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1、起重机械设备失效模式和安全评估基础知识起重机械设备失效模式和安全评估基础知识俞中建俞中建上海市特种设备监督检验技术研究院上海市特种设备监督检验技术研究院一、起重机械设备失效模式一、起重机械设备失效模式（一）基本概念（一）基本概念1.1.失失效效是是指指一一台台装装置置（或或其其零零部部件件）丧丧失失了了在在预预定定期期限内的正确功能；限内的正确功能；2.2.故故障障是是指指一一台台装装置置（或或其其零零部部件件）在在应应达达到到的的功功能能上丧失了能力；上丧失了能力；上上述述两两者者的的区区别别是是：故故障障应应可可排排除除而而可可恢恢复复其其应应达达到到的的功功能能，而而失失效效则则强强调调
2、其其已已“在在预预定定期期限限内内”丧丧失失了了正正常常功功能能，即强调其已处于不正常状态。即强调其已处于不正常状态。3.3.失失效效模模式式一一般般是是指指能能被被观观察察或或者者测测量量出出来来的的一一种种失失效现象。效现象。4.4.起起重重机机械械设设备备和和零零部部件件的的主主要要失失效效模模式式是是：磨磨损损、变变形形、断裂、腐蚀等宏观现象。断裂、腐蚀等宏观现象。（二）失效的宏观现象（二）失效的宏观现象1.1.磨损失效磨损失效通通常常磨磨损损分分为为粘粘着着磨磨损损、磨磨料料磨磨损损、疲疲劳劳磨磨损损、腐腐蚀蚀磨磨损损和微动磨损五种形式，这也是起重机械使用中常见的磨损。和微动磨损五种
3、形式，这也是起重机械使用中常见的磨损。2.2.断裂失效断裂失效断断裂裂可可分分为为延延性性断断裂裂、脆脆性性断断裂裂、疲疲劳劳断断裂裂和和环环境境断断裂裂四四种形式。种形式。3.3.腐蚀失效腐蚀失效腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。4.4.变形失效变形失效起起重重机机械械金金属属构构件件的的塑塑形形变变形形达达到到一一定定程程度度时时，将将发发生生失失稳现象，承载能力降低，影响其他部件的正常工作。稳现象，承载能力降低，影响其他部件的正常工作。（三）起重机械的失效（三）起重机械的失效起起重重机机械械的的失失效效可可以以由由一一种种或或多多种种过过程程引引起起，其其失
4、失效效形形式式可可以以是是单单一一的的过过程程现现象象，也也可可以以是是组组合合的的过过程程现现象象，其其结结果果是是一一个个宏宏观观现现象象的的表表征征。如如腐腐蚀蚀一一般般被被认认为为是是单单一一的的过过程程，过过程程表表征征是是构构件件表表面面受受到到腐腐蚀蚀损损伤伤；疲疲劳劳一一般般也也被被认认为为是是单单一一的的过过程程，由由周周期期变变动动载载荷荷引引起起构构件件的的机机械械损损伤伤，过过程程表表征征是是构构件件中中疲疲劳劳裂裂纹纹的的萌萌生生、扩扩展展以以至至断断裂裂。腐腐蚀蚀或或疲疲劳劳各各是是独独立立的的一一种种失失效效形形式式，而而腐腐蚀蚀疲疲劳劳则则可可认认为为是是组组合
5、合的的过过程程现现象象，由由于于其其出出现现的的普普遍遍性性、后后果果的的严严重重性性，并并且且腐腐蚀蚀与与疲疲劳劳互互相相增增强强，往往往往不不作作为为是是两两个个单单一一失失效效形形式式的的同同时时出出现现，而而是是两两者者组组合合有有协协同同效效应应引引起起的的一一种种失失效效形形式式。在在腐腐蚀蚀疲疲劳劳失失效效中中，活活性性腐腐蚀蚀的的存存在在会会加加剧剧疲疲劳劳过过程程，而而周周期期变变动动的的疲疲劳劳载载荷荷的的存存在在又又加加剧剧了了腐腐蚀蚀过过程程。腐腐蚀疲劳已被作为一种独立的失效形式。蚀疲劳已被作为一种独立的失效形式。二、起重机械的安全评估二、起重机械的安全评估（一）为什么
6、要对起重机械进行安全评估（一）为什么要对起重机械进行安全评估 自自改改革革开开放放以以来来，我我国国的的制制造造工工业业、钢钢铁铁工工业业、建建筑筑业业等等都都得得到到了了极极大大的的发发展展，起起重重机机械械得得到到广广泛泛的的使使用用，特特别别是是一一些些大大型型或或特特大大型型起起重重机机械械的的使使用用也也越越来来越越多多。由由于于此此类类起起重重机机械械价价格格昂昂贵贵，制制造造周周期期长长，维维护护成成本本高高，在在使使用用了了一一定定的的年年限限后后，如如何何正正确确评评估估这这些些在在用用起起重重机机械械的的状状况，保证起重机械安全可靠使用，这是使用者最为关心的况，保证起重机械
7、安全可靠使用，这是使用者最为关心的问问题题。我我们们定定检检规规则则正正文文第第十十四四条条提提出出了了这这个个问问题题，目目的的就就是是对对此此类类起起重重机机械械进进行行安安全全评评估估工工作作，对对设设备备存存在在的的缺缺陷陷和和问问题题提提出出有有针针对对性性的的安安全全意意见见和和建建议议，实实现现延延长长设设备备的的使使用用寿寿命命；对对确确实实存存在在重重大大缺缺陷陷和和安安全全隐隐患患，无无修修复复价价值的设备，作出判废的建议。值的设备，作出判废的建议。（二）评估具体对象和内容的确定（二）评估具体对象和内容的确定 1.1.由由于于起起重重机机械械品品种种繁繁多多，每每个个品品种
8、种的的起起重重机机都都有有各各自自的的特特点点，因因此此，评评估估方方案案必必须须具具有有针针对对性性。首首先先，应应确确定定评评估估对对象象的的品品种种，如如流流动动式式起起重重机机和和铸铸造造起起重重机机的的安安全全评估方案肯定是不同的。评估方案肯定是不同的。2.2.由由于于使使用用工工况况，使使用用年年限限，使使用用场场合合，操操作作人人员员，管管理理人人员员等等都都不不尽尽相相同同，因因此此，起起重重机机在在使使用用过过程程中中表表现现出出来来的的特特征征和和使使用用方方的的要要求求也也不不尽尽相相同同，所所以以评评估估侧侧重重的的内容也就需要确定。内容也就需要确定。要确定内容，还必须
9、在仔细查阅了起重机的相关技术要确定内容，还必须在仔细查阅了起重机的相关技术资资料料后后，经经与与使使用用方方的的沟沟通通（了了解解使使用用方方的的要要求求），最最后后再进行起重机械安全评估方案的编制。再进行起重机械安全评估方案的编制。3.3.一一般般而而言言，起起重重机机械械由由三三大大部部分分组组成成：钢钢结结构构、机机械械系系统统（起起升升和和运运行行机机构构等等）、控控制制系系统统（电电气气或或液液压压系系统统等等）。因因此此，评评估估内内容容大大致致可可以以划划分分为为以以上上三三大大部部分分。安全评估的基本内容和要求是：安全评估的基本内容和要求是：（1 1）钢结构的疲劳损伤或存在的缺
10、陷；）钢结构的疲劳损伤或存在的缺陷；（2 2）机机械械传传动动系系统统存存在在的的缺缺陷陷，磨磨损损和和损损伤伤状状况况，系系统能耗状况；统能耗状况；（3 3）控控制制系系统统的的先先进进性性，电电气气元元件件的的老老化化程程度度，液液压压系统的泄漏情况，液压元件的可靠性，系统能耗状况；系统的泄漏情况，液压元件的可靠性，系统能耗状况；（4 4）起重机械的整机状况。）起重机械的整机状况。（三）起重机械安全评估方案编制的要求（三）起重机械安全评估方案编制的要求 根根据据确确定定的的安安全全评评估估内内容容，可可以以合合理理地地编编制制有有针针对对性性的安全评估方案。的安全评估方案。1.1.针对整机
11、状况可编制起重机械使用现状分析方案针对整机状况可编制起重机械使用现状分析方案 将将起起重重机机的的各各个个部部分分分分解解成成若若干干个个单单元元，每每个个单单元元里里包包含含各各3 3项项目目，每每个个项项目目所所处处的的状状况况确确定定一一个个分分值值范范围围（分分值值范范围围可可咨咨询询一一定定数数量量的的专专家家，归归纳纳总总结结得得出出经经验验值值的的范范围）。围）。对桥式起重机建议设置如下的对桥式起重机建议设置如下的起重机评估单元起重机评估单元：设设备备管管理理单单元元、金金属属结结构构单单元元、主主要要零零部部件件单单元元、电电气保护单元气保护单元、安全防护装置单元安全防护装置单
12、元、载荷试验单元载荷试验单元及及其他其他。2.2.针对钢结构可编制钢结构的状况分析方案针对钢结构可编制钢结构的状况分析方案 起重机钢结构的安全评估，主要从以下几个方面开展：起重机钢结构的安全评估，主要从以下几个方面开展：（1 1）建建立立钢钢结结构构数数学学分分析析模模型型，对对钢钢结结构构承承载载能能力力采采用许用应力法或者核算或用极限状态设计法进行核算；用许用应力法或者核算或用极限状态设计法进行核算；（2 2）钢结构载荷试验测试和缺陷的测试；）钢结构载荷试验测试和缺陷的测试；（3 3）钢结构主要受力焊缝的探伤；）钢结构主要受力焊缝的探伤；（4 4）钢结构使用寿命的估算（含设计寿命）。）钢结
13、构使用寿命的估算（含设计寿命）。寿命估算一般有以下几个方法：寿命估算一般有以下几个方法：根据使用工况进行计算，得到估算寿命；根据使用工况进行计算，得到估算寿命；对对起起重重机机过过去去工工况况的的估估算算和和对对现现阶阶段段工工况况进进行行测测试试，叠加后得出估算寿命。叠加后得出估算寿命。钢钢结结构构的的状状况况可可根根据据上上述述估估算算、测测试试结结果果进进行行分分析析，进而得出钢结构的状况。进而得出钢结构的状况。3.3.针对传动系统可编制机械传动系统状况分析方案针对传动系统可编制机械传动系统状况分析方案 （1 1）建建立立传传动动系系统统的的数数学学模模型型，进进行行力力学学分分析析或或
14、应应用用许用应力法进行核算，利用模型进行磨损、损伤分析；许用应力法进行核算，利用模型进行磨损、损伤分析；（2 2）机械传动部分外观检查与分析；）机械传动部分外观检查与分析；（3 3）机械传动部分无拆卸检查与分析（非传统手法）；）机械传动部分无拆卸检查与分析（非传统手法）；利利用用振振动动测测试试技技术术，对对高高速速旋旋转转的的机机械械部部件件进进行行失失效性故障的监测与诊断；效性故障的监测与诊断；对对传传动动部部件件的的润润滑滑油油油油液液进进行行分分析析来来推推断断传传动动部部件件的磨损状况。的磨损状况。（4 4）对传动系统进行能耗测试。）对传动系统进行能耗测试。4.4.针针对对电电气气检
15、检测测系系统统，则则进进行行电电气气检检测测系系统统分分析析方方案案的编制的编制 （1 1）根据资料进行先进性的比对；）根据资料进行先进性的比对；（2 2）电气系统能耗计算与测试。）电气系统能耗计算与测试。（四）设计评估流程（四）设计评估流程 评评估估流流程程是是指指评评估估的的框框架架结结构构，它它以以评评估估的的主主要要内内容容为为支支撑撑。评评估估流流程程是是在在宏宏观观上上和和整整体体上上对对评评估估过过程程中中起起支支撑撑作作用用和和关关键键问问题题加加以以规规定定，对对以以后后的的评评估估过过程程有有非非常常具具体体的的指指导导意意义义。评评估估流流程程主主要要由由以以下下内内容构
16、成：容构成：起重机安全技术性能测试评估流程图起重机安全技术性能测试评估流程图（五）评估程序中的几个环节中关键点进行阐述（五）评估程序中的几个环节中关键点进行阐述 1.1.选择评估人员选择评估人员 安安全全评评估估人人员员是是实实施施评评估估方方案案的的主主体体。评评估估人人员员的的技技术术水水平平决决定定了了评评估估的的质质量量。因因此此，要要根根据据评评估估对对象象的的特特点点、评评估估的的目目的的和和评评估估方方案案的的技技术术难难度度，从从评评估估人人员员对对设设备备的的熟熟知知程程度度出出发发，实实现现合合理理的的人人员员匹匹配配。一一、确确定定评评估估项项目目负负责责人人。评评估估项
17、项目目负负责责人人应应是是能能够够胜胜任任评评估估项项目目的的专专业业评评估估人人员员；应应熟熟悉悉起起重重机机械械评评估估工工作作相相关关的的理理论论方方法法、规规范范和和标标准准；应应具具有有较较强强的的业业务务辨辨别别能能力力，即即能能敏敏锐锐地地判判断断评评估估项项目目的的技技术术难难度度等等问问题题；应应工工作作认认真真、务务实实、敬敬业业，有有较较强强的的协协调调和和组组织织能能力力，有有良良好好的的综综合合素素质质，如如有有一一定定的的交交际际和和书书面面表表达达能能力力。二二、确确定定咨咨询询评评估估专专家家。要要选选择择评评估估起起重重机机械械相相关关学学科科领领域域的的专专
18、家家、学学者者，以以该该方方面面的的学学科科带带头头人人或或业业内内的的权权威威人人士士为为宜宜。同同时时，还还应应配配备备相相应应的的技技术术数数据据采采集集和和分分析析等等方方面面的的专专家家或或专专业业人人员员。将将能能在在规定时间内完成评估任务作为确定评估人员数量的基本原则。规定时间内完成评估任务作为确定评估人员数量的基本原则。2.2.确定关键数据和信息的收集确定关键数据和信息的收集 信信息息采采集集是是评评估估过过程程的的关关键键环环节节之之一一。评评估估中中的的许许多多重重要要问问题题都都要要靠靠关关键键数数据据和和信信息息的的收收集集去去说说明明、判判断断。关关键键数数据据和和信
19、信息息的的收收集集的的原原则则是是根根据据评评估估目目的的、内内容容和和所所要要回回答答的的问问题题，确确定定关关键键数数据据和和信信息息的的收收集集的的范范围围和和方方法法。如如某某一一评评估估项项目目为为起起重重机机械械方方面面的的测测试试项项目目，评评估估目目的的是是这这个个项项目目测测试试的的可可行行性性。根根据据评评估估目目的的和和评评估估起起重重机机械械的的特特点点，可可确确定定关关键键数数据据和和信信息息的的收收集集的的范范围围应应是是和和起起重重机机械械安安全全有有关关的的、特特别别是是和和起起重重机机械械使使用用安安全全有有关关的的各各种种信信息息，再再就就是是和和项项目目有
20、有间间接接关关系系的的主主管管部部门门安安全全意意识识重重视视程程度度的的有有关关信信息息和和历历史史记记录录。收收集集关关键键数数据据和和信信息息的的方方法法是是从从评评估估测测试试现现场场采采集集，从从有有关关部部门门提提供供的的资资料料中中提提取取。对对得得到到的的大大量量信信息息要要按按真真实实性性、准准确确性性、适适用用性性、时时效效性性、合合理理性性的的原原则则进进行行分分析析，选选择择出出少少而而精精具具有有参参考考价价值值的的信信息。息。（六）总结（六）总结 以以上上所所述述的的起起重重机机械械安安全全评评估估主主要要是是针针对对起起重重机机械械的的本本体体进进行行评评估估，不
21、不包包括括设设计计、制制造造、安安装装、使使用用这这些些环环节节，希望本文能对大家的起重机械安全评估工作有所启发。希望本文能对大家的起重机械安全评估工作有所启发。、机械式停车设备车位尺寸和安全距离的相关规定机械式停车设备车位尺寸和安全距离的相关规定上海市特种设备监督检验技术研究院谢谢评评 估估 单单 元元 划划 分分 及及 评评 估估 内内 容容 表表序号序号评估单元评估单元主主 要要 内内 容容1 1设备管理单元设备管理单元管理制度、设备档案、技术资料等管理制度、设备档案、技术资料等2 2金属结构单元金属结构单元主梁应力测试、结构件焊接、结构件几何尺寸主梁应力测试、结构件焊接、结构件几何尺寸
22、测量、焊缝探伤、主梁上拱度、水平旁弯、腹测量、焊缝探伤、主梁上拱度、水平旁弯、腹板平面度、跨度、对角线、栏杆等板平面度、跨度、对角线、栏杆等3 3主要零部件单元主要零部件单元吊钩、钢丝绳、滑轮、制动器、制动轮、车轮、吊钩、钢丝绳、滑轮、制动器、制动轮、车轮、联轴器、减速器、卷筒等联轴器、减速器、卷筒等4 4电气系统单元电气系统单元供电电源、馈电装置、电气设备及元件、电线供电电源、馈电装置、电气设备及元件、电线及电缆、绝缘及接地电阻值、紧急断电开关、及电缆、绝缘及接地电阻值、紧急断电开关、短路及失压保护、零位保护、过流保护、照明短路及失压保护、零位保护、过流保护、照明等等5 5安全防护装置单元安
23、全防护装置单元限位器、联锁保护装置、缓冲器、扫轨板、止限位器、联锁保护装置、缓冲器、扫轨板、止挡、防护板、防护罩、超载限制器等挡、防护板、防护罩、超载限制器等6 6载荷试验单元载荷试验单元空载、额载、静载和动载试验，动刚度测试等空载、额载、静载和动载试验，动刚度测试等7 7其其 他他日常检验必须达到的内容日常检验必须达到的内容返回返回设设 备备 管管 理理 单单 元元 检检 查查 情情 况况 表表序序 号号检检 查查 内内 容容检检 查查 记记 录录1.11.1管理制度管理制度1.1.1起重机设备管理制度1.1.2起重机操作规程细则1.1.3各级岗位责任制1.1.4交接班制度1.1.5安全技术
24、要求细则1.1.6绑挂指挥规程1.1.7检修制度1.1.8培训制度1.1.9设备档案制度设设 备备 管管 理理 单单 元元 检检 查查 情情 况况 表（续）表（续）序序 号号检检 查查 内内 容容检检 查查 记记 录录1.2设备档案及技术资料设备档案及技术资料1.2.1产品质量证明书1.2.2总图、桥架及小车图纸1.2.3主要易损件图纸、部件图及附件图1.2.4电气原理及接线图、电线与电缆敷线图1.2.5点检记录返回返回金金 属属 结结 构构 单单 元元 检检 查查 情情 况况 表表序序 号号检检 查查 内内 容容检检 查查 记记 录录2 2金属结构单元金属结构单元2.1主梁截面及板材厚度截面
25、高度 上盖板厚度下盖板厚度上盖板宽度下盖板宽度腹板厚度2.2主梁上拱度金金 属属 结结 构构 单单 元元 检检 查查 情情 况况 表（续）表（续）序序 号号检检 查查 内内 容容检检 查查 记记 录录2.3主梁水平旁弯2.4主梁水平偏斜2.5主梁垂直偏斜2.6主梁小车轨道高低差2.7主梁小车轨距偏差2.8小车轨道接头情况2.9主梁腹板局部平面度2.10起重机跨度偏差2.11螺栓联接金金 属属 结结 构构 单单 元元 检检 查查 情情 况况 表（续）表（续）序序 号号检检 查查 内内 容容检检 查查 记记 录录2.12起重机对角线差2.13主梁小车轨道直线度2.14小车轨道与主梁上盖板间隙 2.
26、15主梁上的对接焊缝应符合外观检查要求2.16起重机主梁应力测试2.17金属结构连接2.18起重机上梯子、栏杆和走台应符合GB 6067的有关规定返回返回主主 要要 零零 部部 件件 单单 元元 检检 查查 情情 况况 表表序序 号号检检 查查 内内 容容检检 查查 记记 录录3 3主要零部件单元主要零部件单元3.1吊钩3.2大车车轮水平偏斜3.3大、小车车轮踏面硬度3.4小车车轮垂直偏斜及偏斜方向3.5小车车轮水平偏斜3.6制动器及制动轮3.7减速器3.8制动轮表面硬度主主 要要 零零 部部 件件 单单 元元 检检 查查 情情 况况 表（续）表（续）序序 号号检检 查查 内内 容容检检 查查
27、 记记 录录3.9钢丝绳3.10卷筒3.11滑轮3.12联轴器3.13传动齿轮返回返回电电 气气 保保 护护 单单 元元 检检 查查 情情 况况 表表序序 号号检检 查查 内内 容容检检 查查 记记 录录4 4电气保护单元电气保护单元4.1供电电源4.2馈电装置4.3电气设备及电气元件4.4电源回路的短路保护及电气隔离装置4.5失压保护和零位保护4.6绝缘电阻4.7过流保护4.8总电源开关电电 气气 保保 护护 单单 元元 检检 查查 情情 况况 表（续）表（续）序序 号号检检 查查 内内 容容检检 查查 记记 录录4.9接地及接地电阻4.10司机室内电气情况4.11紧急断电开关4.12照明返
28、回返回安安 全全 防防 护护 装装 置置 单单 元元 检检 查查 情情 况况 表表序序 号号检检 查查 内内 容容检检 查查 记记 录录5 5安全防护装置单元安全防护装置单元5.1高度限位器5.2运行机构行程限位器5.3运行机构缓冲器及止挡5.4电气联锁保护装置5.5检修吊笼5.6导电滑线防护板5.7防护罩及防雨罩5.8扫轨板5.9起重量限制器返回返回载载 荷荷 试试 验验 单单 元元 检检 查查 情情 况况 表表序序 号号检检 查查 内内 容容检检 查查 记记 录录6 6载荷试验单元载荷试验单元6.1空载试验6.2额定载荷试验6.3动载荷试验6.4动刚度试验返回返回其其 他他 检检 验验 内内 容容 单单 元元 检检 查查 情情 况况 表表序序 号号检检 查查 内内 容容检检 查查 记记 录录8 8其他检验内容单元其他检验内容单元8.1用于噪音等有害环境作业的起重机，应有保护司机健康必要的防护措施8.2在起重机明显部位应有清晰的额定起重量标志8.3吊具、有人行通道的端梁外侧、滑线防护板应有黄黑相间的安全色8.4起重机总电源开关状态在司机室内应有明显的信号指示8.5司机室内应设合适的灭火器和司机室外音响信号，门应有锁8.6隔热板返回返回