通用桥式起重机断绳案例解析

【摘 要】 对一起起重机断绳事故的案例分析，指出断绳原因，总结了这起事故揭示的教训，警示人们在起重机抬吊作业、日常的检查维护保养、监督检验及定期检验过程中应注意规范及完善，杜绝此类事故再次发生。

2014年5月28日16时，南通某重工有限公司的主结构车间，位于南跨上的东西两台通用桥式起重机，东台为空操，西台为地操，地操人员兼作指挥，抬吊29.3t的机器房底座，当起升离地0.3m时，西台起重机主钩钢丝绳突然发生断裂，导致机器房底座变形，重伤一人，直接经济损失达50多万元。

1　现场吊重和吊点情况验证

该机器房底座图纸设计理论重量25.8t，事故后用50t双钩门式起重机称重为29.3t，其中东台起重机吊钩承受13.2t，西台承受16.1t，起吊时起升钢丝绳均垂直，没有斜吊现象。参与抬吊的两台起重机型号相同、额定起重量均为16t，事故时抬吊总重达到两台起重机总额定起重量的91.56%。偏重的一端为西台起重机，断绳时抬吊重量达到该机额定起重量的100.62%，钢丝绳断裂处距离卷筒卷绕点1.68m。

2　现场钢丝绳情况验证

察看钢丝绳断口呈松散拉伸状。钢丝绳外表褐色油脂较多，无法判定断口是否有陈旧断丝，但从松散断口处能用手轻轻抽出50～350mm的断丝数根。检查钢丝绳其他位置，在断口前后1m多的范围内，1个捻距内断丝数最多处为2根，断丝呈压扁平头状，顺压在丝缝内，断丝数符合GB/T 5972-2009《起重机 钢丝绳 保养、维护、安装、检验和报废》国家标准“钢丝绳直径6倍长度内断丝不得超过3根”的规定 [1]。

拆股检查每根钢丝断口，有磨损的钢丝数为26根，占绳股钢丝总数22.8%，其表面钢丝磨损最严重处为钢丝公称直径的29.5%，钢丝磨损量符合国家标准不超过钢丝直径的40%的规定，磨损严重的断口呈长弧月牙形，磨损一般的断口呈小杯状。

测量钢丝绳未磨损处直径为18.0mm，右交捻，6股，每股有钢丝19根，类别为光面，其中钢丝直径为1.0～1.1mm 的6根， 1.32～1.33mm的13根，纤维绳芯，公称抗拉强度不详。

在通过卷筒绕面接触处2m以内的钢丝绳，磨损最严重处测量直径为17.52mm，磨损及伸长变形减少量达钢丝绳直径的2.66%，呈弧形磨损，油脂清除后磨损表面光亮。

据了解该断裂的钢丝绳是出厂时由制造单位配置的，自2007年起重机投入使用以来未更换过。

3　现场卷筒、滑轮情况验证

滑轮、平衡轮、卷筒底部直径分别为445mm、264mm、461mm，绳槽磨损量分别占钢丝绳直径的27.8%、5.5%、11.1%。

4　断绳原因分析

4.1　现场主钢丝绳的结构

钢丝合格证上标出的型号为6×19W-17.5+ IWRC-ZS-1770，直径为1.0mm。6×19W钢丝绳由高强度钢丝和有机绳芯捻制而成，每股有13根粗丝、6根细丝组成。每19根钢丝捻成一股，114根钢丝捻成6股。钢丝是最基本的强度单元。绳芯起支撑和固定绳股的作用，并可储存润滑油脂，增加钢丝绳的挠性。

现场使用的钢丝绳是一种交互捻绳，由钢丝捻成股的捻制螺旋方向与由股捻成绳的捻制方向相反，外观上钢丝基本上沿着绳的轴向方向缠绕。这种钢丝绳的股与绳的扭转趋势互相平衡，起吊重物时不易扭转和松散，但存在股间钢丝接触不良、易磨损、寿命短、挠性较差等缺点。

4.2　钢丝绳受力分析

由于钢丝绳复杂的结构和工作状态，应力状态极其复杂。钢丝绳的强度实际情况不明，故无法进行许用应力计算。

该起重机的钢丝绳在3个吊钩滑轮和卷筒上运动时，只受单向弯曲，与卷筒、滑轮接触的钢丝绳表面承受压应力；而另一面则承受拉应力。钢丝绳上的弯曲循环应力在拉与压之间不断变化。正反向的弯曲使钢丝绳受到双倍的交变弯曲应力作用。由于该起重机安装在结构车间中，多年来一直用于地面上大型结构件吊装，工作量不多，起吊所用的悬挂索具长度也基本没有变化，因此经过卷筒、滑轮处的钢丝绳长度也只能局限在几米之内，局部的应力集中加速钢丝绳的破坏。

经现场测量，滑轮、平衡轮、卷筒与钢丝绳直径之比分别为27.2、16.7、27.8，虽均能满足GB/T 3811-2008《起重机设计规范》规定 [2]的20、14、18的最小要求，但滑轮由于长时间的使用，其底部磨损较为严重，最大处经测量达到22.5mm，超出GB/T 3811-2008规定的允许使用范围 [2]，接触面减小，应力更加集中，加速了钢丝绳的破坏。

卷筒上绳槽是按钢丝绳直径17.5mm设计加工的，故直径18.0mm的钢丝绳在卷筒上卷绕时，除了受到正常状态下的压应力和弯曲应力外，还要承受绳槽小于绳径情况下绳槽边缘对钢丝绳产生的剪切应力以及绳与绳之间的挤压应力，此项应力长期存在，也加速了钢丝绳的破坏。

5　事故警示教训

5.1　存在超载现象

GB 6067.1-2010《起重机械安全规程 第一部分：总则》17.3.2.8联合起升操作过程中的承载能力要求 [3]：如果当起重机械能确保起升钢丝绳保持垂直状态、能达到精确同步动作、监控设备能有效监控载荷的角度和每根起重绳稳定地通过起升操作的垂直度和作用力、专人指挥等相关因素达到规定的合格要求并被指派人员所认可，那么，每台起重机操作就可以达到其额定载荷。

当上述有关因素不能达到规定的合格要求时，指派人员应根据具体情况决定对起重机降低额定载荷使用，可降低到额定载荷的75%或更多。

本案例中，两台起重机抬吊时不具备对起吊载荷的有效监控，所以每台起重机的额定载荷应降低、只能按其额定载荷的75%计算，按此规定，断绳事故时西台起重机的起重量为16.1t，已超载34%。

抬吊联合起升作业应专人指挥确保同步。本案例中，一地操人员兼作指挥，在实际工作中很难保持起吊作业完全同步，地操与空操难以同步，瞬间加载不均，造成严重超载。该起重机先天不足，无起重量限制器，没有能有效地阻止断绳事故的发生。

5.2　日常检查方法有缺陷

平时起吊时起升高度变化不大，频繁经过卷筒、滑轮处的钢丝绳长度只局限在几米之内，实际选用的钢丝绳是最典型的不旋转结构钢丝绳，有其不可克服的缺点：股与股之间为点按触，绳与滑轮、平衡轮、卷筒按触应力大，外径绳股接触的表面易磨损、易断丝。由于这些缺陷局限在与卷筒滑轮按触的钢丝绳内表面的那一小段长度范围内，日常检查时难以发现卷筒滑轮内侧的断丝。加上钢丝绳外表油污多，掩盖了磨损和断丝缺陷，常规检验方式方法不易发现，应当借助电磁技术无损检测等科技手段如钢丝绳探伤仪予以辅助，用以确定钢丝绳损坏的区域和程度。钢丝绳断裂通常是由多种综合因素造成的，应根据其累积效应判断原因，并作出报废或继续使用的决定，当钢丝绳在任何部位损坏的累积效应值达到100%时就应报废。

针对使用年限较长的钢丝绳，更要明确日常检查的重点部位和频度。

5.3　检验工作存在缺陷

实际选用的主钢丝绳规格、型号与图纸要求不一致，与提供的钢丝绳合格质量证明也不符，其钢丝的化学成分、金相组织不明，其强度和韧性不详。整根钢丝绳的抗拉强度能否符合1770级要求,值得怀疑。因此可以认定主钢丝绳选用有缺陷、钢丝绳合格证不真实。上述缺陷的存在，表明在制造监督检验、安装监督检验、定期检验工作中有不到位之处, TSGQ 7016-2008《起重机械安装改造重大维修监督检验规则》规定 [4]对零部件检验采取核查主要零部件合格证、铭牌,必要时核对实物检查的提法不严谨。此案例最应该吸取的教训之一就是：在检验工作中对待有几何尺寸要求的，不能局限于查阅如合格证、检测报告书等书证，更要到实物上检查和测量，真正做到图纸、书证、实物一致。检验规则中针对有几何尺寸要求的，应当明确必须以实物检查方式进行验证，而不是“必要时”核对实物检查。

5.4　保养工作不规范

该公司落实操作起重机的司机进行每月的起重机润滑保养，没有明确要求其对钢丝绳使用情况进行检查。司机保养知识不足，每月做钢丝绳保养时，仅将钢丝绳再涂上一层润滑油。钢丝绳上较厚的油脂，致使维保人员在进行设备检查时很难发现断丝情况。灰尘以及不正确的润滑促使磨损加剧，陈油未清理，在钢丝绳表面形成积垢，新涂的油脂不能润滑至钢丝绳内部，会造成绳内缺油，长期且频繁使用，将导致绳内钢丝疲劳损伤，大大降低承载能力，这种状态会导致钢丝绳在动载作用下突然断裂。日常工作中应严格按照GB/T 5972-2009《起重机 钢丝绳 保养、维护、安装、检验和报废》要求来做好保养工作。