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1、用故障树法探讨塔式起重机的重点检验项目宁德市特种设备监督检验站 陈永光摘 要：利用故障树分析方法对塔式起重机整机倾倒事故进行分析，判断其发生事故的主要危险因素并结合起重机械监督检验规程 ，探讨监督检验与使用管理的重要事项 。关键词：塔式起重机；故障树；检验与管理Abstract：Fault tree method is used to analyze tower crane overturning accident1The main accident causes is found1Some problem s about supervision and inspection and usag
2、e and management is discussed combining Crane Supervision andInspection Regulation1Keywords：tower crane; fault tree; inspection and management1前言在各行各业发生的重大事故中，建筑业起重吊装伤亡事故所占比重较大，而在建筑起重机械伤亡事故中，又以塔式起重机(以下简称塔机 )重大事故为最多。目前，塔机构造设计及安全保护装置虽相继得到完善，但是在大量生产和使用塔机中仍然不断发生一些重大的安全事故，据建设部不完全统计，自1998 2000年，在我国塔机事故中一次
3、死亡3人以上的重大事故就有25 起，造成76人死亡 , 18人重伤。为改变当前建筑施工中塔机安全技术管理工作的状况，国家把塔机列为特种设备进行监督管理，并颁布了起重机械监督检验规程(以下简称检规) ,并于2002 年12月1日开始实施。在检规中对塔机检验项目主要有：技术资料 、作业环境及外观、金属结构 、司机室 、基础 、轨道 、主要零部件与机构 、电气 、安全装置及防护措施 、液压系统及试验等共87 项，其中重点项22项。本人根据多年来对塔机的检验实践，试图用故障树法对塔机检验的重点项进行探讨。2塔机机体毁坏事故对重点项的确定原则，应是在统计以往在用塔机发生重大事故和分析其发生的重大事故原因
4、的基础上来确定，即在危险源辩识的基础上来确定塔机的检验项目的重点。对以往塔机所发生的事故，可将塔机的事故类型归类为：机体毁坏(倒塔，断臂 ) 、重物坠落 、挤压 、高处坠落、触电和其他伤害。在这几类事故中确定哪一类事故所发生的概率最高且造成的危害最大。据国外对1200例塔机重大安全事故性质分类和国内36例(在起重机械事故分析和对策 例举的 )塔机事故性质分类，见下面表1和表2。表1国外塔机重大安全事故分类表塔机安全事故类别 %整机倾倒52臂架折断或碰毁18塔身折断或底架碰毁27出轨2机构毁坏1表2国内塔机重大安全事故分类表塔机安全事故类别 %整机倾倒58臂架折断或上部机构坠毁32其他10从事故
5、统计中可知，机体毁坏（倒塔 、断臂事故 )占塔机事故的比率最高 ，而且所造成的危害最大，故涉及到这方面的危险因素应是检验的重点 。3塔机机体毁坏事故的原因分析从表中可看出绝大多数是机体毁坏事故，所以对塔机使用过程中应特别注重机体毁坏事故的危险源分析，对这些危险源可采用系统安全分析方法来分析 ,它通过揭示可能导致系统故障或事故的各种因素及其相互关联来查明系统中的危险源 ，系统安全分析的方法较多，本篇以故障树法进行分析，见下图：图 1塔机机体毁坏故障树示意图 利用布尔表达式找出简单故障树的最小割集合，分析出哪些基本事件组合在一起可使塔机机体毁坏事故的发生 。导致顶事件发生的初始原因很多，在检验时应
6、该分清轻重缓急，重点检查那些对顶事件影响重大的初始原因因素 。在故障树分析中，由较少基本事件组成的最小割集中出现的基本事件，其结构重要度较大 。基本事件对顶事件的影响除了取决于基本事件在故障树结构中的位置外 ，还与基本事件发生概率有关。于是，可以利用结构重要度和概率的重要度来确定可能造成机毁事件的最小割集合中的事件，来确定重点的检验项目。 为了分析方便 ,把故障树中故障事件用其立的非故障事件代替，把逻辑与门用逻辑或门、逻辑或门用与门代替，便得到了与原来对偶的成功树,见图2。求出成功树的最小割集合，就得到原来故障树的最小径集合。 图2 置换后的成功树经计算 ,该塔机成功树的最小割集为：T= G1
7、+ G2=（X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X12X13X14X15X16+X1X6K9X17X18X19X20X21X25X26X27X28X29+X1K6K9X17X18X19X20X21X25X26X28X29X30X31X32+X1X6X9X17X18X19X20X21K24X25K26X27X28X29+X1K6K9X30X31X32）于是 ,塔机机体毁坏故障树的最小径集合共为5个，它们是：( X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X12X13X14X15X16)( X1X6X9X17X18X19X20X21X25X26X28X29)( X1X6X9X17X
8、18X19X20X21X24X25X26X28X29X30X31X32)( X1X6X9X17X18X19X20X21X25X26X27X29) X28( X1X6X9X17X18X19X20X21X25X26X28X29X17X18X19K20X21X24X25X26X28X29X30X31X32根据各基本事件在最小径集合中出现的情况 , X1、X6、X9在最小径集合中出现的次数最多 ,其次是X17、X18、X19、X20、X21、X25、X26、X28、X29，再者是X24、X27、X30X31X32，最少的是X2、X3、X4、X5、X7、X8、X10、X11、X12、X13、X14、X1
9、5、X16。可知要确保塔机安全使用 ,人员的因素、塔机联接件联接情况、安全保护装置最为重要，是检验项目中的重中之重 。4塔机检验中应注重的问题1.严把塔机制造、安装和使用的资格审查关从最小径集合可看出 ,事故产生的原因与制造 、安装和使用人员的因素有重要关系，即无证制造、安装和操作以及违章操作是造成塔机事故的重要因素之一。由于制造质量、安装质量或违章使用等原因造成机毁人亡的重大事故屡见不鲜。如1996年7月某县建筑公司分包的民用建筑住宅楼 ，使用的1台新购置的无生产许可证的塔机，由于制造质量原因造成机毁人亡的重大事故。又如2006年8月石狮市某工地1台Q TZ40塔机，由于安装单位无资质、悬臂
10、高度超高、焊缝质量不过关等原因导致整机倒塌 。再如2007年6月21日，重庆市万州工业园区内移民就业基地标准厂房工地发生一起塔机倒塌事故，造成4人死亡。分析事故发生的主要原因是：塔机安装单位不具备相应资质，塔机未经检验检测就投入使用，且在塔机顶升过程中，违规安排施工人员在塔机下方作业，酿成事故。因此监督检验中在技术资料审核上，应重点审查制造单位、安装单位、操作人员的有效资质证明、产品合格证和安装自检报告 。在检验中还应注重检查安全管理制度建立情况和职工的安全教育情况 ，这些在特种设备安全监察条例 第十四条 、第三十九条 、第四十条中都有严格规定。塔机事故主要由人为的因素和塔机本身不安全因素共同
11、作用的结果，人为的因素是塔机使用安全的基础，应加强安全教育和管理。2重点检验安全装置的配置与调整情况在事故树因果分析图中明显表明塔机机体毁坏与安全保护装置的有效与否有密切关系 。安全保护装置主要有：起重力矩限制器、起重量限制器、行程限位器、风向风速仪、小车防断绳装置、防风装置等。这些安全装置要确保它的完好与灵敏可靠。在使用中如发现损坏应及时维修更换，不得私自解除或任意调节。 2006年1月7日，福州市某工地塔机无力矩限制器长期超载使用，导致塔机标准节主弦杆疲劳断裂，造成塔机整体倒塌，1名工人重伤；2006年7月南平某工地TC5510塔机由于安全保护装置失效、超载使用，导致标准节疲劳断裂前臂折断
12、事故；同年7月南通三建公司在北京施工导致2死3伤的重大塔机倾覆事故也是由于违章调大力矩限制器超载作业引起的，这些血的教训不能不引起我们对塔机安全保护装置的高度重视。所以检规中检验项目的第9项 “安全装置及防护措施 ”做为重点项，监检时应严格把关，不可缺漏。3重点检验塔机的联接情况塔机金属结构因连接不牢造成事故在事故树因果分析图中对塔机机体毁坏有较大的影响，塔机的连接共有3 种类型，焊接、高强度螺栓连接和销轴连接。由于塔机高强度螺栓缺陷，造成机毁人亡的事故所占比例较大。如南京市某工地的1台QTZ25型自升塔机，在吊运1筐砖进行下降作业，当砖筐降落至地面时，塔机突然向平衡重一侧倾覆，造成1人死亡1
13、人受伤。经事故现场调查与勘察，其事故原因主要是使用无标记的高强度螺栓和其高强度连接螺栓一直被多次重复使用，因螺栓疲劳断裂造成重大事故发生；1992年8月，江苏某市大楼工地的1台 QTZ塔机的上部结构突然脱离塔身而翻落下来，究其原因是塔机安装时，回转支承装置的固定螺栓均未按照其安装使用的要求拧紧；2006年5月，宁德市周宁某工地的QTZ40塔机在安装、使用过程中重复使用高强度螺栓连接和用普通标准件代替高强度螺栓结果因强度不够和螺栓疲劳而发生断裂，导致倾覆事故。由于高强度螺栓连接是靠摩擦力来传递结构内力的，要求连接面清洁，有较高的摩擦系数和预紧力矩。检规第31项把金属结构联接作为重点项，在监检中应
14、把握高强度螺栓的安装工艺要求，用扭力板手采用对角逐个检查应达到规定值，高强度螺栓连接不采用弹簧垫圈，应采用2个相同的双螺母防松并要求螺栓长度伸出螺母端面23扣螺纹为宜。严禁使用无厂家标记 、无性能等级标记的不合格螺栓和高强度螺栓重复使用的现象，以保证使用安全 。4塔机基础的检验要点因塔机基础缺陷造成重大事故虽然发生的概率并不是很高的，但其事故后果是极其严重的。因为塔机基础是塔机的根本，它是影响塔机整体稳定性的重要因素。有的事故是由于工地为了抢工期，在混凝土强度不够的情况下而草率安装，有的事故是由于地基承载力不够，有的是由于在基础附近开挖而导致甚至滑坡 产生位移，或是由于积水而产生不均匀的沉降等等，诸如此类，都会造成严重的安全事故。对塔机基础的检验应着重要求使用单位出具地基承载力报告，出具具备试验资格单位出具的有效塔机基础砼试压合格，以及相关部门技术负责人签 字和盖章的报告。5结束语对塔机检验项目重点项的确定 ,应在统计和分析以往在用塔机发生重大事故的基础上 ,然后应用科学安全系统分析方法对危险源进行辩识 ,通过揭示可能导致系统故障或事故的各种因素及其相互关联来查明系统中的危险源 ,再根据数据统计和检验实践，确定基本事件在最小割集合或最小径集合的结构重要度和概率的重要度来确定塔机的重点检验项
