电动单梁起重机端梁金属结构断裂失效案例分析

电动单梁起重机端梁金属结构断裂失效案例分析

张宇

广东省特种设备检测研究院顺德检测院 广东 顺德 528300

摘要：本文首先阐述了安全隐患情况，针对电动单梁起重机端梁金属结构断裂失效的原因及风险进行分析，并提出防范措施，以供同行参考。

关键词：电动单梁；起重机；端梁金属结构；断裂失效案例

1. 安全隐患情况

起重机金属结构的材质、规格、完整性及受力情况是起重机完成各项功能以及整机性能的重要保障，因而对金属结构的检验也是检验工作的重中之重。近日，检验人员在对辖区内一家平板分条厂的电动单梁起重机（制造单位：（略），型号：LD5-20.5A5D，额定起重量：5t，跨度：20.5m，工作级别：A5，投入使用日期：2002年07月），进行定期检验中发现端梁金属结构在端梁的内侧、上端面、外侧均有开裂现象（见图1 图2 图3），存在重大安全隐患。

图1

图2

图3

2. 问题原因及风险分析

2.1 问题原因

（1）金属结构疲劳导致的断裂失效

在各种非正常复杂的交变应力的长时间不断作用下，图1中开裂点O处及O点向下沿焊缝位置由于应力集中导致金属疲劳，并开始出现微裂纹，观察断口周围几乎无变形可以推断金属的开裂应该是某一次大载荷冲击时突破了微裂纹处金属的屈服极限导致发生脆性断裂。裂纹以主裂纹裂纹源点O沿上下两个方向延伸至端梁的上端面和端梁内侧，当裂纹不断延伸时原本作为一个整体的端梁，其受力情况也发生了变化，在起重机的工作循环中，X、Y、Z轴均会出现动静载荷的不断冲击，这时应力集中在图3中的点A，在端梁受力由于内侧裂纹的影响第二个开裂点A产生，原理简单理解为双手掰苹果的受力分析，苹果底部作为杠杆的受力点会承受较大压力，A点压力的大小取决于主梁自重及载重对端梁的作用力，在端梁内侧面裂纹源点O沿裂纹宽度方向有不断扩大趋势，端梁外侧面A点受到的挤压力将越来越大，最后导致A点开裂，开裂点A的裂纹形态是以A点为中心向三个裂纹方向扩散。

（2）起重机选型与实际工况不符

随着社会经济发展，企业生产订单的增多，面对提高生产力的需求日益迫切，当初起重机在初装时的选型已经不能满足现在车间的工作强度和使用频繁程度，本设备在实际使用中参与到原料、成品的装卸车，卷板的开料，成品的转运，生产设备机修等各环节，该企业所属的加工行业中竞争激烈，利润较低，开工时间长，创造利润的主要途径来自加工产品的数量，所以设备的使用率明显高于其他加工行业，参考实际工作状况设备的额定起重量偏小，结合跨度偏大等特点，宜采用双梁桥式起重机。

（3）起重机长期超载运行

为了能够一次性起升、运送更多的货物，提高工作效率，起重机的超载保护器常有被拆掉或短接的现象。起重机的金属结构设计和各部件的选用中额定起重量是一项重要参数，长期超载运行，起重机本身的金属材料和主要零部件不能满足频繁超载情况下的性能要求，故金属结构更容易产生塑性变形甚至断裂失效现象。

（4）起重机大车运行起制动不一致

起重机大车起动、制动不一致会造成起重机偏摆，起重机跨度越大设备自重也就越大，结合较大重量的被吊货物，主梁偏摆对应力集中的位置带来的破坏也就越严重，以上不利因素长期存在，导致起重机应力集中的位置上更容易出现金属疲劳现象，会存在较大隐患的位置还有主端梁连接螺栓，主梁腹板，大车车轮轮缘，大车轨道等位置，可能出现的隐患包括主端梁连接螺栓松动，主梁腹板变形，啃轨，起重机脱轨坠落等。

(5) 使用单位主体责任未落实，日常检查不到位

使用单位并没有按照国家要求进行特种设备的管理和经常性检查。我们通过现场的设备情况以及相应的自行检查表格填写情况不难发现使用单位未按规定做到定期检查和设备维护，从起重机上的裂纹位置的锈迹可以看出缺陷已经存在较长时间，使用单位存在管理缺失和制度未落实等情况，该情况在是此类企业普遍存在，已成为安全监管的难点与重点。

2.2 风险分析

（1）使用单位对设备的管理缺失存在极大安全隐患

以该台设备缺陷部位的状态可以看出使用单位在日常巡检设备方面工作不到位，在检验人员到达现场实施检验工作前，该设备仍然处于正常使用状态。风险随时可能转变成事故。为该企业安全生产带来极大的事故隐患。

（2）金属结构开裂会影响起重机性能并存在整机失稳的风险

起重机主要受力结构件金属开裂，会降低整机的机械性能、金属强度、整机稳定性。严重情况下可能出现起重机坠落事故，造成人身伤害和经济损失。

（3）普遍存在侥幸心理为事故埋下隐患

起重机的选型不准确、长期超载、起制动不一致等现象，或多或少的存在于一些使用单位中。偶尔一次不合规的操作未能给设备造成损坏，而起重机金属结构内的变化又不易被发现，给使用者带来的信号就是：“这样操作，省时省力。”经常非正规操作带来的风险开始难以控制，再加上管理不到位，风险就会不断放大，直至事故发生。

三、防范措施

1. 严格执行各项规章制度，保障使用、维护、管理等整个体系的有效运行。对操作人员定期开展安全教育及技术培训，使用中一经发现违规使用严格按照厂内规章处罚。对维护保养工作及故障隐患详尽记录，实行“一机一档”管理，实现设备故障清晰记录并可追溯，管理人员按特种设备使用管理规则要求有效落实自己的管理职责。

2. 总结经验，增加设备的关键位置的检查，对设备出现的非正常速度、位置的磨损要格外重视，在安全检查方面做到精益求精。本案例所描述的设备是一类特种设备，其它参与生产的普通设备可以参照特种设备管理，在金属结构的关键位置和易产生风险的位置，要做经常性检查工作。

3. 将设备设计使用年限与实际使用时间相比较，对设备上金属应力集中位置、主要受力部位的金属及焊缝情况进行探伤检测。如果存在裂纹等缺陷，可以考虑对整机或相同年限的起重机做整机安全评估，全面排查风险隐患。

结束语

电动单梁起重机端梁金属结构断裂失效会造成风险，如果管理上也不到位，风险就会不断放大，直至事故发生。因此要管理人要严格要求自己，做经常性的检查工作以及探伤检测，以确保使用设备的安全。

参考文献

[1]GB/T 3811-2008 《起重机设计规范》

[2]TSG Q7015-2016 《起重机械定期检验规则》

[3]GB 6067.1-2010 《起重机械安全规程 第1部分：总则》

[4]电动单梁起重机应用于冶金环境的改造[J]. 王浩鉴.  中国设备工程. 2019(06)

[5]电动单梁起重机脱轨坠落原因分析及防范措施探讨[J]. 雷绍群.  质量技术监督研究. 2020(02)