通用橋式起重機斷繩案例解析

【摘 要】 對一起起重機斷繩事故的案例分析，指出斷繩原因，總結了這起事故揭示的教訓，警示人們在起重機抬吊作業、日常的檢查維護保養、監督檢驗及定期檢驗過程中應注意規范及完善，杜絕此類事故再次發生。

2014年5月28日16時，南通某重工有限公司的主結構車間，位于南跨上的東西兩臺通用橋式起重機，東臺為空操，西臺為地操，地操人員兼作指揮，抬吊29.3t的機器房底座，當起升離地0.3m時，西臺起重機主鉤鋼絲繩突然發生斷裂，導致機器房底座變形，重傷一人，直接經濟損失達50多萬元。

1　現場吊重和吊點情況驗證

該機器房底座圖紙設計理論重量25.8t，事故后用50t雙鉤門式起重機稱重為29.3t，其中東臺起重機吊鉤承受13.2t，西臺承受16.1t，起吊時起升鋼絲繩均垂直，沒有斜吊現象。參與抬吊的兩臺起重機型號相同、額定起重量均為16t，事故時抬吊總重達到兩臺起重機總額定起重量的91.56%。偏重的一端為西臺起重機，斷繩時抬吊重量達到該機額定起重量的100.62%，鋼絲繩斷裂處距離卷筒卷繞點1.68m。

2　現場鋼絲繩情況驗證

察看鋼絲繩斷口呈松散拉伸狀。鋼絲繩外表褐色油脂較多，無法判定斷口是否有陳舊斷絲，但從松散斷口處能用手輕輕抽出50～350mm的斷絲數根。檢查鋼絲繩其他位置，在斷口前后1m多的范圍內，1個捻距內斷絲數最多處為2根，斷絲呈壓扁平頭狀，順壓在絲縫內，斷絲數符合GB/T 5972-2009《起重機 鋼絲繩 保養、維護、安裝、檢驗和報廢》國家標準“鋼絲繩直徑6倍長度內斷絲不得超過3根”的規定 [1]。

拆股檢查每根鋼絲斷口，有磨損的鋼絲數為26根，占繩股鋼絲總數22.8%，其表面鋼絲磨損最嚴重處為鋼絲公稱直徑的29.5%，鋼絲磨損量符合國家標準不超過鋼絲直徑的40%的規定，磨損嚴重的斷口呈長弧月牙形，磨損一般的斷口呈小杯狀。

測量鋼絲繩未磨損處直徑為18.0mm，右交捻，6股，每股有鋼絲19根，類別為光面，其中鋼絲直徑為1.0～1.1mm 的6根， 1.32～1.33mm的13根，纖維繩芯，公稱抗拉強度不詳。

在通過卷筒繞面接觸處2m以內的鋼絲繩，磨損最嚴重處測量直徑為17.52mm，磨損及伸長變形減少量達鋼絲繩直徑的2.66%，呈弧形磨損，油脂清除后磨損表面光亮。

據了解該斷裂的鋼絲繩是出廠時由制造單位配置的，自2007年起重機投入使用以來未更換過。

3　現場卷筒、滑輪情況驗證

滑輪、平衡輪、卷筒底部直徑分別為445mm、264mm、461mm，繩槽磨損量分別占鋼絲繩直徑的27.8%、5.5%、11.1%。

4　斷繩原因分析

4.1　現場主鋼絲繩的結構

鋼絲合格證上標出的型號為6×19W-17.5+ IWRC-ZS-1770，直徑為1.0mm。6×19W鋼絲繩由高強度鋼絲和有機繩芯捻制而成，每股有13根粗絲、6根細絲組成。每19根鋼絲捻成一股，114根鋼絲捻成6股。鋼絲是最基本的強度單元。繩芯起支撐和固定繩股的作用，并可儲存潤滑油脂，增加鋼絲繩的撓性。

現場使用的鋼絲繩是一種交互捻繩，由鋼絲捻成股的捻制螺旋方向與由股捻成繩的捻制方向相反，外觀上鋼絲基本上沿著繩的軸向方向纏繞。這種鋼絲繩的股與繩的扭轉趨勢互相平衡，起吊重物時不易扭轉和松散，但存在股間鋼絲接觸不良、易磨損、壽命短、撓性較差等缺點。

4.2　鋼絲繩受力分析

由于鋼絲繩復雜的結構和工作狀態，應力狀態極其復雜。鋼絲繩的強度實際情況不明，故無法進行許用應力計算。

該起重機的鋼絲繩在3個吊鉤滑輪和卷筒上運動時，只受單向彎曲，與卷筒、滑輪接觸的鋼絲繩表面承受壓應力；而另一面則承受拉應力。鋼絲繩上的彎曲循環應力在拉與壓之間不斷變化。正反向的彎曲使鋼絲繩受到雙倍的交變彎曲應力作用。由于該起重機安裝在結構車間中，多年來一直用于地面上大型結構件吊裝，工作量不多，起吊所用的懸掛索具長度也基本沒有變化，因此經過卷筒、滑輪處的鋼絲繩長度也只能局限在幾米之內，局部的應力集中加速鋼絲繩的破壞。

經現場測量，滑輪、平衡輪、卷筒與鋼絲繩直徑之比分別為27.2、16.7、27.8，雖均能滿足GB/T 3811-2008《起重機設計規范》規定 [2]的20、14、18的最小要求，但滑輪由于長時間的使用，其底部磨損較為嚴重，最大處經測量達到22.5mm，超出GB/T 3811-2008規定的允許使用范圍 [2]，接觸面減小，應力更加集中，加速了鋼絲繩的破壞。

卷筒上繩槽是按鋼絲繩直徑17.5mm設計加工的，故直徑18.0mm的鋼絲繩在卷筒上卷繞時，除了受到正常狀態下的壓應力和彎曲應力外，還要承受繩槽小于繩徑情況下繩槽邊緣對鋼絲繩產生的剪切應力以及繩與繩之間的擠壓應力，此項應力長期存在，也加速了鋼絲繩的破壞。

5　事故警示教訓

5.1　存在超載現象

GB 6067.1-2010《起重機械安全規程 第一部分：總則》17.3.2.8聯合起升操作過程中的承載能力要求 [3]：如果當起重機械能確保起升鋼絲繩保持垂直狀態、能達到精確同步動作、監控設備能有效監控載荷的角度和每根起重繩穩定地通過起升操作的垂直度和作用力、專人指揮等相關因素達到規定的合格要求并被指派人員所認可，那么，每臺起重機操作就可以達到其額定載荷。

當上述有關因素不能達到規定的合格要求時，指派人員應根據具體情況決定對起重機降低額定載荷使用，可降低到額定載荷的75%或更多。

本案例中，兩臺起重機抬吊時不具備對起吊載荷的有效監控，所以每臺起重機的額定載荷應降低、只能按其額定載荷的75%計算，按此規定，斷繩事故時西臺起重機的起重量為16.1t，已超載34%。

抬吊聯合起升作業應專人指揮確保同步。本案例中，一地操人員兼作指揮，在實際工作中很難保持起吊作業完全同步，地操與空操難以同步，瞬間加載不均，造成嚴重超載。該起重機先天不足，無起重量限制器，沒有能有效地阻止斷繩事故的發生。

5.2　日常檢查方法有缺陷

平時起吊時起升高度變化不大，頻繁經過卷筒、滑輪處的鋼絲繩長度只局限在幾米之內，實際選用的鋼絲繩是最典型的不旋轉結構鋼絲繩，有其不可克服的缺點：股與股之間為點按觸，繩與滑輪、平衡輪、卷筒按觸應力大，外徑繩股接觸的表面易磨損、易斷絲。由于這些缺陷局限在與卷筒滑輪按觸的鋼絲繩內表面的那一小段長度范圍內，日常檢查時難以發現卷筒滑輪內側的斷絲。加上鋼絲繩外表油污多，掩蓋了磨損和斷絲缺陷，常規檢驗方式方法不易發現，應當借助電磁技術無損檢測等科技手段如鋼絲繩探傷儀予以輔助，用以確定鋼絲繩損壞的區域和程度。鋼絲繩斷裂通常是由多種綜合因素造成的，應根據其累積效應判斷原因，并作出報廢或繼續使用的決定，當鋼絲繩在任何部位損壞的累積效應值達到100%時就應報廢。

針對使用年限較長的鋼絲繩，更要明確日常檢查的重點部位和頻度。

5.3　檢驗工作存在缺陷

實際選用的主鋼絲繩規格、型號與圖紙要求不一致，與提供的鋼絲繩合格質量證明也不符，其鋼絲的化學成分、金相組織不明，其強度和韌性不詳。整根鋼絲繩的抗拉強度能否符合1770級要求,值得懷疑。因此可以認定主鋼絲繩選用有缺陷、鋼絲繩合格證不真實。上述缺陷的存在，表明在制造監督檢驗、安裝監督檢驗、定期檢驗工作中有不到位之處, TSGQ 7016-2008《起重機械安裝改造重大維修監督檢驗規則》規定 [4]對零部件檢驗采取核查主要零部件合格證、銘牌,必要時核對實物檢查的提法不嚴謹。此案例最應該吸取的教訓之一就是：在檢驗工作中對待有幾何尺寸要求的，不能局限于查閱如合格證、檢測報告書等書證，更要到實物上檢查和測量，真正做到圖紙、書證、實物一致。檢驗規則中針對有幾何尺寸要求的，應當明確必須以實物檢查方式進行驗證，而不是“必要時”核對實物檢查。

5.4　保養工作不規范

該公司落實操作起重機的司機進行每月的起重機潤滑保養，沒有明確要求其對鋼絲繩使用情況進行檢查。司機保養知識不足，每月做鋼絲繩保養時，僅將鋼絲繩再涂上一層潤滑油。鋼絲繩上較厚的油脂，致使維保人員在進行設備檢查時很難發現斷絲情況?；覊m以及不正確的潤滑促使磨損加劇，陳油未清理，在鋼絲繩表面形成積垢，新涂的油脂不能潤滑至鋼絲繩內部，會造成繩內缺油，長期且頻繁使用，將導致繩內鋼絲疲勞損傷，大大降低承載能力，這種狀態會導致鋼絲繩在動載作用下突然斷裂。日常工作中應嚴格按照GB/T 5972-2009《起重機 鋼絲繩 保養、維護、安裝、檢驗和報廢》要求來做好保養工作。