鐵路大型起重運輸設備安全管控

3 鐵路大型起重運輸設備的特殊性
　　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於：
　　（1）流動性大，常常在設備注冊地以外使用；
　　（2）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、運設備設計是根據鐵路客運專線特殊用途進行的，並且是隨著近年來鐵路建設跨躍式發展而創新研發的大型施工裝備；
　　（3）額定起重量大，額定起重量900噸級，在陸地大範圍轉場、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；
　　（5）依訂單、單件生產，製造周期長；
　　（6）動作複雜，安全要求高，設計難度大。由於行業的特殊性，往往對起重設備有特殊要求，因而設計中會出現超出標準、規範的狀況；
　　（7）載荷變化小，客運專線運、架、搬、提設備起吊的對象單一，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備負荷變化劇烈明顯不同。

4  設計中對運、架、搬、提設備安全的重點考慮
　　前已論述，客運專線大型施工設備雖然屬起重設備，但設計中並沒有現成模式可比照。設計中事關安全的環節與必須重點關注的過程本人認為有以下幾個方麵：
　　4.1 適應線路設計的變化
　　從京津到哈大，梁片在斷麵尺寸方麵不斷地優化，給運、架設備的設計與改進帶來了一定的難度，因為梁片的橫向尺寸縮短了，架橋機的橫向穩定性必須重新考慮與校核，同時，施工中對架橋機的橫向穩定問題必須要更加謹慎。所以，我們不希望線路設計一味向輕型化發展，從施工單位考慮，購置一台架橋機肯定會要求能適應各種尺寸梁片的架設，所以架橋機設計時必須要考慮兼顧幾種寬度梁型架設，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計的變化而犧牲大型起重設備的安全係數。
　　同時，線路設計中如果出現特殊的大坡道、小曲線半徑、人口密集區、惡劣天氣等，這對設備設計來說，設計的難度都會成倍增加，比如：大的坡道需要設備良好的驅動能力和製動性能，然而從機械方麵講，超過一定的範圍，設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 設計與分析計算的交替反複，是保證大型施工設備安全的必不可少的過程
　　作為設計者，不但要具備設計能力，同時還應具備計算分析能力。以架橋機為例。整機設計的步驟是：
　　（1）整體結構方案設計；
　　（2）上有限元程序進行梁單元分析計算，定性分析整體結構的受力狀況，找出薄弱環節；
　　（3）修改設計；
　　（4）再次分析計算，直到關鍵部位的安全指標達到要求。
　　以上四步驟反複進行，當整機的梁單元計算整體結構認為安全後，再進行有限元板單元校核，解決局部受力問題。
　　這是大型起重設備把握安全設計的基本程序。這裏強調的是設計與計算交替進行，計算分析可提示和輔助大型起重設備的整個設計過程，做不到這一點的不是合格的供應商。
　　4.3 豐富的經驗積累與嚴格的設計把關，是設備安全的基本保證
　　大型起重機械的局部連接設計是至關重要的，這要靠經驗積累與嚴格的過程控製。比如焊縫連接和螺栓連接的設計，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，閱曆不同的人處理的方法肯定不一樣。如果設計不合理，出現的問題就可能是災難性的。
　　再說焊接問題。焊縫與焊接設計是機械設計中最常見的工作，這些經驗是起決定性作用的。某移動模架造橋機曾經發生兩次倒塌，我們幫助其評估恢複了其中一台設備。究其原因，發現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，由於不合適的焊接設計，不合適的焊接操作，使焊縫處母材金相組織發生脆性變化，致使銷軸在焊接時產生了焊接裂紋，使銷軸本身強度遭到削弱，引發了事故的發生。
　　焊接設計中還有一忌，就是吊具等事關起吊關鍵部位的焊縫禁止受拉，而偏偏就有這樣的現象出現。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，都發生在吊具及後吊架的受拉焊縫處，設計中發生這種錯誤一是缺乏經驗，二是責任心缺失。
4.4 架、運、搬、提大型設備的安全性能設計
　　（1）保證設計手段的不斷提升完善。如進行必要的動力學仿真，尤其在理論基礎還不夠完善時，采用動力學仿真也是虛擬樣機的實現方法。
　　（2）機構的安全係數嚴格按照要求采用。如起升係統鋼絲繩安全係數n≥6、吊杆拉伸應力安全係數n≥5、整機抗傾覆穩定係數n≥1.5 等等，這些關鍵點都是要進行反複核算的。
　　（3）事關起吊安全的環節，一定要選用可靠性高的部件。
　　架橋機、搬運機、提梁機事關起吊安全的部件有：鋼絲繩、卷筒、製動器等；運梁車事關起吊安全的部件有：液壓泵、液壓馬達、傳感器等。
　　（4）涉及起重安全的機構設置。由於鐵路架、運、搬、提大型設備的特殊性，安全機構的設置是至關重要的。架橋機、搬運機、提梁機設備中都有吊梁小車，是直接起吊大噸位噸梁片的，其安全性要有絕對保障。我們提供的吊梁小車，安全設施著重在以下方麵：
　　a 為保證箱梁起吊時不下滑或墜落，起重卷揚機設三級製動，即電機減速機製動、液壓製動推杆製動與鉗盤式製動。
　　b 起升卷筒鋼絲繩安全保護。大型起重機起升鋼絲繩亂繩是一大忌，尤其是架橋機、搬運機、提梁機這種大噸位起重設備，卷筒為多層卷繞，一旦出現亂繩是非常危險的。盡管新修訂的起重機設計手冊中並沒有強製規定必須在卷筒中采用排繩裝置，而是說“宜在”多層卷繞卷筒中采用排繩裝置。采用主動排繩裝置，以提高起升卷筒安全性能，是提高安全性的重要措施。
　　c 保證鋼絲繩繩頭不鬆脫的安全裝置。
　　關於安全監控係統在後文中詳述。