 2 5 0 型等，其性 能已经接近国外7 0 年代水平i l l 。到了9 0 年代，随着国际塔机市场的回升，我国的 塔机事业也达到了蓬勃的发展，无论在先进性，还是安全性、使用性能、技术性能、 可靠性、人机关系等方面都有了极大的提高，塔机的产量已经达到7 0 0 0 台左右( 其 中井架塔机约占一半) ，生产厂家达到3 0 0 家左右1 2 1 ，出现了批能够生产优良产品 的国优名牌厂家，如北京机械厂、四川建机厂、江麓机械厂、沈阳建机厂、哈尔滨 工程机械厂、重庆建机厂、山东建机厂等。另外，一些乡镇企业也开始生产小型塔 机，使塔机市场更加走向了成熟。从产品角度而言，我国的塔机技术有了很大的发 展，协作配套关系初步形成格局，国产塔机开始向国外出口，参加国际市场的竞争， 这是我们发展的希望。但是，我们应该看到，我国的塔机生产与国外相比，无论是 生产规模还是质量水平，仍有较大的差距。 c h 1 9 6 0 5 7 9 96 西南交通大学研究生学位论文第2 页 1 1 2 国外塔机发展筒述 塔机起源于欧洲，半个多世纪以来，技术不断进步，工作性能不断提高。从 6 0 年代到7 0 年代，国外塔机从品种、型号和产量都在增加。各厂家无不精工细琢， 对塔机的性能进行完善。设计和制造塔机的欧洲国家有前西德、法、英、意、西班 牙、丹麦、瑞典、前苏联等，除欧洲国家外，美国、日本等国也研制和批量生产。 其中比较著名的世界性大生产厂家有：德国的利波海尔公司、沃尔夫公司、法国的 波坦公司、日本的1 l , j l l 公司等口l 。概括来说，国外塔机的发展有以下几个方面： 1 ) 产品的工作能力不断提高，包括塔机的起重能力和起重臂的不断增长以 及工作速度的提高。 2 ) 产品的适用性不断增强，塔机由单一用途向多用途发展。 3 ) 产品的品种越来越多。实现系列化。 4 ) 产品的快速组装。 5 ) 配件的标准化。欧洲的一些塔机企业已经生产了一些组装塔机，通过尽 量少的标准配件组合来组装尽量多类型的塔机。 6 ) 产品的科技含量越来越高。8 0 年代末以来，塔机的技术动向主要有：微 电子技术的应用，液压技术的进一步应用和安全装置的进一步完善【4 l 。 1 2 塔机事故综述 1 2 1 国内塔机事敬综述 ( 1 ) 一些有关塔机事故的数字统计 为了让大家更加深刻地了解塔机事故的状况及其危害性，在此列出一些有关 的数据： 1 ) 辽宁省十年起重伤害事故的分析，1 9 7 9 1 9 8 8 年的十年中，辽宁省工业企 业的起重伤害事故的死亡人数，占全省工业企业死亡事故总人数的比例较大。其变 化情况如表2 1 所示。该十年可分为三个阶段。1 9 7 9 - 1 9 8 3 年，每年的起重事故平 均为3 2 2 起，死亡人数平均为3 3 6 人，占全省工业企业死亡人数的8 3 ：1 9 8 4 - 1 9 8 6 年，起重伤害事故出现了大幅度上升的趋势。平均每年发生4 9 起，死亡4 9 7 人， 占同期工业企业总人数的1 5 1 ；1 9 8 7 1 9 8 8 年呈下降的趋势，特别是1 9 8 8 年比1 9 8 7 年下降了1 5 7 ，但从占工业企业死亡总人数的比例看，仍呈上升的趋势，1 9 8 7 c h o e l 9 6 0 5 7 9 9 6 西南交通大学研究生学位论文第3 页 年占1 8 2 ，1 9 8 8 年占1 9 7 ，其中塔机死亡人数占的比例基本为1 2 2 ，而建筑 行业的死亡人数占全省死亡人数的比例最高为2 9 4 t ”。 表1 11 9 7 9 1 9 8 8 年十年中辽宁省起重伤害事故 年份 1 9 7 91 9 8 01 9 8 l1 9 8 21 9 8 31 9 8 41 9 8 51 9 8 61 9 8 71 9 8 8 全部工业 3 8 53 0 94 5 54 6 84 1 23 3 93 3 l3 3 22 8 02 1 9 企业死亡 人数 起重业死 3 83 33 23 l3 44 l5 05 85 l4 3 亡人数 2 ) 1 9 8 8 年北京因起重伤害造成的死亡事故占全年因工死亡人数的1 0 2 0 左右1 6 j 口 3 ) 某钢铁公司从建国至1 9 8 6 年，起重伤害死亡1 2 9 人，占全部因工死亡人 数的1 2 4 ，每年损失3 3 4 8 万元，其中起重伤害造成的经济损失超过4 1 5 万元。1 9 8 5 年干人死亡率为2 1 人i “。 4 ) 1 9 8 4 年劳动部制订特殊工种作业标准时所作的统计调查表明：起重伤害 起数占3 2 9 2 ，死亡人数占2 1 4 嘣1 。 5 ) 根据北京、上海、辽宁等八省市的不完全统计，某三年的塔机发生的重 大事故1 3 5 起，死亡1 1 人，伤1 2 人 6 i 。 由于时间以及资料所限，对最新的统计数据暂缺。 ( 2 ) 塔机事故的分类及原因分析 由于塔机事故发生的多样性及复杂性，用某一种方法很难分析清楚事故的原 因，因此在这里将要按照多种方法，从多个角度进行分析。 就1 9 8 7 年1 2 0 0 例塔机事故分类1 4 1 1 7 1 ，分类表如1 2 所示。 据资料f 8 】提供，经过对3 0 0 余起塔机安全事故进行调查，分析结果如表l _ 3 所示l ”。 由表中提供的数据可以看出：塔机最严重的倒塔事故在所有事故中占的比例 最高，竟达到5 0 左右。 c h 1 9 6 0 5 7 9 9 6 西南交通大学研究生学位论文第4 页 表1 2塔机事故分类( 1 ) 塔机事故分类 整机倾翻 5 2 起重臂断折或碰毁 1 8 塔身断折或底架碰毁 2 7 塔机出轨 2 机构损坏 l 表1 3塔机事故分类( 2 ) 塔机事故分类 塔机整机倾倒 5 4 塔身折断或受伤 2 0 起重臂折断或受损 1 5 工作机构损坏 1 0 塔枇亍走出轨 8 其它 2 从宏观角度来讲，造成塔机重大事故的原因大体有以下几种： 1 ) 由于设计原因引发的事故约占1 0 ，这部分塔机设计时未完全执行 ，“建筑塔式起重机安全规程 等有关国际标准，安全性差， 技术落后，造成塔机的先天性不足。 2 ) 因制造方面的原因引发的事故约占2 0 1 9 ，这些塔机制造质量差，关键部 位错用材料，焊缝质量差等，给塔机种下了事故的种子。 1 9 9 5 年5 月8 日，辽宁省盘锦市某建筑工地的一台t q 一1 6 型塔机，在作业 过程中突然塔身折断，吊车司机在塔机倾倒的过程中随司机室一起脱离塔身，坠落 身亡。事故发生时，该塔机吊运的重量为3 2 8 k g ，幅度为2 3 m ，风向为南风，风力 为6 级，操作方面没有造成事故的原因。经分析调查，塔机的轴承座存在缺陷是事 故发生的直接原因，但主要原因是设计与制造方面的。该塔机回转机构的减速器采 用了带有自锁性质的蜗杆传动，但却没有设计、安装极限转矩联轴器，故无法限制 回转机构的过载，也就无法防止事故的发生，是未执行g b l 3 7 5 2 - 9 2 塔式起重机设 c h 0 0 1 9 6 0 5 7 9 9 6 西南交通大学研究生学位论文第5 页 计规范的第6 2 3 ，5 条规定：“对于能自锁的回转传动机构应装设极限转矩联轴器， 极限转矩联轴器的极限转矩应保证回转机构在传动和制动过程中不打滑，只有在过 载的情况下才开始打滑”的结果，同时g b 6 0 6 7 8 5 起重机械安全规程的第4 2 1 l 条和g b 5 1 4 4 塔式起重机安全规程的第4 3 条也作了这样的要求，而且该塔机的主 要受力构件直塔腹杆采用了低于q 2 3 5 的材料，降低了塔机的承载能力，塔机的主 要受力杆件选用的尺寸也与原设计不符。还有g b 6 0 6 7 8 5 起重机械安全规程的第 1 1 4 条规定“司机室必须安全可靠、司机室与悬挂式支承必须牢固”，而塔机司机 室的底部中间只有一个2 5 2 5 3 的角钢，用厚木板铺在上面。司机室、塔身和 支承秆都没有螺栓孔用于固定司机室，只能采用捆绑方式固定司机室。司机室一侧 焊有一个挂环，在事故发生时被拉断了，可见司机室设计的固定方式不合理，司机 在这样的危险环境下工作，在事故发生时未能幸免于难( i o l 。 1 9 8 9 年四川建筑机械厂生产的h 3 3 6 b 塔机是引进法国波坦公司的制造技术 的产品，其塔身标准节采用了一种新颖的、简便的鱼尾板联接销的接头型式。从设 计角度讲，塔身所受的扭转力矩是以剪力的形式通过鱼尾板传递的，法方设计计算 资料对联接销轴的校核也只考虑在拉力状态下剪力的影响，但实际发生的联接销退 出、立销( 保险销) 弯曲的故障却证实了确有一与销轴同方向的轴向力在起作用】。 以上两起事故是典型的设计和制造方面的原因。这方面的事故隐患仍有很 多，比如g b 9 4 6 2 之4 5 ，3 1 规定“对动臂变幅的起重机，应装设最小幅度限位器 和防止臂架反弹后倾的装置”。但几家生产动臂塔机企业的产品基本上不具有该保 护装置，并且也确实发生过多次此类事故。另外g b 5 1 4 4 之3 1 2 条规定“要装设 防止上部设备的零件坠落下来的防护罩网，并要在构造上采取有效的措施，避免零 件下落，应设置使小芋运行时不脱轨的装置，既使轮轴断裂小车也不应有跌落的可 能性”。国内只有极少数的塔机具有此类装置，湖北曾发生过因小车坠落造成两人 死亡的重大事故口l 。 3 ) 因使用方面的原因引起的事故约占7 0 ，这方面的事故的随机性大、种 类多，较难控制。主要是用户不严格执行 等规章制 度，违章操作、违章装拆等所致。下面按照几个方面进行一些初步的分析。 安全保护装置没有或无效、违章操作或误操作、拆装过程事故、管理不当、 环境因素、设备保养与维护、电气故障等。 西南交通大学研究生学位论文第6 页 g b 3 8 1 1 - 8 5 的第2 4 条对起重机的安全保护作了明确的 规定：“为了保证起重机安全可靠的工作，起重机应装设相应的安全装置，如制动 器、缓冲器、防风夹轨器、起升载荷限制器、力矩限制器、行程限制器、锚定装置 以及电气保护装置等”，这些是从设计上考虑的塔机自身的安全保护系统。这些安 全系统的完备性、适用性直接影响着塔机安全。g b 5 1 4 4 _ 8 5 和g b 9 4 6 2 明确规定了塔机应安装的几种安全保护装置，如制动 器、缓冲器、防风夹轨器、起升载荷限制器、力矩限制器、行程限制器、锚定装置 以及电气保护装置等。但是，有的塔机缺乏完整的安全保护装置，而有的虽然安装 了却不能正常起作用，因此当出现事故预兆时，不能报警或停机，从而酿成了事故。 资料 1 2 】的调查表明：被调查的4 0 塔机变幅小车限位失效。资料 1 3 的调查表明： 对所调查的1 l 台塔机，绝大多数塔机在限位开关被碰撞以后，脱离碰撞板又能重 新接通电源，之后才碰撞止挡装置。显然，这种现象是不利于安全运行的，资料中 还提到一起事故就是该塔机的限位开关( l x l 0 1 2 ) 没有正常起作用，造成了塔机的 脱轨事故。在这些安全装置中，起重力矩限制器失灵造成的事故比较多。1 9 9 3 年 重庆市市中心发生了一起倒塔事故，死亡惨重，主要原因是力矩限制器未接线，超 载后发生事故。1 9 9 5 年江麓某厂一台塔机在长沙开发区倒塌，其原因是力矩限制 器被拆除又加上超载。安全装置方面的事故较多，这里就不再一叙述。 塔机的许多事故是由于违章操作或误操作所致。上面提到的两起事故也有违 章操作的因素。某单位非司机开车，不响铃开车，结果把在轨道上进行维修的工人 压伤。1 9 8 8 年1 0 月1 9 日上午9 时，北京某机械施工公司安装队在检修t q 8 0 b 型 塔机时，为更换起重臂拉板销子，准备先把平衡重取下再换拉板销子，因汽车开不 过来，于是提出在不取下平衡重的条件下更换拉板销子，把起重臂与起重绳连接在 一起，然后用汽车吊起起重臂，打开起重臂垃板销子。在放下吊臂时，由于平衡重 产生的向后倾翻力矩很大，使塔机失去平衡引起乎衡臂连同塔尖一起坠落，造成一 人死亡、一人重伤、两人轻伤的事故，经济损失3 万元左右【7 1 。 1 9 8 5 年杭州烟厂工地使用的一台t q 4 0 t m 塔机，在下班前作停机准备工作， 操作手将驾驶室下降后，随即将起重吊钩开关打开，一面把手伸出驾驶室外，帮助 指挥员整理驾驶室的升降电线，准备将吊钩升到离地面2 0 2 5 米高处下班。此刻， 操作手由于整理电线而忘了关吊钩开关，结果，吊钩继续上升，造成了吊臂超过垂 c h o o l 舶晒7 9 9 6 西南交通大学研究生学位论文第7 页 直线向后倾翻倒下的重大事故1 1 4 】。 1 9 9 2 年南京发生起因回转机构输出轴断裂，小齿轮坠落造成一人死亡的事 故，事故的原因是由于司机越级换档起升机构换档冲击过大，造成钢丝绳脱槽断 裂引发了事故【9 l 。 塔机事故中另一类比较多的事故是安装和拆除方面的事故。塔机由于自身重 量大，属高空作业，危险性大，技术性强，在塔机事故中，拆装过程中发生的事故 占相当大的比例，且都是一些比较大型的事故。事故的主要原因是违章操作，有的 塔机拆装不是请专业的安装队伍完成而是由非专业的人员来完成，由于安装人员的 素质不高，没有编制安装方案的能力，没有进行方案选择和力学计算的能力等，只 能盲目干或仅凭一些经验干，去应付作业过程中的新问题或特殊问题，发生事故是 必然的。有的塔机拆装没有严格按照程序进行，没有遵照规程工作，发生事故也是 必然的。有的安装质量不合标准，为工作留下了事故隐患，也就不能保证工作的顺 利进行。1 9 8 4 年4 月，杭州丝绸工学院实验工厂使用的t q l o t m 塔机，在一次 作业中发生了塔身折塔事故，经调查是由于安装时误用的不相配的螺母丝扣被破坏 所致”j 。 四川省某建筑企业在使用租用的1 6 t 汽车吊拆卸自升式塔机时，发生汽车吊 吊索脱钩，打死3 人、打伤多人的重大伤亡事故。经分析，是出于吊卸塔身时，吊 点选择失误，起重臂失去平衡，加上原来吊索与吊物之间的夹角太d , ( 2 1 2 2 。) ，致 使事故发生f l ”。安装方面有关的事故还表现在地基及轨道等基础的质量方面，资料 1 2 】的调查表明：被调查的塔机中有6 0 的塔机基础无浇捣验收签字。1 9 7 3 年9 月， 某工地安装q t 2 6 型塔机时，小地锚枕木腐朽而脱出，造成倒塔事故【7 1 。 塔机的一些事故的原因应该归枯于管理方面的不足和错误。主管单位和安全 部门对工作人员的培训不够，对各项规章制度的理解和施行不够以及对工作现场的 管理不够等都为事故的发生埋下了隐患。有的企业制度不健全，工作人员无章可循， 只好凭个人经验进行作业，易出差错。有的企业未施行专人专机，加上各厂机型不 同，操作手柄布置不一，所以司机代班时就有可能操作失误。有的工地为了工作需 要，把一些工作人员临时组合作业，使指挥、司机、捆绑人员不易协调一致，有的 非专业人员或领导临时充当作业人员，不免出现错误和事故。某企业领导在一次塔 机安装时进行现场指挥，错误的指挥造成了倒塔的大事故。有的企业不注重检修管 c h 1 9 6 0 5 7 9 96 西南交通大学研究生学位论文第8 页 理，没能把事故隐患消灭在萌芽状态等。 由于环境因素造成的事故也有一些。这些环境因素包括风、地面状态、气候、 工地的周围环境是否有电线、是否有其他的建筑物、是否有街道等。1 9 6 7 年，某 水泥筒仓库工地，司机下班后用夹轨钳把q t 2 6 型塔机夹紧固定，夜里刮起了9 级台风，结果把夹轨器两螺栓切断，塔机被风吹走，塔机出轨整机摔坏m 。 设备的保养与维护方面的事故比较多。现在的塔机品种繁多，年代不，由 于工作在比较恶劣的环境，风化、锈蚀、变形、磨损使塔机已经达不到原来的设计 要求，因此塔机的保养与维修就变得极其重要。合理的维修与保养是及早发现并清 除事故隐患，保证设备完好率，使系统性故障得到控制的有效措施，但是有的企业 不按制度办事，结果引发了许多的事故。1 9 9 4 年7 月5 目，南京市迈皋桥金港工 地一台在用的q t z l 0 0 型塔机，其第一二节臂下弦杆的联接销轴脱落，导致折臂。 折臂后，臂架毁坏，驾驶室被压扁( 司机侥幸脱险) ，部分金属构件产生了严重变形， 直接损失达2 0 余万元。经勘测分析，是平时检查不够，销锁片脱落引起的结果0 6 】。 】9 9 1 年某单位的一台q r s 0 a 塔机的回转驱动齿轮轴断裂失效，经过调查发现：环 境温度为一2 4 ，超出产品要求的工作最低温度一2 0 。另外，润滑油脂采用的 是夏季油脂，同时发现回转驱动齿轮轴的轴颈为7 0 m m ，严重低于究好轴颈8 0 r a m 的要求，这是典型的保养和维护方面的事故m j 。 电气方面的事故相对较少，人们往往疏忽的是塔机的接地问题，资料 1 2 】的 调查表明：被调查的塔机中有4 0 的塔机的塔身或轨道的接地电阻大于4 q ，甚至 有的大于1 0 q 或接地体不导通。 由于塔机事故的复杂性及多样性，塔机事故很难准确的分类，以上的分类方 法不一定科学。但这里的目的只是为了说明塔机事故的大致情况以及它的危害性。 事实上，很多塔机的事故是由于综合因素造成的，但就其主要原因来说，因超载、 安全保护装置失效、违章操作和拆装方面的事故最多。资料【7 】就事故发生的原因 进行分类如表1 4 ，供参考。 1 2 2 国外塔机事故概况 二次世界大战以后，国外的塔机随着数量的增加，塔机安全事故也在不断的 增加，特别是5 0 年代和6 0 年代，国外的塔机事故更是惊人。到了八、九十年代， 事故率大大降低，但占全部职业伤害的比例较高，比如德国1 9 8 8 年，平均每于名 c h o o i 9 6 0 5 7 。9 9 6 西南交通大学研究生学位论文第9 页 职工中，有6 1 人受伤，其中建筑业为1 2 0 人，为最多，制材业为1 1 2 人，建材业 为7 9 人，冶金为7 3 人，交通为6 3 人；1 9 8 9 年，全国平均每千名职工中，有6 3 人受伤，其中建筑业为1 1 8 人；1 9 9 1 年，平均每千名职工中，有6 1 人受伤，其中 建筑业为1 2 0 人。比利时全国的职工，每年平均为9 人中有一人受伤，而建筑业平 均5 人中有一人受伤。德国建筑业每年因工死亡约4 0 0 人，比利时约4 0 人，其中 死于上下班的约占3 0 。除去这一部分发生在工地的工伤事故外，万人死亡率为 1 4 【1 ”。日本1 9 9 2 年、1 9 9 3 年按休息4 天以上的工伤事故计算，建筑行业占2 8 7 ， 死亡人数占4 2 2 ，占第一位【1 9 1 ，据资料 2 0 l 统计：韩国1 9 9 1 年、1 9 9 2 年在各行 各业中，建筑事故占的比例高达3 4 9 1 ，占第一。 由于资料所限，对塔机事故的具体情况分析尚缺。仅提供这些数据以供参考。 表1 4塔机事故分类( 3 ) 塔机事故原因 超载 5 5 违章操作 1 2 轨道铺设质量不符合要求 9 设计及制造质量低劣 8 安装事故 4 风灾 4 其它 8 1 3 塔机安全问题的现有解决方法 1 3 1 有关管理部门和规章制度简介 塔机是施工单位的主要生产装备，塔机的安全管理受到国家有关部门的高度 重视，从国务院、劳动部、国家建委、城乡建设环境保护部到省市各级劳动生产管 理部门，以及各科研部门都很重视塔机的安全管理，另外还设置了各级监察机构体 系以实现对塔机的进一步管理和监督。同时国家和有关部门还制定了比较健全的规 章制度，形成了我国的劳动安全卫生法规体系。其中我国的劳动安全卫生法是根本 法，主要规定国家职业安全卫生政策的目标；国家和企业的责任和义务；对劳动者 安全卫生的保护水平、劳动者的权力、国家监察、职业安全卫生保障、安全卫生服 c 2 l i 9 6 z 蛆6 西南交通大学研究生学位论文第10 页 务机构与教育等。依据劳动安全卫生法的原则和规定制定了各类技术和卫生标准 1 2 1 。适用于塔机的安全管理的有关法规有：起重机械安全规程，起重吊运指挥 信号，起重机司机安全考核标准，生产设备安全卫生设计总则等，1 9 9 1 年3 月又颁发了起重机械安全监察规定，建筑塔式起重机安全规程等一系列有关 的重要文件。这些规章制度的推出，使塔机的安全管理和使用有法可依，为塔机的 安全管理起到了积极的推动作用。而且，随着市场经济体制的建立和社会保障工作 的进步，工伤和职业病的社会保险将在改善安全卫生状况，保护工人健康方面发挥 越来越大的作用。各级职业安全卫生培训和国家级的职业安全卫生研究中心以及监 察中心，承担培训工作人员、提供信息资源、技术支持和专业咨询服务，承担关键 性课题的研究以及一些事故的分析与处理等工作，对安全卫生工作的规范化、合理 化、技术化提供了保障。我国的安全监察机构体系对开展国家监察、保证安全生产 也起到了一定的作用。但同时，由于法规、机构及运行机制尚不够系统、完善，监 察的力度和质量还待加强，尤其是转换为市场经济模式后，计划经济体制下产生的 监察体制已不适应社会、经济发展的形势。近年来重大伤亡事故连续发生，安全卫 生工作相对削弱，这与安全卫生监察不力有一定的关系。目前安全卫生监察上主要 有以下几方面的问题： 1 ) 法制建设不够，现有的法规中只有目标而缺乏具体的程序和可操作的技 术规定等。 2 ) 监察机构重叠、职权分散、政出多门，使企业无法适从。 3 ) 监察员的数量不足、素质偏低，缺乏规范的招聘、培训和考核标准。 4 ) 罚责过轻，不具有威慑力。 5 ) 宣传不够，没有给国家监督树立权威，又不能对违法者造成舆论压力。 6 ) 技术检测部门与监察机构脱节。 7 ) 对三资企业、乡镇企业、个体私营企业的监察缺乏具体对策 2 2 1 。 相对而言，国外一些发达国家的监察体制要完善和规范得多，国外的监察体 制是具体的规定在国家职业安全卫生法或劳动保护法之内，具有充分的法律依据和 可操作的执行标准。国外监察机构都是在劳动部门的统一领导下形成垂直的体系， 充分体现国家监察的独立性和权威性。国外监察活动是按照监察机构自己拟定的优 先顺序和重点部门，依照法定程序，事先不通知雇主，视察中监察员由工人代表陪 西南交通大学研究生学位论文第1l 页 同，在厂区内活动，与安技人员讨论，视察结果以书面形式通知雇主。监察员以公 诉人对违法当事人申诉到法庭审判，违法的改正要得到当事人监察员的认可。国外 监察员的工作是以包括安全设备检查和生产环境监测的评价在内的预防监督和技术 咨询为主，监察活动以监察员为核心，监察对象为雇主，监察员和雇主没有任何组 织和行政上的关系，违法受罚对象也是雇主个人。国外安全卫生法对违法行为的法 则规定明确；对专门从事监察执法的技术人员有严格的聘用、培训、考察程序，有 法律规定的多方面处理监察事物的权力，也负有保证监察范围内安全卫生的责任 2 2 1 。就德国的安全卫生工作而言，德国的相关法规严密、具体，德国的宪法和民法 都有明确的规定，德国的宪法规定：“每个人都有权使自己的生命和健康不受损 害”，建筑行业从施工现场、各道工序、机械设备、架设工具、尘毒作业到个人防 护、监督管理等都有规定，内容繁多，又十分具体。企业要求按照劳动保护的法规 和标准组织生产，雇主对企业的安全生产负全面责任。同时，德国政府授予建筑业 联合会负责实施施工安全生产的行业管理的政府职能，联合会以工伤和疾病保险为 核心开展工作。他们的监察工作由劳动安全处负责，配备专职的安全监督员，开展 施工的安全监督工作。他们的专业培训和科研预防工作体制也相当完善。 1 3 2 塔机安全问题的现有解决方法 除了上面提到的国家有关部门的法制政策和宏观管理之外，在塔机的安全性 及事故预防、处理等问题上，国家和地方各级管理部门以及旋工单位，科研部门都 做了很多有效的工作，这里根据有关资料分析归纳如下。 ( 1 ) 利用科学技术提高塔机的安全可靠性 一方面从整体角度讲，通过设计和生产优质安全可靠的塔机以适应市场的要 求，另方面对原有的老式设备进行技术改造以提高其安全性能。8 0 年代初，我 国引进法国的塔机技术后生产的塔机的制动可靠性就要比原先的国产的塔机的要 好。9 0 年代以来，通过许多科研部门和生产厂家的共同努力，所生产的塔机的综 合性能明显比8 0 年代的塔机又有大大的提高。在国外，塔机技术的变化就更加明 显。塔机控制中出现的遥控技术、无级调速技术都对塔机的操作安全增加了可靠性， 加上微机和电子技术的引入，出现了许多种优秀的安全装置和诊断系统，如利波海 尔公司采用的l i t r o n i c 系统，是一种电子式显示监控系统，它通过塔机实际工作时 所发生的信号和预先储存的安全工作数值进行比较，达到报警的目的。丹麦的克劳 c b 1 蚴5 7 9 9 6 西南交通大学研究生学位论文第12 页 尔公司研制的p l c 控制系统能不断显示塔机的起重量、起重力矩、起升高度和工 作幅度，并能显示风速和故障信息。法国华尔夫公司采用的p l c s 控制系统，能对 各工作机构进行监控，并自动诊断故障【l “。在对老设备的改造方面，我国的许多企 业做得很有成效，如为老式的塔机安装新式的安全保护装置，对一些不合理的零部 件进行改造等。如资料 1 1 】中提到的对h 3 3 6 b 塔机的立销进行改造，将原来采用 的3 5 号钢正火改为4 0 c r 调质，增大销强度，阻止了联接销的退出，因而避免了原 来的销外串故障的再次发生，提高了塔机的安全性。 ( 2 ) 塔机的常规安全管理 塔机的常规安全管理，是要制定和落实以下的规程和管理制度：1 ) 安全技 术操作规程；2 ) 设备租赁制度；3 ) 点检定修制度；4 ) 交接班铝4 度：5 ) 设备检修 规程；6 ) 设备档案制度等。在塔机的明显位置应挂上清晰的金属招牌，主要包括 塔机的名称、型号、额定重量能力、主要技术参数、制造厂、出厂日期等。具体内 容应包括：1 ) 进行塔机的安全检测、经常性检查、定期检查、设备大检查、安全 检查等，通过它可发现塔机在管理、使用、维修中所存在的问题和缺陷，将塔机上 的这些信息进行归纳、汇总、处理，对塔机使用作出安全性评价，同时对安全隐患 迅速组织力量进行重点整改；2 ) 认真落实塔机的各种检修制度要求，要严格防 止不具备修理能力的单位进行修复，以及任何取消、代换重要零部件，如销予、销 轴、高强度螺栓、地脚螺栓等，甚至随意气割、火焰矫正、焊补破坏钢结构完整性 的行为，修理时必须由有经验的技术人员制定方案，按照合理的修理工艺进行修理， 修理后应严格检查，还要经过试验、验收合格后，才能继续投入使用【9 】；3 ) 抓好 塔机的人员配置管理和塔机的设备管理，塔机的设备管理就是用科学的方法合理装 备、择优选购、正确使用、精心维护、修理适时更新，不断完善、提高施工企业装 备素质，发挥塔机效能，使塔机处于良好的技术状况之下正常运转，消除其本身和 人为的不安全因素，塔机的人员配置管理主要是指塔机的岗位责任制和交接班制 度，提高职工的责任感和安全意识，便于保证塔机的工作质量，消除小故障，便于 发现设备缺陷和故障隐患，为专业修理提供记录和资料，使设备管理工作得到进一 步的加强i ”i 。4 ) 在使用中做好塔机的维护保养工作，塔机的许多事故是由于日常 维护不够造成的，每次工作前的合理检查、润滑、试运行，以及对偶然事件的合理 对待等。 西南交通大学研究生学位论文第l3 页 ( 3 ) 加强安全教育和技术培训 提高职工和管理人员的综合素质和安全意识，以适应现代塔机的发展趋势， 从而更好的认识塔机、使用塔机。比如，日本起重机学会设有起重机安全委员会， 负责制订有关部门起重机的安全规程，举办安全技术讲座、训练班，开展安全竞赛 等。 ( 4 ) 事故分析，具体工作中的许多事故很典型，有的单位通过对这些事故 的分析、研究、讨论、学习、通报处理等手段加强安全管理，比较常见的是当事故 发生后，相关单位参与调查、分析，开事故分析会，然后进行处理，这无论对当事 人或参与者都是一次良好的安全受教育机会，通过通报以及相关杂志、报刊的报道、 讨论，更增加了安全宣传的效果。 ( 5 ) 现代方法的应用 这包括人工智能的应用、模糊评价系统的应用、人机工程学的应用等。 人工智能在建筑业已经有定程度的应用。在日本的建筑行业中，已经有多 种多样的工业机器人存在，代替塔机工作的机器人到目前为止还未见报道。但是在 塔机工作系统中，已有事例，如：进行吊钩的摘挂作业等口“。机器人的使用对提高 作业的可靠性、安全性都有很大的帮助。人工智能在建筑行业的另一方面应用是专 家系统，这在其他建筑机械中已经有先例，如工程机械液压系统故障诊断专家系统 2 6 1 ，可以利用专家水平的知识和经验，高效、迅速地帮助用户找到故障的原因、部 位，并提出响应的处理措施；事故预测专家系统【2 7 j 可以进行事故预测等。 模糊数学及相关学科的兴起，使许多问题的解决又有了新的思路和方法。在 建筑机械的安全管理中，模糊评价在安全管理中的应用克服了以往方法存在的缺 点，不仅能考虑各种影响因素的性质和多少，还能考虑各种因素的重要程度，为合 理地、准确地评价建筑机械的性能提供了科学的依据脚j 。但是，目前在塔机的安全 管理中还没有类似的系统出现。 人机工程学是把操作人和被操作的机器以及环境看成一个整体系统来考虑、 对待的一门系统学科。故障树分析就是人机工程学在故障分析中的一种应用。塔机 在旌工过程中，任何一种事故的产生，均由多种原因造成，将这些原因按照内在的 逻辑关系和重要程度的次序排列，分别用大枝、中枝和小枝图形表示出来，即为事 故的因果分析树，简称事故树。运用事故树，可一目了然地观察出各种事故模型和 c h 0 0 1 9 6 7 9 9 6 西南交通大学研究生学位论文第1 4 页 产生事故的原因和主要隐患，有利于拟定措施、制定政策、预防事故的发生口9 1 。 ( 6 ) 新管理制度的尝试和实现 大家应该对塔机的租赁制度的实行印象深刻，塔机的租赁曾经改善了塔机的 使用和管理，证明租赁管理的有效性。同样，在塔机的管理中，都在努力探索更有 效的管理方法来提高塔机的使用效率和安全性。在现场管理中，也一定存在着比较 优秀的管理方式，由于时间有限及资料有限，这里不再叙述。 1 3 3 对塔机安全问题现有解决方案的初步分析 在塔机的实际使用中，以上几种方法各单位基本上都兼而有之，这些方法的 综合作用保证了塔机的安全使用，极大程度地减少了各种事故的发生，是应该认真 落实执行的。但同时应该看到，塔机的事故率依然很高，至于事故的发生原因前面 已经作过初步分析，其中有各种方法的不完备性的因素，主要的因素应该是操作中 和管理中人为的因素太多，许多规章制度没有能够认真落实执行，加上人本身的众 多自然条件因素，如情绪、身体素质、生理周期等，塔机的安全性就不能很好的保 证。为此，首先对目前的安全处理方法做一个初步分析。 1 ) 从分析问题的角度来看，塔机安全问题应该从憋体角度出发，而不应该 只考虑其中的部分。应该利用安全人机工程学的理论，从系统角度出发。安全人 机工程学的研究对象是人一枫环境系统，是专门研究工业生产构成和村l 器的安全问 题，即从安全的观点出发，运用人机工程学、机械工程学、可靠性等理论，为设计 制造出安全可靠的机器提供安全技术资料，并对机器结构设计、信息显示及控制设 计提出基本安全要求和合理准则。在人机系统中，人始终起着核心和主导作用，机 器起着安全可靠的保证作用。解决安全问题的根本方向是实现生产过程的机械化， 让工业机器人代替人的部分危险操作，从根本上把人从危险环境中彻底解放出来 3 0 j 。但是，在使用中