1 鐵路大型起重運輸設(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械類型越來越多，也越來越大型化，如900噸級的箱梁架橋機、箱梁運梁車、搬運機以及提梁機等。隨之而來的，目前中國的起重機械制造廠家也從上世紀八十年代的一百多家，發(fā)展到現(xiàn)在的近千家，同時，世界各國的知名起重機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制造市場。由于起重機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、起重機械的設(shè)計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，中國中鐵股份有限公司在國內(nèi)高速鐵路與客運建設(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、制造、運輸、現(xiàn)場安裝、現(xiàn)場調(diào)試、維護保養(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路大型起重運輸設(shè)備的諸多涉及安全問題。
??? 　　目前，鐵路客運專線大型施工機械屬特種設(shè)備范疇的主要有箱梁架橋機、箱梁運梁車、梁場輪胎式搬運機、輪軌式提梁機等。
??? 　　1.1 鐵路箱梁架橋機分類
??? 　　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，短短三年時間，用于架設(shè)箱梁的架橋機已經(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；粗一點分，按照架橋機起吊落梁方式分，可分為拖拉起吊落梁、定點起吊落梁與運架一體式等。
??? 　　1.2 鐵路箱梁運梁車分類
??? 　　箱梁運梁車一般按照轉(zhuǎn)向方式分，有兩種型式：一是連桿轉(zhuǎn)向式，二是獨輪轉(zhuǎn)向式。
??? 　　1.3 鐵路箱型梁輪胎式搬運機分類
??? 　　鐵路箱型梁梁場搬運機是目前客運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 輪軌式提梁機分類
??? 　　在客運專線建設(shè)初期，梁場還全部采用輪軌式提梁機，當(dāng)積累一定經(jīng)驗后，發(fā)現(xiàn)輪胎式搬運機有動作范圍大、不受軌道限制優(yōu)點，進而在梁場設(shè)備的選型與應(yīng)用中，根據(jù)施工情況，提梁機與搬運機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；而當(dāng)需要在梁場設(shè)置提梁站時，則大多采用跨墩的輪軌式提梁機。
??? 　　輪軌式提梁機與輪胎式搬運機的主要區(qū)別一是走行方式，二是用途。
??? 　　因此，輪軌式提梁機也有兩類，一類為只在梁場移梁、裝梁的普通起升高度提梁機，另一類為需要跨墩設(shè)置提梁站的高位提梁機。
??? 　　目前，在梁場移梁、裝梁的普通起升高度輪軌式提梁機也有幾種型式，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，國家對整個起重機行業(yè)的監(jiān)督管理開始逐步加強，并且將起重機等特種設(shè)備統(tǒng)一歸口到國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗疫總局管理，由其屬下的特種設(shè)備安全監(jiān)察局組織實施。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)于起重機械安全監(jiān)察條例及規(guī)定
??? 　?。?）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。
??? 　?。?）TSG Q7015-2008《起重機械定期檢驗規(guī)則》
??? 　?。?）TSG Q0002-2008《起重機械安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程--橋式起重機》
??? 　　（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。
??? 　　（6）《特種設(shè)備重點監(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)機動車輛監(jiān)督檢驗規(guī)程》--國質(zhì)檢鍋[2002]16號，自2002年1月21日起施行。
??? 　　關(guān)于起重機械管理的行政許可、起重機械管理的制造許可、起重機械的安裝改造維修許可、起重機械的型式試驗、起重機械的制造監(jiān)督檢驗規(guī)程、起重機械的安裝改造維修及使用規(guī)則、起重機械作業(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：《客運專線鐵路箱梁運架安全管理手冊》--鐵道部工管中心（2008年）；《鐵路架橋機架梁暫行規(guī)程》--鐵建設(shè)（2006）181號。
??? 　　3 鐵路大型起重運輸設(shè)備的特殊性
??? 　　與一般通用起重機械不同，鐵路大型起重運輸機械的特殊性在于：
??? 　　（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，在起重機手冊中是找不到類似型式的，大型箱梁架、運設(shè)備設(shè)計是根據(jù)鐵路客運專線特殊用途進行的，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、移動施工的起重機械中是少有的；
??? 　　（4）外形尺寸大， 工作方式特殊；
??? 　?。?）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)計中會出現(xiàn)超出標準、規(guī)范的狀況；
??? 　　（7）載荷變化小，客運專線運、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，這一點與通用起重設(shè)備負荷變化劇烈明顯不同。
??? 4? 設(shè)計中對運、架、搬、提設(shè)備安全的重點考慮
??? 　　前已論述，客運專線大型施工設(shè)備雖然屬起重設(shè)備，但設(shè)計中并沒有現(xiàn)成模式可比照。設(shè)計中事關(guān)安全的環(huán)節(jié)與必須重點關(guān)注的過程本人認為有以下幾個方面：
??? 　　4.1 適應(yīng)線路設(shè)計的變化
??? 　　從京津到哈大，梁片在斷面尺寸方面不斷地優(yōu)化，給運、架設(shè)備的設(shè)計與改進帶來了一定的難度，因為梁片的橫向尺寸縮短了，架橋機的橫向穩(wěn)定性必須重新考慮與校核，同時，施工中對架橋機的橫向穩(wěn)定問題必須要更加謹慎。所以，我們不希望線路設(shè)計一味向輕型化發(fā)展，從施工單位考慮，購置一臺架橋機肯定會要求能適應(yīng)各種尺寸梁片的架設(shè)，所以架橋機設(shè)計時必須要考慮兼顧幾種寬度梁型架設(shè)，而實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)計的變化而犧牲大型起重設(shè)備的安全系數(shù)。
??? 　　同時，線路設(shè)計中如果出現(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)計來說，設(shè)計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，就存在安全隱患。
??? 　　4.2 設(shè)計與分析計算的交替反復(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)計者，不但要具備設(shè)計能力，同時還應(yīng)具備計算分析能力。以架橋機為例。整機設(shè)計的步驟是：
??? 　?。?）整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計；
??? 　?。?）上有限元程序進行梁單元分析計算，定性分析整體結(jié)構(gòu)的受力狀況，找出薄弱環(huán)節(jié)；
??? 　?。?）修改設(shè)計；
??? 　?。?）再次分析計算，直到關(guān)鍵部位的安全指標達到要求。
??? 　　以上四步驟反復(fù)進行，當(dāng)整機的梁單元計算整體結(jié)構(gòu)認為安全后，再進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)計的基本程序。這里強調(diào)的是設(shè)計與計算交替進行，計算分析可提示和輔助大型起重設(shè)備的整個設(shè)計過程，做不到這一點的不是合格的供應(yīng)商。
??? 　　4.3 豐富的經(jīng)驗積累與嚴格的設(shè)計把關(guān)，是設(shè)備安全的基本保證
??? 　　大型起重機械的局部連接設(shè)計是至關(guān)重要的，這要靠經(jīng)驗積累與嚴格的過程控制。比如焊縫連接和螺栓連接的設(shè)計，這是用有限元等其他輔助手段無法完全模擬的，同樣一個焊接件，閱歷不同的人處理的方法肯定不一樣。如果設(shè)計不合理，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)計是機械設(shè)計中最常見的工作，這些經(jīng)驗是起決定性作用的。某移動模架造橋機曾經(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)卻是犯的常識性錯誤，將焊接性能不好的40Cr材料與普通材料進行焊接，又沒有提出特殊工藝要求，由于不合適的焊接設(shè)計，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，致使銷軸在焊接時產(chǎn)生了焊接裂紋，使銷軸本身強度遭到削弱，引發(fā)了事故的發(fā)生。
??? 　　焊接設(shè)計中還有一忌，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)。某輪軌式架橋機傾翻與上述某移動模架造橋機的第二次倒塌，都發(fā)生在吊具及后吊架的受拉焊縫處，設(shè)計中發(fā)生這種錯誤一是缺乏經(jīng)驗，二是責(zé)任心缺失。
??? 4.4 架、運、搬、提大型設(shè)備的安全性能設(shè)計
??? 　　（1）保證設(shè)計手段的不斷提升完善。如進行必要的動力學(xué)仿真，尤其在理論基礎(chǔ)還不夠完善時，采用動力學(xué)仿真也是虛擬樣機的實現(xiàn)方法。
??? 　?。?）機構(gòu)的安全系數(shù)嚴格按照要求采用。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、整機抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)n≥1.5 等等，這些關(guān)鍵點都是要進行反復(fù)核算的。
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