馬 俊，張長(zhǎng)利，張 楨，蔣漳河，武星軍

（廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測(cè)研究院，廣東 廣州 510810）

隨著我國(guó)船舶、碼頭物流等行業(yè)進(jìn)入成熟發(fā)展期，門座式起重機(jī)的使用越來(lái)越廣泛。門座式起重機(jī)通常自重較大，考慮到基礎(chǔ)承載能力的限值，為了降低輪壓，常用的方式是增加車輪數(shù)。門座式起重機(jī)車輪行走系統(tǒng)主要采用行走臺(tái)車加平衡梁的組合方式。常見的行走臺(tái)車連接方式主要有水平軸連接式和立軸連接式[1]。水平軸連接式的行走臺(tái)車通常拆裝維修方便，多用于沿直線軌道運(yùn)行的起重機(jī)；立軸連接式的行走臺(tái)車主要用于沿曲線軌道運(yùn)行。相對(duì)于水平軸連接式來(lái)說(shuō)，立軸連接式的行走臺(tái)車對(duì)軌道嚴(yán)重不平的適應(yīng)性較差。門座式起重機(jī)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生運(yùn)行臺(tái)車脫軌的意外情況也時(shí)有發(fā)生。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，按照軌道與車輪邊緣接觸產(chǎn)生的橫向力作用時(shí)間不同，起重機(jī)常見的車輪脫軌分為爬軌脫軌和跳軌脫軌[2-3]。一旦起重機(jī)發(fā)生脫軌事件，應(yīng)立即檢查評(píng)估整臺(tái)起重機(jī)是否存在傾覆的趨勢(shì)，并采取有效的應(yīng)急預(yù)防和疏散措施，防止其傾覆而引發(fā)更大的損失[4]。

基礎(chǔ)沉降積累到一定程度會(huì)引起軌道不平，進(jìn)而導(dǎo)致門座式起重機(jī)行走臺(tái)車車輪受力不均和行走臺(tái)車“翹腳”現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響門座式起重機(jī)的安全運(yùn)行。因此，應(yīng)重視基礎(chǔ)沉降引起軌道缺陷的嚴(yán)重性和定期檢測(cè)。

1 門座式起重機(jī)傾翻事故概況與調(diào)查

1.1 事故概況

根據(jù)查閱視頻監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，某臺(tái)涉事起重機(jī)額定起重量15t、幅度18～54m、工作級(jí)別A5、整機(jī)自重400t 的門座式起重機(jī)。該門座式起重機(jī)空載由西向東行走，臂架向西大致與軌道平行，右前平衡梁II 晃動(dòng)了一下，西邊海側(cè)6 輪臺(tái)車向軌內(nèi)側(cè)傾倒，西邊陸側(cè)6 輪臺(tái)車隨即向軌內(nèi)側(cè)傾倒。隨后搶修人員在門機(jī)下進(jìn)行了搶修作業(yè)，并于15min 后進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)緊急疏散。17min后，門機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)開始向逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；此后4min，門機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至臂架與門機(jī)路軌基本垂直；門機(jī)開始向西側(cè)傾斜，門機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)繼續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，如圖1、圖2 所示。

圖1 行走機(jī)構(gòu)示意圖

圖2 現(xiàn)場(chǎng)照片

1.2 現(xiàn)場(chǎng)勘查與調(diào)查

由事故概況可知事故的直接原因與行走機(jī)構(gòu)有關(guān)。因此，現(xiàn)場(chǎng)勘查與調(diào)查從行走機(jī)構(gòu)和運(yùn)行軌道開展?，F(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，行走臺(tái)車與對(duì)應(yīng)的平衡梁連接部分都已經(jīng)脫開，所有行走機(jī)構(gòu)傾倒在軌道附近。連接結(jié)構(gòu)均已破壞，難以再?gòu)?fù)現(xiàn)事故前的行走機(jī)構(gòu)狀態(tài)。

1）行走機(jī)構(gòu)與連接部件 該門機(jī)軌道沿著岸邊布置，為一段直線軌道接一段圓弧形軌道。門機(jī)各支腿行走機(jī)構(gòu)的5 個(gè)臺(tái)車中靠錨定裝置的3個(gè)臺(tái)車為主動(dòng)臺(tái)車。為了適應(yīng)圓弧段軌道的運(yùn)行，該門機(jī)的行走機(jī)構(gòu)中所有臺(tái)車和平衡梁連接均采用了立軸連接式，具體結(jié)構(gòu)為直鉸結(jié)構(gòu)，如圖3 所示。此結(jié)構(gòu)可以允許臺(tái)車在運(yùn)行過(guò)程中，沿著軌道在水平方向上旋轉(zhuǎn)，對(duì)于旋轉(zhuǎn)角度沒(méi)有結(jié)構(gòu)上的限制?，F(xiàn)場(chǎng)12 個(gè)采用直鉸結(jié)構(gòu)的平衡梁連接處均已全部分離，連接處直鉸軸上的螺紋均有不同程度的損傷，其中左前和右前平衡梁II 直鉸軸上的螺紋端部均有4～5 圈破壞嚴(yán)重。圓螺母、圓螺母用止動(dòng)墊片（以下簡(jiǎn)稱“止動(dòng)墊片”）、圓錐軸承均脫落于直鉸結(jié)構(gòu)的上支承內(nèi)部。拆出右前平衡梁II 的圓螺母、止動(dòng)墊片，發(fā)現(xiàn)圓螺母螺紋破壞嚴(yán)重，止動(dòng)墊片嚴(yán)重變形，如圖4、圖5 所示。

圖3 直鉸結(jié)構(gòu)局部示意（安裝后）

圖4 直鉸結(jié)構(gòu)中的立軸

圖5 止動(dòng)墊片

2）行走軌道 通常臺(tái)車在運(yùn)行中如發(fā)生脫軌狀況，軌道是導(dǎo)致脫軌的首要原因。依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料，常見的軌道隱患有3 類：①存在較大的彎曲度，比如直線度超差；②軌道垂直截面高度落差較大；③軌道平行度不滿足要求，比如出現(xiàn)“八字”或者喇叭狀[5]。因此，調(diào)查組著重對(duì)該機(jī)的軌道進(jìn)行了相關(guān)測(cè)量。

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)臺(tái)車位置前后2m 范圍內(nèi)軌道的軌面標(biāo)高測(cè)量，發(fā)現(xiàn)右前臺(tái)車前端約2m 處的軌道比同截面的軌道低34mm，比右后臺(tái)車前端2m處的軌道低33mm。

2 事故原因與結(jié)果分析

2.1 工作環(huán)境與工作狀態(tài)

通過(guò)監(jiān)控視頻及安全監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)確定，事發(fā)時(shí)天氣晴好，最大風(fēng)力不超過(guò)4 級(jí)，符合安全作業(yè)天氣條件。通過(guò)視頻分析，事發(fā)前門機(jī)作業(yè)未見異常，未發(fā)現(xiàn)門機(jī)主體結(jié)構(gòu)與周圍物體碰撞；臺(tái)車脫落時(shí)，門機(jī)為空載運(yùn)行狀態(tài)。因此，事故原因排除當(dāng)天事故前超載和惡劣天氣影響。

2.2 軌道狀態(tài)

1）軌道坡度核算 根據(jù)CB/T 8504-2011《船廠門座式起重機(jī)技術(shù)規(guī)定》，軌道長(zhǎng)度任意30m范圍內(nèi)，坡度應(yīng)不大于1‰[6]。事故案例門機(jī)坡度經(jīng)計(jì)算為，坡度=（高程差/水平距離）×100% =（右前臺(tái)車前端約2m 處的軌道比右后臺(tái)車前端2m 處的軌道低33mm）/兩點(diǎn)之間的距離=33/（21000+2000+2000）=1.32‰。因此，事故門機(jī)軌道坡度不符合CB/T 8504-2011《船廠門座式起重機(jī)技術(shù)規(guī)定》標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2）軌道高低差 根據(jù)CB/T 8504-2011《船廠門座式起重機(jī)技術(shù)規(guī)定》，兩條軌道同一截面的高低差不應(yīng)大于軌距的1/2000[6]。”經(jīng)過(guò)計(jì)算：事故案例門機(jī)軌道高低差經(jīng)計(jì)算為，高低差=（右前臺(tái)車前端約2m 處的軌道比同截面的軌道低34mm）/軌距=33/10000=6.6/2000。很明顯也不符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此，事故門機(jī)軌道高低差也不符合CB/T 8504-2011《船廠門座式起重機(jī)技術(shù)規(guī)定》標(biāo)準(zhǔn)的要求。

經(jīng)過(guò)查閱第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)出具的《XX 碼頭結(jié)構(gòu)沉降位移變形觀測(cè)工程技術(shù)總結(jié)》結(jié)論，碼頭沉降位移監(jiān)測(cè)符合變形一般規(guī)律，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常變形。但通過(guò)對(duì)該報(bào)告測(cè)量點(diǎn)進(jìn)一步確認(rèn)，沉降測(cè)量未包含門機(jī)軌道。

2.3 直鉸連接件

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，直鉸結(jié)構(gòu)作為運(yùn)行機(jī)構(gòu)的重要部件除了承受整機(jī)上部的全部自重載荷和吊重載荷，還承受水平方面的推力。該機(jī)直鉸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選用了單個(gè)承受徑向力的單列圓錐滾子軸承，只配置止動(dòng)墊圈和圓螺母，沒(méi)有采取多重或更安全的防松措施。圓錐滾子軸承和圓螺母處于完全封閉的狀態(tài)，使用過(guò)程中無(wú)法進(jìn)行常規(guī)檢查和維護(hù)。從采用的軸承可以看出，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮過(guò)此連接處會(huì)承受拉力。因此，一旦此結(jié)構(gòu)連接處承受拉力，軸承會(huì)有分離危險(xiǎn)。

從材料性能方面，從全國(guó)港口設(shè)備相關(guān)事故中看，此類直鉸結(jié)構(gòu)處失效的事故在近20 年來(lái)極其罕見。比如2012 年～2017 年青島港曾發(fā)生多次MQ4037 型40t 門座式起重機(jī)行走臺(tái)車立軸座斷裂故障[7]。常見的臺(tái)車立軸連接方式中，厚板焊接處或者鑄造金屬構(gòu)件應(yīng)力集中處容易斷裂，而連接螺紋并不是常見的失效位置。

從現(xiàn)場(chǎng)脫落的6 輪臺(tái)車的直鉸結(jié)構(gòu)下支承軸的螺紋可見底部螺紋較完好。中間4～5 圈螺紋頂部破壞至圓弧形，螺紋槽內(nèi)有擠出的金屬絲，端部4～5 圈螺紋嚴(yán)重“掃牙”。由此現(xiàn)象可得出，圓螺母與下支承的螺紋連接在各種復(fù)雜載荷作用下逐漸破壞，圓錐軸承結(jié)構(gòu)松弛。

2.4 事故原因與結(jié)論分析

1）根據(jù)資料和監(jiān)控視頻核查，確認(rèn)該門座式起重機(jī)脫軌傾翻事故當(dāng)天無(wú)事故前超載和惡劣天氣的影響。同時(shí)，排除行走機(jī)構(gòu)4 個(gè)端部碰撞軌道上大型物件的可能。

2）該門座式起重機(jī)運(yùn)行軌道的坡度和界面高低差不符合CB/T 8504-2011《船廠門座式起重機(jī)技術(shù)規(guī)定》標(biāo)準(zhǔn)的要求，且第三方機(jī)構(gòu)出具的《XX碼頭結(jié)構(gòu)沉降位移變形觀測(cè)工程技術(shù)總結(jié)》中沉降測(cè)量未包含門座式起重機(jī)軌道的沉降數(shù)據(jù)。

3）門座式起重機(jī)常見的臺(tái)車立軸連接方式中連接螺紋并不是常見的失效位置。該事故門座式起重機(jī)采用直鉸結(jié)構(gòu)連接，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用的軸承可知，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮此連接處會(huì)承受拉力。因此，當(dāng)軌道高低差較大時(shí)，整機(jī)臺(tái)車的最前輪到最后輪覆蓋了約20m 的軌道范圍，使得在如此凸凹不平的軌道上運(yùn)行的各車輪受力不均，再加上同軌道截面高低差過(guò)大。直鉸連接件圓螺母與下支承的螺紋連接在上述復(fù)雜載荷作用下逐漸破壞，門機(jī)支腿下方的臺(tái)車在運(yùn)行過(guò)程發(fā)生“翹腳”，最終造成脫軌傾翻事故。

3 結(jié)論

1）門座式起重機(jī)安裝成型后，其直鉸結(jié)構(gòu)處于封閉狀態(tài)。無(wú)論是企業(yè)日常維護(hù)保養(yǎng)還是特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)定期檢驗(yàn)均無(wú)法查看其內(nèi)部潤(rùn)滑、螺母松動(dòng)、軸承運(yùn)轉(zhuǎn)等情況。因此，當(dāng)前門座式起重機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)項(xiàng)目和定期檢驗(yàn)項(xiàng)目尚不能及時(shí)、有效發(fā)現(xiàn)運(yùn)行軌道的缺陷對(duì)鉸結(jié)構(gòu)的影響程度。

2）門座式起重機(jī)基礎(chǔ)在使用過(guò)程中發(fā)生一定的沉降變形是客觀存在、不可避免的。雖然門座式起重機(jī)使用企業(yè)會(huì)定期進(jìn)行基礎(chǔ)沉降測(cè)量，但是選取的測(cè)量點(diǎn)均為基礎(chǔ)立柱位置，并沒(méi)有對(duì)架設(shè)在基礎(chǔ)上的軌道面進(jìn)行測(cè)量。門座式起重機(jī)基礎(chǔ)沉降會(huì)引起軌道凹凸不平和截面高低差增大，進(jìn)而導(dǎo)致行走臺(tái)車車輪受力不均和引發(fā)行走臺(tái)車“翹腳”現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致行走機(jī)構(gòu)脫離原設(shè)計(jì)工況發(fā)生傾翻事故。

3）針對(duì)基礎(chǔ)沉降積累到一定程度可能造成軌道缺陷的隱患和當(dāng)前門座式起重機(jī)定期檢驗(yàn)與維保檢查項(xiàng)目和手段的局限性，建議將門座式起重機(jī)軌道沉降量測(cè)量納入企業(yè)日常維護(hù)保養(yǎng)和特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)定期檢驗(yàn)核查項(xiàng)目。一方面，能及 時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除門座式起重機(jī)運(yùn)行安全隱患；另一方面，也能規(guī)避定期檢驗(yàn)和維護(hù)檢查中對(duì)行走臺(tái)車封閉結(jié)構(gòu)件檢驗(yàn)無(wú)法核查的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合某門座式起重機(jī)脫軌整機(jī)傾覆事故案例，對(duì)基礎(chǔ)沉降引起門座式起重機(jī)軌道缺陷和行走機(jī)構(gòu)連接件失效的原因進(jìn)行了詳細(xì)闡述和分析。通過(guò)該事故案例分析，有助于改進(jìn)門座式起重機(jī)日常維護(hù)檢查和定期檢驗(yàn)對(duì)軌道缺陷和行走機(jī)構(gòu)連接件檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法的提升，有助于及時(shí)消除基礎(chǔ)沉降對(duì)門座式起重機(jī)運(yùn)行帶來(lái)的安全隱患。