基于現場檢驗的架橋機安全評估風險預判

范雪騏 薛志鋼 蘇文勝 巫 波 胡東明 吉麗明

1 江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院無錫分院 2 國家橋門式起重機械產品質量監督檢驗中心

1 引言

隨著高鐵的大量建設，用于高鐵建設的設備架橋機也被廣泛關注。架橋機的主要作用是架設高鐵上起支撐作用的箱梁，其安全使用對高鐵的建設起著至關重要的作用。近年來，隨著架橋機的廣泛應用，由于人員違規操作、違規指揮、監管不力、設備陳舊等原因造成事故頻繁發生，因此學者提出了架橋機安全評估的必要性[1]。《架橋機安全規程》[2]中明確了架橋機使用達到以下條件之一要對其進行安全評估：架梁片數達到1 000孔/2 000片/3 000節，安裝拆卸專場次數4次，出廠年限達到5 a。檢驗的內容應包括承載結構、機械系統、液壓系統、電氣系統、安全系統。但是在實際安全評估中，缺少安全評估的風險預判。安全評估主要的過程依次為：風險辨識、高風險項目提供檢測方案、確認風險狀況、提出整改措施消除或減低風險、確定最終風險等級、風險確認。風險辨識和高風險檢測方案的制定是安全評估的首要任務，也是安全評估后續工作的基礎。本文基于架橋現場檢驗的現狀，結合橋式起重機檢驗的方法對架橋機的風險辨識進行研究，并制定了架橋機的檢測方案。

2 架橋機的現狀

根據架橋機作業環境的不確定性，我國研發了眾多品種的架橋機，但是其工作類型大致相似，分為架梁和過孔2種工況，架橋機不同的系統協調參與，保證2個工況安全有序地進行，一旦某個系統的設備出現問題都有發生事故的風險。

2.1 承載結構

架橋機的承載結構是其他系統的支撐平臺，是橋梁得以安裝的支撐部件。承載結構主要由支腿、主梁、導梁結構組成。由于架橋機是露天作業，積水和腐蝕在架橋機中普遍存在，會導致主梁板的厚度減少，進而降低主梁的承載能力。此外，連接主梁、扁擔梁的螺栓松動、斷裂、規格不統一現象也普遍存在。小車軌道是小車行走的基礎，軌道之間的縫隙較大，同時還存在軌道在連接處高低不平、小車啃軌、軌道多處拼接的現象。

通過應變測試的方法對主梁承載能力進行評價，可選擇電阻式或光纖式應變傳感器。某架橋機吊裝應力時程曲線見圖1。該架橋機的最危險工況兩小車分別在前主梁和后主梁中間位置附近，此外在架梁過程中，小車移動和機構升降都比較慢，對結構應力放大作用不明顯。過孔過程結構應力時程曲線見圖2，在此過程中結構剛度降低，并且臨時軌道較差的平整度激勵結構振動，使結構表現出應力放大效應，此外還應對過孔過程中的動剛度測試，保證該響應不會降低駕駛員的舒適度，進而影響駕駛員的操作。

圖1 吊裝應力時程曲線

圖2 過孔應力時程曲線

2.2 機械系統

機械系統主要是架橋機的傳動系統。相比于橋式起重機，架橋機的流動性比較大，故銷軸缺失、無效銷軸、聯軸器的螺栓松動等現象較為明顯。部分減速機在使用過程中存在響動，可以利用振動的方法對減速機內部的早期故障進行識別，還可以通過對軸是否對中、螺栓是否松動進行診斷。此外，承托鋼絲繩的托輥滾動不暢，會造成鋼絲繩在托輥上磨損，磨損嚴重的托輥出現較深的磨痕，會嚴重磨損鋼絲繩，降低鋼絲繩的使用壽命；導線繩缺失會造成導線無法正常滑動。

2.3 液壓系統

液壓系統主要應用在架橋支腿的升降、控制扁擔梁橫移運動、安全制動器開閘等方面。漏油是架橋機液壓系統普遍存在的現象，主要出現在換向閥、液壓推桿、管路等部位。

2.4 電氣系統

架橋機的電氣系統主要作用是控制、監控各個傳動系統和液壓系統，是架橋機得以運轉的核心。短路、過流、零位、失壓等保護、聯鎖保護裝置和急停開關在絕大多數的架橋機上都能夠有效使用。但許多電控柜接地保護大多缺失，通過測試發現絕緣電阻不足。

2.5 安全系統

安全系統是保障架橋機健康運營、保護工作人員安全的重要部分。但是在實際檢驗過程中發現，大多數的安全監控系統處于無效狀態，或者監控系統中某些監控量無法正常工作。此外，安全保護裝置的傳感器沒有安裝、安裝不當或者無法正常工作的現象普遍存在，如風速傳感器安裝在司機室上面、安全制動器開關傳感器缺失、重量傳感器無法顯示重量、某些止擋部件、緩沖裝置缺失、使用外力將接觸器強制吸合等；架橋機電動葫蘆上導繩器缺失、吊鉤防脫裝置缺失現象也普通存在。

3 架橋機安全評估方案設計

基于以上的風險分析，結合橋式起重機的特點，制定架橋機安全評估方案，包括資料審查、整機和機械性能檢測、電氣系統、液壓系統、安全裝置、運行試驗7個部分。

資料審查主要是檢查設備的歷史使用狀況和自身的相關參數，包括制造許可證、出廠合格證、使用說明書、基本信息與資料表、主要技術參數表、使用記錄、維修保養記錄、事故記錄等，檢查以上資料信息是否齊全，記錄是否完整。

整機和機械性能的檢測主要是檢測架橋機的整體外觀和功能性檢查，檢驗的項目包括：主要鋼結構是否有可見的變形、裂紋和腐蝕；連接螺栓和銷軸是否牢固和固定可靠，型號規格是否正確；主要焊接外觀不得有目測可見的裂紋、孔穴、固體夾渣等缺陷；同時仔細檢查焊接邊緣板材有無裂紋和層間撕裂；可疑處應刮開油漆，用放大鏡觀察是否有裂紋等；電箱電纜要完整無破損；防護罩殼要完整且固定可靠；各機構應安裝牢固無漏油，運動靈活且無卡阻；吊具包括扁擔梁和吊桿，其中扁擔梁結構無變形和裂紋，螺栓要型號正確且連接可靠；吊桿表面應光潔，無剝裂、毛刺、裂紋等，吊桿應利用磁粉對螺紋進行無損檢測，宜用環形探頭對螺紋進行探傷；滑輪結構應靈活、潤滑良好，磨損量不超過GB6067.1-2010的要求；卷筒表面無裂紋，筒壁磨損量不應超過原壁厚20%，且鋼絲繩纏繞無亂繩現象；觀察軌道磨損、接頭間隙、波浪度等。

架橋機的電氣系統和橋式起重機相似，可按照《起重機定期檢驗規則》[3]的具體項目進行檢驗，包括短路保護、過流保護、零位保護、失壓保護、斷錯相保護、整機動作警示都應具備，且功能完好；急停開關應能夠在司機室和電氣室內斷開總電源，且急停按鈕為非自復位式；架橋機動力線路導線和保護接地電路之間絕緣電阻不應小于1 MΩ；架橋機金屬結構應當可靠接地。

相對于橋式起重機，液壓系統是架橋機獨有的，根據液壓系統的使用情況和目的，從以下幾個方面進行檢驗：液壓系統應有防止過載和液壓沖擊的安全溢流閥，且溢流閥的調整壓力不得大于系統正常工作壓力的110%，不得大于液壓泵的額定壓力；液壓系統應當有滿足系統要求的過濾器或者其他防止油污染的裝置；液壓系統中，應有防止因物品或主梁自重等作用，使液壓馬達超速的措施或裝置(如平衡閥)，平衡閥與油缸和液壓馬達應剛性連接；有相對運動的部位采用軟管連接時，應當盡可能縮短軟管長度，避免相互摩擦碰撞，易受到損壞的外露軟管應當加保護套；系統采用蓄能器時，必須在蓄能器上或者靠近蓄能器的明顯處標出安全警示標志；對于工作壓力超過5 MPa或溫度超過50℃，并位于架橋機操作者1 m范圍之內的液壓軟管，應加裝安全防護裝置[4]。

安全裝置的檢驗主要包括安全監控系統、安全保護裝置和保護工作人員自身安全的設備和結構。安全監控系統要數據可靠，并且符合《起重機械安全監控管理系統》[5]的相關要求；起重量限制器要有效，當起重量大于最大額定起重量并小于110%額定起重量時，應停止上升方向動作，但應有下降方向動作；起升高度限位器選型要正確且有效；在架橋機整機橫移和吊梁小車每個運動方向裝設行程限位器；檢查軌道端部是否具有緩沖器及端部止擋裝置，并確定該裝置是否牢固可靠；針對具有下導梁的架橋機要檢查架橋機在過孔狀態下，下導梁是否與橋墩進行錨定連接；架橋機應安裝有抗風防滑裝置，且該裝置應安裝可靠、性能完好；有關工作人員人身安全的防護設備要具備且性能完好，如外部旋轉部件防護、走臺、欄桿、爬梯等。

運行試驗的主要目的是檢測架橋機在實際工作工況中的運行狀態，檢驗包括空載、額定載荷和過孔行走3種工況下各個系統運轉情況是否正常可靠和噪聲測試，同時要對架橋機在額定載荷和過孔2種工況下進行應力測試，以檢測結構在2種工況下的承載能力。此外，根據現場測試數據可知，如果條件允許，應對架橋機在過孔工況進行動剛度測試，檢驗過孔過程結構振動是否會給駕駛員帶來不適。在吊裝和過孔2種工況下，利用水平儀或全站儀對主梁的靜剛度進行測試，查看2種工況下主梁的變形情況是否在規定的范圍之內。

4 結語

基于對多臺架橋機的現場測試情況，結合橋式起重機的相關檢驗方法，完成了架橋機安全評估的風險辨識和檢驗方案制定工作，為架橋機的安全評估奠定了基礎。