1 鐵路大型起重運(yùn)輸設(shè)備概述
??? 鐵路建設(shè)是國內(nèi)拉動內(nèi)需的主要行業(yè)，隨著鐵路客運(yùn)專線與高速鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，鐵路專用各種起重機(jī)械類型越來越多，也越來越大型化，如900噸級的箱梁架橋機(jī)、箱梁運(yùn)梁車、搬運(yùn)機(jī)以及提梁機(jī)等。隨之而來的，目前中國的起重機(jī)械制造廠家也從上世紀(jì)八十年代的一百多家，發(fā)展到現(xiàn)在的近千家，同時(shí)，世界各國的知名起重機(jī)械制造商以及一些基礎(chǔ)部件制造商也紛紛搶灘中國的大型起重機(jī)制造市場。由于起重機(jī)械的使用場所越來越復(fù)雜、需求量急劇增大、施工工期限制、起重機(jī)械的設(shè)計(jì)與制造水平參差不齊、使用與操作人員素質(zhì)等等諸多原因，大型起重設(shè)備的安全問題愈來愈突出。
??? 據(jù)2009年2月統(tǒng)計(jì)，中國中鐵股份有限公司在國內(nèi)高速鐵路與客運(yùn)建設(shè)中，已經(jīng)成功架設(shè)了900噸級混凝土箱梁7000多片，而中鐵科工集團(tuán)隸屬中國中鐵股份有限公司，一直在經(jīng)歷和從事鐵路大型起重裝備的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、現(xiàn)場安裝、現(xiàn)場調(diào)試、維護(hù)保養(yǎng)全過程的服務(wù)。因此，本人從技術(shù)層面、管控角度談?wù)勮F路大型起重運(yùn)輸設(shè)備的諸多涉及安全問題。
??? 目前，鐵路客運(yùn)專線大型施工機(jī)械屬特種設(shè)備范疇的主要有箱梁架橋機(jī)、箱梁運(yùn)梁車、梁場輪胎式搬運(yùn)機(jī)、輪軌式提梁機(jī)等。
??? 1.1 鐵路箱梁架橋機(jī)分類
??? 從2006年3月19日國內(nèi)第一片900噸級箱梁由中鐵二局在合寧線成功架設(shè)之日起，短短三年時(shí)間，用于架設(shè)箱梁的架橋機(jī)已經(jīng)有了近十種。種類很多，但分類方法不盡統(tǒng)一。按照架橋機(jī)過孔方式分，可分為步履式、全輪走行式、導(dǎo)梁式、輔助導(dǎo)梁式等；粗一點(diǎn)分，按照架橋機(jī)起吊落梁方式分，可分為拖拉起吊落梁、定點(diǎn)起吊落梁與運(yùn)架一體式等。
??? 1.2 鐵路箱梁運(yùn)梁車分類
??? 箱梁運(yùn)梁車一般按照轉(zhuǎn)向方式分，有兩種型式：一是連桿轉(zhuǎn)向式，二是獨(dú)輪轉(zhuǎn)向式。
??? 1.3 鐵路箱型梁輪胎式搬運(yùn)機(jī)分類
??? 鐵路箱型梁梁場搬運(yùn)機(jī)是目前客運(yùn)專線制梁場必不可少的提梁、移梁、存梁、裝梁設(shè)備，有兩種型式：一是穿越式，二是非穿越式。
??? 1.4 輪軌式提梁機(jī)分類
??? 在客運(yùn)專線建設(shè)初期，梁場還全部采用輪軌式提梁機(jī)，當(dāng)積累一定經(jīng)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)輪胎式搬運(yùn)機(jī)有動作范圍大、不受軌道限制優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而在梁場設(shè)備的選型與應(yīng)用中，根據(jù)施工情況，提梁機(jī)與搬運(yùn)機(jī)的作用就有明確的分工，比如，只需要在梁場裝梁、移梁，且場地條件允許的，一般采用輪胎式提梁機(jī)；而當(dāng)需要在梁場設(shè)置提梁站時(shí)，則大多采用跨墩的輪軌式提梁機(jī)。
??? 輪軌式提梁機(jī)與輪胎式搬運(yùn)機(jī)的主要區(qū)別一是走行方式，二是用途。
??? 因此，輪軌式提梁機(jī)也有兩類，一類為只在梁場移梁、裝梁的普通起升高度提梁機(jī)，另一類為需要跨墩設(shè)置提梁站的高位提梁機(jī)。
??? 目前，在梁場移梁、裝梁的普通起升高度輪軌式提梁機(jī)也有幾種型式，如兩臺一套式、縱橫向穿越式等等。
??? 2 國家、行業(yè)對大型起重設(shè)備的相關(guān)規(guī)定
??? 從2000年以來，國家對整個(gè)起重機(jī)行業(yè)的監(jiān)督管理開始逐步加強(qiáng)，并且將起重機(jī)等特種設(shè)備統(tǒng)一歸口到國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)疫總局管理，由其屬下的特種設(shè)備安全監(jiān)察局組織實(shí)施。國家對大型、特殊用途的起重設(shè)備出臺了一系列的政策和法規(guī)，主要包括：
??? 2.1 關(guān)于起重機(jī)械安全監(jiān)察條例及規(guī)定
??? （1）國務(wù)院關(guān)于修改（特種設(shè)備安全監(jiān)察條例）的決定--國務(wù)院令 第549號（2009年1月14日通過），自2009年5月1日起施行。
??? ?。?）《起重機(jī)械安全監(jiān)察規(guī)定》--國質(zhì)檢總局令第92號，自2007 年6 月1 日起施行。
??? （3）TSG Q7015-2008《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》
??? ?。?）TSG Q0002-2008《起重機(jī)械安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程--橋式起重機(jī)》
??? （5）《特種設(shè)備現(xiàn)場安全監(jiān)督檢查規(guī)則（試行）》--國質(zhì)檢特函〔2007〕910號，自2007年11月7日起施行。
??? ?。?）《特種設(shè)備重點(diǎn)監(jiān)控工作要求》--國質(zhì)檢特函〔2007〕910號，自2007年11月7日起施行。
??? ?。?）《特種設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督與安全監(jiān)察規(guī)定》--國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局令第13號，自2000年10月1日起施行。
??? ?。?）《廠內(nèi)機(jī)動車輛監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)程》--國質(zhì)檢鍋[2002]16號，自2002年1月21日起施行。
??? 關(guān)于起重機(jī)械管理的行政許可、起重機(jī)械管理的制造許可、起重機(jī)械的安裝改造維修許可、起重機(jī)械的型式試驗(yàn)、起重機(jī)械的制造監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)程、起重機(jī)械的安裝改造維修及使用規(guī)則、起重機(jī)械作業(yè)人員培訓(xùn)考核及管理等內(nèi)容在此不再詳述。行業(yè)對大型起重設(shè)備的相關(guān)規(guī)定包括：《客運(yùn)專線鐵路箱梁運(yùn)架安全管理手冊》--鐵道部工管中心（2008年）；《鐵路架橋機(jī)架梁暫行規(guī)程》--鐵建設(shè)（2006）181號。
??? 3 鐵路大型起重運(yùn)輸設(shè)備的特殊性
??? 與一般通用起重機(jī)械不同，鐵路大型起重運(yùn)輸機(jī)械的特殊性在于：
??? （1）流動性大，常常在設(shè)備注冊地以外使用；
??? ?。?）型式特殊，尤其是大噸位箱梁架橋機(jī)，在起重機(jī)手冊中是找不到類似型式的，大型箱梁架、運(yùn)設(shè)備設(shè)計(jì)是根據(jù)鐵路客運(yùn)專線特殊用途進(jìn)行的，并且是隨著近年來鐵路建設(shè)跨躍式發(fā)展而創(chuàng)新研發(fā)的大型施工裝備；
??? ?。?）額定起重量大，額定起重量900噸級，在陸地大范圍轉(zhuǎn)場、移動施工的起重機(jī)械中是少有的；
??? ?。?）外形尺寸大， 工作方式特殊；
??? （5）依訂單、單件生產(chǎn)，制造周期長；
??? ?。?）動作復(fù)雜，安全要求高，設(shè)計(jì)難度大。由于行業(yè)的特殊性，往往對起重設(shè)備有特殊要求，因而設(shè)計(jì)中會出現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的狀況；
??? ?。?）載荷變化小，客運(yùn)專線運(yùn)、架、搬、提設(shè)備起吊的對象單一，混凝土梁片的重量誤差不超過5%左右，這一點(diǎn)與通用起重設(shè)備負(fù)荷變化劇烈明顯不同。
??? 4? 設(shè)計(jì)中對運(yùn)、架、搬、提設(shè)備安全的重點(diǎn)考慮
??? 前已論述，客運(yùn)專線大型施工設(shè)備雖然屬起重設(shè)備，但設(shè)計(jì)中并沒有現(xiàn)成模式可比照。設(shè)計(jì)中事關(guān)安全的環(huán)節(jié)與必須重點(diǎn)關(guān)注的過程本人認(rèn)為有以下幾個(gè)方面：
??? 4.1 適應(yīng)線路設(shè)計(jì)的變化
??? 從京津到哈大，梁片在斷面尺寸方面不斷地優(yōu)化，給運(yùn)、架設(shè)備的設(shè)計(jì)與改進(jìn)帶來了一定的難度，因?yàn)榱浩臋M向尺寸縮短了，架橋機(jī)的橫向穩(wěn)定性必須重新考慮與校核，同時(shí)，施工中對架橋機(jī)的橫向穩(wěn)定問題必須要更加謹(jǐn)慎。所以，我們不希望線路設(shè)計(jì)一味向輕型化發(fā)展，從施工單位考慮，購置一臺架橋機(jī)肯定會要求能適應(yīng)各種尺寸梁片的架設(shè)，所以架橋機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮兼顧幾種寬度梁型架設(shè)，而實(shí)際上這種兼顧必然是一種折中。我們不希望為了滿足線路設(shè)計(jì)的變化而犧牲大型起重設(shè)備的安全系數(shù)。
??? 同時(shí)，線路設(shè)計(jì)中如果出現(xiàn)特殊的大坡道、小曲線半徑、人口密集區(qū)、惡劣天氣等，這對設(shè)備設(shè)計(jì)來說，設(shè)計(jì)的難度都會成倍增加，比如：大的坡道需要設(shè)備良好的驅(qū)動能力和制動性能，然而從機(jī)械方面講，超過一定的范圍，設(shè)備自身無法滿足而需要通過其他輔助手段時(shí)，就存在安全隱患。
??? 4.2 設(shè)計(jì)與分析計(jì)算的交替反復(fù)，是保證大型施工設(shè)備安全的必不可少的過程
??? 作為設(shè)計(jì)者，不但要具備設(shè)計(jì)能力，同時(shí)還應(yīng)具備計(jì)算分析能力。以架橋機(jī)為例。整機(jī)設(shè)計(jì)的步驟是：
??? ?。?）整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)；
??? （2）上有限元程序進(jìn)行梁單元分析計(jì)算，定性分析整體結(jié)構(gòu)的受力狀況，找出薄弱環(huán)節(jié)；
??? （3）修改設(shè)計(jì)；
??? ?。?）再次分析計(jì)算，直到關(guān)鍵部位的安全指標(biāo)達(dá)到要求。
??? 以上四步驟反復(fù)進(jìn)行，當(dāng)整機(jī)的梁單元計(jì)算整體結(jié)構(gòu)認(rèn)為安全后，再進(jìn)行有限元板單元校核，解決局部受力問題。
??? 這是大型起重設(shè)備把握安全設(shè)計(jì)的基本程序。這里強(qiáng)調(diào)的是設(shè)計(jì)與計(jì)算交替進(jìn)行，計(jì)算分析可提示和輔助大型起重設(shè)備的整個(gè)設(shè)計(jì)過程，做不到這一點(diǎn)的不是合格的供應(yīng)商。
??? 4.3 豐富的經(jīng)驗(yàn)積累與嚴(yán)格的設(shè)計(jì)把關(guān)，是設(shè)備安全的基本保證
??? 大型起重機(jī)械的局部連接設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，這要靠經(jīng)驗(yàn)積累與嚴(yán)格的過程控制。比如焊縫連接和螺栓連接的設(shè)計(jì)，這是用有限元等其他輔助手段無法完全模擬的，同樣一個(gè)焊接件，閱歷不同的人處理的方法肯定不一樣。如果設(shè)計(jì)不合理，出現(xiàn)的問題就可能是災(zāi)難性的。
??? 再說焊接問題。焊縫與焊接設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)中最常見的工作，這些經(jīng)驗(yàn)是起決定性作用的。某移動模架造橋機(jī)曾經(jīng)發(fā)生兩次倒塌，我們幫助其評估恢復(fù)了其中一臺設(shè)備。究其原因，發(fā)現(xiàn)卻是犯的常識性錯(cuò)誤，將焊接性能不好的40Cr材料與普通材料進(jìn)行焊接，又沒有提出特殊工藝要求，由于不合適的焊接設(shè)計(jì)，不合適的焊接操作，使焊縫處母材金相組織發(fā)生脆性變化，致使銷軸在焊接時(shí)產(chǎn)生了焊接裂紋，使銷軸本身強(qiáng)度遭到削弱，引發(fā)了事故的發(fā)生。
??? 焊接設(shè)計(jì)中還有一忌，就是吊具等事關(guān)起吊關(guān)鍵部位的焊縫禁止受拉，而偏偏就有這樣的現(xiàn)象出現(xiàn)。某輪軌式架橋機(jī)傾翻與上述某移動模架造橋機(jī)的第二次倒塌，都發(fā)生在吊具及后吊架的受拉焊縫處，設(shè)計(jì)中發(fā)生這種錯(cuò)誤一是缺乏經(jīng)驗(yàn)，二是責(zé)任心缺失。
??? 4.4 架、運(yùn)、搬、提大型設(shè)備的安全性能設(shè)計(jì)
??? ?。?）保證設(shè)計(jì)手段的不斷提升完善。如進(jìn)行必要的動力學(xué)仿真，尤其在理論基礎(chǔ)還不夠完善時(shí)，采用動力學(xué)仿真也是虛擬樣機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法。
??? ?。?）機(jī)構(gòu)的安全系數(shù)嚴(yán)格按照要求采用。如起升系統(tǒng)鋼絲繩安全系數(shù)n≥6、吊桿拉伸應(yīng)力安全系數(shù)n≥5、整機(jī)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)n≥1.5 等等，這些關(guān)鍵點(diǎn)都是要進(jìn)行反復(fù)核算的。
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