港口用鋼絲繩斷裂事故分析及預防措施

顧宗路 新陸橋

【摘要】港口橋式抓斗卸船機所用鋼絲繩的安全性是人們長期以來一直關心的問題，因鋼絲繩的損傷或破斷而產生的重大事故時有發生。為了確保橋式抓斗卸船機鋼絲繩使用過程中的安全性，文本結合具體的鋼絲繩斷裂事故進行分析。基于鋼絲繩以及相關設備的資料和工況進行力學分析和安全系數測算分析，從而提出了橋式抓斗卸船機鋼絲繩使用建議，旨在最大限度地減少橋式抓斗卸船機鋼絲繩斷裂事故。

【關鍵詞】港口;鋼絲繩;斷裂事故;預防措施;橋式抓斗卸船機

鋼絲繩是港口橋式抓斗卸船機最常用的撓性部件，通常用來完成貨物起吊、貨物運輸、設備安裝、貨物裝卸等操作。隨著使用時間的增加，在多種因素的影響，鋼絲繩出現磨損、斷絲甚至斷裂，給人員的生命安全和企業的財產安全帶來嚴重危害。在港口橋式抓斗卸船機安全事故中涉及鋼絲繩斷裂的事故占比很大。如某個貨運裝卸碼頭在過去五年時間里共發生16起安全事故。其中，橋式抓斗卸船機鋼絲繩斷裂事故達10起，占比達到62.5%。港口橋式抓斗卸船機鋼絲繩斷裂原有有很多，因此，需要結合具體事故背景進行分析才能確定事故原因，從采取針對性的預防措施，減少事故發生。

1 事故背景

2020年的3月份，連云港某港口的2#卸船機2#鋼絲繩在后大梁位置斷裂，同年的四月份，1#卸船機（與2#機型號、功率相同），2#鋼絲繩在相同位置在此斷裂。2020年3月1日，8點30分。2#卸船機2#鋼絲繩作業中發生斷繩情況。斷繩瞬間，抓斗剛進入大料斗，處于準備開斗尚未開斗狀態。該鋼絲繩于2020年1月11日換上，上機時間不足50天。2020年4月7日5點10分左右，1#機2#鋼絲繩發生斷裂。抓斗處于料斗上方，滿斗正準備放料階段。自2020年2月5日換上，到2020年4月7日換下，刨去無船時間18天，共計使用43天（以往常規使用天數在90天左右），作業噸在56萬噸。（常規作業量在75萬噸左右）。

2 鋼絲繩斷裂問題分析

2.1 鋼絲繩相關資料分析

現用鋼絲繩公司生產的 32NAT6*29Fi+IWRC1770 sz 185M微壓實。該鋼絲繩廠從2018年底開始為我公司卸船機供貨，在此期間，卸船機沒有發生問題較明顯的斷繩情況，但存在個別繩使用時間不足、斷絲較多情況。對比2018年以前用鋼絲繩（韓線）與現用鋼絲繩廠家的2#鋼絲繩，其作業量相差不大。如圖1所示，從兩個鋼絲繩廠家和現場檢查情況來看，應當是鋼絲繩的繩股之間擠壓導致的抗拉強度下降從而最終造成鋼絲繩拉伸斷裂。

斷繩鋼絲繩作業量為40萬噸左右，在鋼絲繩平均作業量的一半左右;避開斷繩位置。如圖2所示，避開斷繩位置，切斷鋼絲繩，繩芯基本全部斷裂。

2.2 現場設備相關情況分析

（1）1#、2#卸船機作業時小車水平方向運動在進入后大梁后與3#卸船機相比減速動作明顯，慣性較大。三臺卸船機在抓斗放料的時候抓斗下頓情況也不同。

（2）目前的卸船機抓斗超負荷抓取的數據不準，在利用和管理方面比較欠缺，設備的超負荷管理還需要加強。

（3）1#、2#卸船機的2#鋼絲斷繩位置，對應的后大梁2#滑輪均有比較深的繩槽勒痕，如圖3所示：

3 鋼絲繩作業時的力學分析及安全系數測算

卸船機抓斗作業時由起升開閉四根鋼絲繩共同分擔抓斗重量，由電氣系統分配每根鋼絲繩在不同階段的受力情況。當抓斗取貨回到料斗上方這一階段，四根鋼絲繩同時受力;當抓斗準備進行開斗放料瞬間，肉眼可見，抓斗有10cm左右的下頓情況，起升鋼絲繩受力加大，瞬間達到100%。抓斗下頓對支撐鋼絲繩產生沖擊載荷，使得鋼絲繩超負荷工作。1#鋼絲繩距離卷筒較近，所受的沖擊載荷能夠及時釋放，而2#鋼絲繩，其相對于1#鋼絲繩有一個跨大梁的長度，沖擊載荷無。法及時釋放，在鋼絲繩某處形成暗傷，久而久之，造成更大危害。

如圖4所示，2#卸船機鋼絲繩工作級別為M8，其對應的鋼絲繩安全系數為8。

抓斗滿負荷時，其質量為25T，重量為245KN（25T*9.8）。已知單根鋼絲繩的破斷拉力為645KN。正常作業時安全系數為n正：

n正=正常工作鋼絲繩數量*單根鋼絲繩破斷拉力/物體重量

當四根鋼絲繩同時工作時，該鋼絲繩滿足國標要求。

開斗瞬間作業時，安全系數為n瞬：

n瞬=瞬間工作鋼絲繩數量*單根鋼絲繩破斷拉力/物體重量

當抓斗開斗瞬間2根鋼絲繩受力時，鋼絲繩安全系數無法滿足國標要求，在受沖擊載荷情況下，易產生斷繩情況。

5 橋式抓斗卸船機鋼絲繩使用建議

（1）抓斗下沉情況非近年來新出現問題，已持續許多年，在記錄的為2010年發現該問題。此種情況對鋼絲繩的使用影響是巨大的，請公司出面，溝通專業廠家，對此問題進行專項檢查、判斷、分析、解決。

（2）針對2#鋼絲繩，進行破斷拉力及抗拉強度的提升。目前2#鋼絲繩的抗拉強度等級為IPS級別，建議由技術部出面溝通鋼絲繩廠家，咨詢是否可以將現有鋼絲繩在不改變其直徑的情況下，將抗拉強度等級進行提升為EIPS級甚至更高級別的EEIPS級以及提升之后，是否會帶來哪些負面影響。

此外需盡快邀請一些專業鋼絲繩廠家（天津高盛、咸陽、湘鋼、貴繩等）人員到現場查看鋼絲繩的設備運轉工況，請他們為我們推薦合適現場工況的2#鋼絲繩，公司少量購買，放在同一臺卸船機上試用，由礦石隊進行對比試驗跟蹤，為明年的鋼絲繩選用做好基礎工作。此項工作應盡快開展，爭取在年底完成對比工作。

（3）完善超負荷管理，把超負荷用起來。統計在同一票貨物中，每個司機在每個工班作業中的抓斗滿負荷。從管理角度出發，推動司機優化操作。

（4）尼龍滑輪與鋼絲繩使用壽命課題研究，由于目前尼龍滑輪無國標規定的報廢標準，因此，礦石隊將根據已收集到的信息，有計劃性的開展滑輪對鋼絲繩使用壽命影響的對比試驗。同時更換個別磨損量較大、有明顯印痕的滑輪。

結語

綜上所述，現階段，我國卸船機鋼絲繩質量和國外同類產品還有不小差距，為了減小差距，需要技術人員不斷鉆研，解決其中的大量技術問題，如在不同使用條件下對相同結構的鋼絲繩進行設計和制造，針對鋼絲繩的新結構進行創新設計，開發用于鋼絲繩的填塑技術等，這都是研發卸船機用鋼絲繩的企業共同關注的問題。

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