预期用途对起重机械的影响

卢德俊 孟庆国

1江苏省特种设备安全监督检验研究院泰州分院 泰州 225500 2江苏华澄重工有限公司 泰州 214521

目前大部分起重机械的设计、制造与实际使用分属于若干不同的单位。起重机械从项目立项到入役，经历订立合同、设计、制造、安装、投入使用等多个环节，如果起重机械的预期用途和工作要求没有能及时反馈到前部环节，则可能导致很多起重机械在投入使用后故障频发，可靠性低，甚至存在安全隐患，严重的情况下还会导致事故的发生。从目前国内起重机械行业的销售模式上来看，起重机械在使用中存在的问题难以得到很好的反馈，使得这些问题很难得到有效的解决。所以必须预先对所需起重机械的用途进行充分了解，对不同环节进行合理的规划，使起重机械的各项性能满足项目的使用需求。

合理的工作级别能使起重机械有足够的安全裕量、适当的预期寿命，对工作级别较为通用的零部件进行标准化设计，提高产品质量的同时也可获得较高的经济效益。目前在起重机械的生产销售过程中，除了安全技术规范或标准有强制规定必须满足某工作级别以外，几乎大多数在役通用桥式起重机、通用门式起重机是A5级别，在役的电动单梁起重机、电动葫芦门式起重机是A3级别，但这些预设工作级别是否与实际需求相符是存疑的。例如很多小型船厂使用A3级的MH20+20型电动葫芦门式起重机、A3级的MHEX32(16+16)型电动葫芦门式起重机进行造船作业，在实际使用过程中整机状况不佳，容易发生故障。很多企业使用A3级的LD或LDA型电动单梁起重机，由于这类企业经常吊运额定载荷，使得起重机频频发生故障。

造成这些现象的主要原因有：部分起重机械制造单位没有充分理解工作级别的意义，设计人员无法根据客户要求和实际工作条件进行预估，销售人员与客户签订合同时，没有就起重机械预期用途对工作级别进行选择。因此，制造单位必须按照设计总工作循环数、载荷谱和载荷状态、平均位移来确定起重机械的分级[1]。目前最新的标准给出了更多的分级项，这使设计人员在设置起重机工作级别时有了更多的选择。

2.1 超载保护

起重机的起升机构安装有超载保护装置，通过该装置来避免起重机的主要受力部件因超载发生损坏，同时超载保护装置需要通过型式试验认可，从而保证使用时的可靠性。在起重机的使用过程中，某些多起升机构的起重机，其各超载保护装置的传感器信号并没有进行综合监测，例如使用ME10+10的起重机吊运自重约为16 t的物体，在起吊过程中最佳状态是各起升机构分别承载8 t载荷。实际上可能由于吊运时的偏载与重心不稳，导致某一组起升机构超载，此时如果传感器信号各自响应，超载的一组起升机构停止运行，另一组起升机构仍然能够起升，使得被吊物体继续偏斜，严重时会发生吊载物品坠落事故。

因为大多数电动葫芦的超载保护是安装在钢丝绳上（见图1），与采用卷扬小车的桥门式起重机相比，采用电动葫芦作为起升机构的桥门式起重机，双起升机构或多起升机构时，其超载保护功能存在较大隐患。1）称重传感器一般安装在定滑轮系轴承支座下时测量精度最高[2]，而电动葫芦的这类超载保护装置的传感器通过夹持钢丝绳来获取信号，精度较低，存在较大偏差。2）很多电动葫芦的超载保护装置是后期加装，通过断开起升机构上升回路来实现保护功能，可靠性差。3）使用电动葫芦作为双起升机构或多起升机构时，无法同时监测多个超载保护装置的传感器信号。

图1 电动葫芦用超载保护装置

采用冶金电动葫芦作为起升机构的电动单梁起重机，在吊运熔融金属或炽热金属时夹持式超载保护装置会受到高温辐射影响（见图2）。超载保护装置使用时能承受的最高温度在70℃～75℃之间，电子元件受到高温影响绝缘性会急速下降甚至失效。而冶金作业时所吊运物体的辐射温度会达到300℃以上，环境温度在65℃～75℃之间。同时，使用冶金电动葫芦作为起升机构进行冶金作业的车间一般较为低矮，在进行吊运作业时起升机构离熔炉较近，超载保护装置承受的热辐射远远超过75℃，故这种超载保护装置的布置方式是无法满足预期用途的。

图2 冶金电动葫芦用超载保护装置

2.2 电动机

随着变频技术的不断应用，很多起重机也逐渐使用变频调速，变频拖动系统具有调速范围大、性能好的特点，能改善金属结构的受力状态，使得启制动更加平稳。对于变频调速系统，应使用变频电动机并校核电动机温升。对于投入使用后改为变频调速的起重机，变频控制有可能对电动机及其他电气设备造成影响。如果电动机的选用与预期的工况不匹配，影响电动机的绝缘能力，严重的情况下将可能烧毁电动机。故电动机应根据预期用途和拖动系统进行合理的选择。

2.3 吊钩

吊钩是起重机最常用的吊具，吊钩的强度等级主要包括M、P、T。吊钩的使用依据钩号进行选择，不同的钩号与不同的工作级别对应不同的起重量。

起重机的预期用途会影响到吊钩的选型，例如在需要重型吊钩的场合，随着吊具自重的增加，相应起升机构、主梁的承载能力应进行合理的设计。有很多起重机的吊钩仅标注起重量，未标注钩号及强度等级，使得吊钩的工作级别不明，对于需要频繁吊运额定起重量场合，容易造成吊钩过早磨损至报废。所以实际使用中与预期用途相匹配，可以降低故障发生的概率。

3.1 轮胎起重机

流动式起重机是比较特殊的特种设备，主要应用在风电、核电、石油化工、基础设施建设等行业，经常在偏远的地区看到他们的身影。其中，轮胎起重机底盘具有数个车轮，能在一定范围内通过牵引机构移动。流动式起重机作为工程机械，其先进性、技术性、安全性因不同吨位、不同价值有很大的区别。流动式起重机每个型号的设计方法和定位不同，产品的性能也不同，预期用途也不同。

某些小型的轮胎起重机，例如DLQ10，上部如同一个固定式起重机，下部为车架支承部分（见图3），这类轮胎起重机造价低，通过牵引机构转场。

图3 某轮胎起重机

与固定式起重机相比，这类起重机无需设置任何专用混凝土基础，为使用单位节省了不小的开支，由于目前各地不同的河道政策影响，某些地区要求水岸线保护，河湖生态空间管控，河道违章的拆除等问题，不允许码头的建设，使得某些企业将轮胎式起重机当作固定式起重机使用，有物料需要搬运时将其拖到岸边工位，应对检查时再拖离。然而这类河堤没有使用混凝土进行加固，没有专门设计地基以满足支承载荷。当岸壁被冲刷侵蚀、地基松软时，地面的承载力不足所致的塌陷，致使支腿出现下沉[3]，这类轮胎式起重机在固定场所使用时具有倾覆的风险。某些操作人员为了追求装载效率，总会进行甩钩、拆除起重力矩限制器等危险操作，一定程度上增加了倾覆事故发生的概率。

3.2 提梁机

提梁机作为一种特殊的门式起重机，主要用于配合架桥机进行预制梁的施工，是高架、公路等施工作业的起重设备，由于用于经常拆解流动作业的场合，所以提梁机设计为易于拆装的结构，主要采用高强度螺栓和销轴进行连接。与同吨位的通用门式起重机相比，价格低、自重较轻、运行速度较低、工作级别较低。大部分提梁机的起重量为80 ～100 t，工作级别A3，大车运行速度约8 m/min，有无线遥控的控制方式。在拆解、复装作业时，也便于及时发现提梁机结构表面的锈蚀、裂纹、变形等损伤，进而对其进行修复。

部分单位将提梁机作为通用门式起重机使用，使得原本设计用于拆装流转作业的起重机作为固定区域设备，这样的使用方式违背了原本的设计意图，存在较为严重的隐患。由于提梁机价格低廉、起重量大，加之销售人员与企业沟通时，没有很好地了解起重机预期的使用环境和用途，使得部分企业在购买这类起重机时产生了误区，忽略了起重机的工作繁忙程度，认为与常规的通用门式起重机没区别。

提梁机虽然属于通用门式起重机，但在设计上有固定的用途和使用方式，盲目地将提梁机作为通用门式起重机销售并使用，致使提梁机的工作级别难以满足实际生产的需要，可靠性不足，同时不能通过拆解流转及时发现问题，随着使用时间的不断累积，安全隐患也不断增加，势必造成故障频发。

4.1 酸性、碱性环境

部分企业会因特定的生产工艺，产生废气、废水、废渣。某些特定生产工艺产生的废弃物会对起重机结构、电控系统产生影响。

例如DOPO的生产工艺，在废水抽样的检测中包含邻苯基苯酚、2-环己基苯酚、间羟基联苯、2-羟基二苯并呋喃等有毒污染物，这类污染物会在起重机表面发生堆积，邻苯基苯酚与空气混合时，浓度达到一定程度后具有可爆性，起重机在设计时应注意电气控制系统的安装位置和控制柜的防尘性。

例如船舶工业的生产工艺，存在PM、VOCs（挥发性有机物）、焊接及切割工艺的烟尘，这类污染物主要分为烷烃、烯烃、芳香烃、卤代烃、含硫/氧有机物，会造成起重机结构件表面锈蚀，使得主梁承载能力下降。与箱形梁相比，格构式的主梁结构更容易发生焊缝开裂的现象。

4.2 热镀、电镀环境

以热镀锌为例，常见的热镀锌工艺会包括酸洗、热镀等，使用在酸洗场合的起重机附近空间HCl浓度最高可达0.528 mg/m3，湿度达到83%[4]，金属结构非常容易受到酸雾的影响，表面发生氧化反应。车间酸雾往往需要收集后集中处理，但是遇到处理不当、排风不良时，酸浓度会显著提高，对起重机金属结构表面造成非常严重的腐蚀作用。由于在热镀过程中会添加抗爆剂和表面活性剂，构件在浸入锌池的瞬间产生了大量的烟尘，使得起重机受到大量粉尘微粒的影响。采用通过顶部开窗排风的方式散尘时，起重机处于烟尘消散路径上，此时烟尘对起重机电气元件的影响较大，容易导致电气元件发生短路。

以电镀锌为例，车间内会产生含镍化合物、铬酸盐、硫酸、盐酸、氢氧化钠等，盐酸、硫酸会形成酸雾，氢氧化钠会形成碱雾，铬酸盐会形成铬雾，故电镀锌车间内的起重机也受到酸雾、碱雾、铬雾的影响。

起重机在设计、制造过程中如果未考虑车间环境中的酸雾、碱雾、铬雾、粉尘颗粒，在实际投入使用后，安全性和可靠性都会大打折扣，针对酸雾、碱雾、铬雾、粉尘颗粒环境中使用的起重机，起重机金属结构件表面处理应能具有足够的抗腐蚀性，电气元件应采取措施避免受到雾气粉尘的影响，某些零部件在设计时应考虑更换的便捷性。

4.3 金属冶炼环境

金属冶炼过程中会有大量粉尘、高温、腐蚀性气体。同时在元件中堆积的静电也会吸附灰尘[5]，严重情况下会造成电气元件内部短路或断路，接触器的触点也会受到灰尘的影响产生烧蚀、黏连，使得元件工作异常。当环境温度过高或热辐射过强时，加速了电气元件绝缘层的老化，增加了故障率。金属冶炼过程中产生的腐蚀性气体会严重危害金属结构和电气元件，使得金属结构发生锈蚀，腐蚀电气元件，降低绝缘性能。当起重机金属结构表面的防腐层损坏后，腐蚀性气体在损坏处形成腐蚀区，使得防腐层不断剥落，同时由于吊运熔融金属的起重机主要受力结构件安装有隔热板防止主梁受到热辐射，造成了隔热板内金属结构的腐蚀情况往往难以发现。

用于金属冶炼环境的起重机，电气元件应注意密封良好，有足够的防尘性，设计上需考虑可定期清理控制柜、变频器、电阻箱等部件的灰尘。对于有高温热辐射的环境，设计上应选用相对耐温等级较高的元件，或采取有效的隔热措施远离发热源，例如变频器的布置应远离制动电阻，变频器的散热风扇与其他物体应有足够的间隔，发热元件不应安装在变频器的底部。与普通环境的起重机相比，金属冶炼环境下的起重机应注重防腐层的涂覆工艺，避免起重机受力结构件在日常使用过程中过早地发生锈蚀导致承载能力下降。

起重机械的预期用途，关系到起重机械能否被合理使用，实际使用条件与起重机的预期用途不一致时势必造成其过早损坏或留下安全隐患。

1)起重机械在实际工作条件下所处的工作环境不同，在制造过程中采取有针对性的防腐涂层十分必要，可有效提高起重机金属结构的使用寿命[6]。同时在使用过程中通过安全保护装置来避免金属结构表面遭受撞击、磕碰。

2)电气元件在设计上需考虑适用性，在粉尘较多的场所，需有足够的防尘效果。在高温场所，应具有耐高温或避免高温辐射的措施，在酸雾、碱雾等场所要有足够的耐腐蚀性等。

3)某些起重机在设计上还应考虑日常检查与维修时的需求，方便对相关零部件进行更换和维护。

4)销售人员应尽可能地了解客户的实际需要，在合同中明确使用条件和预期用途，使起重机在预期的使用寿命下，安全合理的运行。