【精品完整版】起重机械检验师讲稿

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第一章起重机械概述
第一节起重机械的安全工作特点及发展趋势
一、安全工作特点与事故状况
起重机械通常由完成各方向运动的工作机构、承受各种载荷的金属结构、动力及电气控制系统，以及安全防护系统四大部分组成。

工作机构是指为实现不同方向运动要求而专门设置的执行机构。

金属结构作为形成整机作业空间的支承平台和骨架，用来支承工作机构、承受载荷（物品、自重、外部作用等），并将载荷传递给整机基础。

金属结构自重一般占整机自重的40％~70% ，重型以上机型甚至可达90% ，费用占总成本30％以上，它的垮塌破坏会带来极其严重的灾难性后果。

另外，金属结构的形式特点通常决定了起重机械的结构造型，是整机分类和命名的重要特征。

动力及电气控制系统承担着为起重机械提供工作动力（动力源及驱动装置）、控制、操纵、照明、联络等任务，直接关系到整机的性能、安全、质量、构造特点，而驱动装置类型在很大程度上起主导作用。

另外，控制操纵司机室系统还是与外界沟通联系实现互动的人机交互平台。

安全防护系统是指针对工作机构、金属结构、动力及电气控制系统等可能存在的危险（危险源和危险因素），采用本质安全等有效技术手段所形成的综合安全防护系统，通常主要由各种安全装置、防护装置及安全指示装置等组成。

（一）起重机械安全工作特点
起重机械通过被吊物品的空间移动来实现装卸、转载、搬运、安装等作业要求，通常经历取物（上料）、运送（升降和水平运动）、卸料和空车复位回到原处的工作过程（即一个［作循环），如图L-4所示，由此形成了以间歇性、周期循环、短暂往复的工作方式运送单件物品的特征（不具有连续性），构成了起重机械工作的特殊性。

安全工作特点概括如下：（1）通常结构庞大，机构复杂，能完成一个起升运动、一个或几个水平运动。

在作业过程中，常常是几个不同方向的运动同时操作，技术难度较大。

（2）所吊运的重物多种多样，有的重物重达几百吨乃至上千吨，有的物体长达几十米，形状也很不规则，有散粒、热融状态、易燃易爆危险物品等，吊运过程复杂而危险。

（3）大多数起重机械，需要在较大的空间范围内运行，有的要装设轨道和车轮（如塔式、桥式起重机等）；有的要装上轮胎或履带在地面上行走（如汽车、履带起重机等）；有的需要重物在钢丝绳上行走（如缆索起重机），活动空间较大，一旦造成事故影响的范围也较大。

（4）有的起重机械载运人员，在轨道、平台或钢丝绳上做升降运动（如升降平台等），其可靠性直接影响人身安全。

（5）暴露的、活动的零件比较多，且常与起重作业人员直接接触（如吊钩、钢丝绳等），潜在许多偶发的危险因素。

（6）作业环境复杂。

作业场所常常会存在高温、高压、易燃易爆、输电线路、强磁等危险因素，对设备和作业人员形成威胁。

（7）一些起重作业常常需要指挥、捆扎、驾驶等作业人员共同实施，要求配合熟练、动作协调、互相照应。

（二）起重机械事故分析
对2006年～2011年发生的370起起重机械事故的统计分析如下：
1、事故状态分析
（1）按设备类型分析
在370起起重机械事故中，发生事故起数较多的起重机械类型如下：
①桥式起重机事故128起，占事故总起数的34.6％；
②流动式起重机事故83起，占事故总起数的22.4％；
③门式起重机事故50起，占事故总起数的13.5％；
④塔式起重机事故30起，占事故总起数的8.1％；
⑤升降机事故27起，占事故总起数的7.3％；
⑥门座式起重机事故23起，占事故总起数的6.2％；
⑦轻小型起重设备13起，占事故总起数的3.5％；
⑧架桥机事故8起，占事故总起数的2.2％。

（2）按事故发生行业分析
①机加、冶金、建材、化工4大生产行业共发生事故119起，占事故总起数的32.2％；
②港口码头发生事故45起，占事故总起数的12.2％；
③路桥等重点工程发生事故36起，占事故总起数的9.7％；
④物流等服务发生事故20起，占事故总起数的5.4％。

（3）按事故发生地区分析
起重机械事故较为集中的省份有广东、辽宁、安徽、江苏、浙江、上海，每年约5起左右。

（4）按事故发生的时间段分析
每年的1月、5月、8月为起重机械事故的三个高发期。

（5）按发生环节分析
①设备使用过程中造成事故270起，约占事故总起数的73％；
②安装、拆卸、维修过程中造成事故40起，约占事故总起数的11％。

（6）按设备破坏形式（直接原因）分析
①吊索具失效造成事故90起，占事故总起数的24.3％，其中钢丝绳断裂39起，占吊索具事故起数的43.3％；吊具坠落24起，占吊索具事故起数的26.7％。

②整机倾翻造成事故40起，占事故总起数的11％；
③结构破坏造成事故30起，占事故总起数的8.1％；
④安全装置失效造成事故20起，占事故总起数的5.4％；
⑤挤压死亡造成事故14起，占事故总起数的3.8％；
⑥触电造成事故6起，占事故总起数的1.6％。

2、事故原因分析
管理方面
通过对370起起重机械事故的统计分析，几乎所有事故的发生都有企业安全管理缺失因素的影响，多是事故发生的间接原因，有的则是直接原因，如错误的指挥、绑挂、操作等等。

管理方面暴露出的问题，主要体现在设备使用、设计制造、安装拆卸等环节。

(1)使用环节
从导致事故发生的原因角度分析，主要体现在：
①使用单位的起重机械规章制度不完善或执行不力。

甚至缺少操作规程、绑挂指挥规程、检修规程、培训制度、设备档案制度等最基本的规章制度。

②起重机械作业人员违章操作较为普遍。

特别表现为现场指挥人员和司索人员无证上岗、违章指挥、违章作业，现场混乱；起吊前对被起吊物、钢丝绳（索）检查不足、起吊物重量不清超载、起吊物捆扎不牢、司机在驾驶过程中瞭望不足，出现紧急情况处置不当等。

近年来造成的吊钩钢丝绳断裂、捆扎绳索裂断、吊钩冲顶、行走轮脱轨；电动葫芦过卷扬、制动器失灵等事故相当多，仅吊索具失效一项造成的事故就占全部起重机械事故的四分之一左右。

③建设施工、港口码头、建材等企业安全管理尤为混乱。

特别是交叉作业缺少必要的安全技术措施，设备维修保养不及时，施工工艺缺少安全考虑，安全技术交底不具体，施工队伍流动性大、安全意识和基本技能差等问题引起的事故较多。

④企业设备日常维修保养不及时，隐患越积越多，造成安全装置乃至起重机机构和结构失效。

其中超载保护装置和起升限位装置未起作用、电气控制件等失效老化现象较多。

(2) 安装拆卸维修环节
起重机械安装拆卸前未制定详细的拆装工艺文件，或在拆装过程中不严格执行工艺规定，或安装拆卸过程中发现问题后，不经技术论证即随意改变安全技术方案，往往成为起重机械倾覆或倒塌等重大事故的导火索。

如拆装过程中，部分结构顶升或拆除后，未进行可靠固定，或安装中发现固定物件的缆风绳干涉，即随意拆除缆风绳等，曾多次造成起重机整体倒塌事故。

(3) 设计制造(改造)环节
仍然存在非法设计制造、超范围制造、改造起重机械的情况，这方面的事故案例虽然不
多，但影响很坏。

技术方面
设计制造、改造、安装拆卸上的技术缺陷，一般属于设备本质安全缺陷，构成事故发生的直接原因。

还有一些技术缺陷，虽未直接引发事故，但却给设备埋下隐患，近年来在事故中暴露出的技术方面问题主要有：
(1)起重机械设计不规范，制造、改造质量差，达不到标准要求。

具体表现如下：
①整机部件选型不当或匹配不合理、材质选用不当、结构件规格不够、制造过程缺少工艺控制、焊缝质量偏差；
②电气控制回路设计不合理，故障较多。

③钢丝绳与滑轮、卷筒直径比不能满足标准要求，磨损破坏严重；
④减速机、回转轴承等部件质量差，减速机轴断裂事故有增多趋势；
⑤安全保护装置设置不当或有缺陷，缺少限位、限速装置和制动器（要求双制动时）或虽有设置但却未按标准要求配置。

(2)安装拆卸时忽视技术方案论证，特别是吊运过程中对重物的平衡与稳定技术要求不明确，不具体；对吊索具的强度、吊挂角度、适用范围等要求不严格；对吊点的选择常常忽视；双机抬吊时对载荷分配、同步运动考虑不周；对构件竖立后的支撑固定(如缆风绳的布置与张紧)技术知识欠缺严重。

(3)检修中满足于一般性的检查保养，忽视对起重机械传动机构、电气绝缘、安全装置（主要是起升限位器、起重量限制器）、吊辅具、零部件（主要是钢丝绳、制动器、吊钩、车轮）的技术性能指标测试，恢复原设计功能不到位甚至故意调宽。

(4)起重机械作业人员，尤其是司机和指挥，对起重机械的性能和吊运作业的安全技术理论知识水平偏差。

(5)型式试验方法与技术要求不够完善，对非标或超期使用的老旧起重机械重点检验与安全技术性能评估不够。

二、现状及发展趋势
（一）起重机械产品的总体发展趋势
1.向“三化”方向发展-大型化、自动化、集成一体化
（l）大型化随着科学技术和经济的不断发展，能源、石化、冶金、造船、港口等工程规模越来越趋于大型化，从而促使起重机械大型化，即能力更强、速度更快、范围更大；同时，大型化发展往往为起重机械带来专用性，以适应特定场合的特殊功能和要求。

起重机械大型化趋势下工作能力参数比较见表1-L。

需要说明的是，由于作者掌握信息有限，本书举例中所涉及的生产制造单位并不代表对其特别推荐。

太原重型机械集团有限公司为三峡工程研发并制造了单钩起重量世界之最——1200t/125T室内桥式起重机，跨度33.6m，起升高度34m，采用三主梁（梁高3.6m）、四轨道、双小车的总体结构，圆满完成了三峡电厂700MW巨型水轮发电机组转子、定子等大型关键设备的安装和检修吊装；该公司还研发制造了480t/100T桥式铸造起重机（国内最大），制造出桥隧相连的整孔箱梁900T级铁路架桥机（国内最大）等大型起重设备。

大连重工·起重集团有限公司研发了多吊点起重量世界之最——20000t×125m室外多吊点桥式起重机，起升高度113m，总重为8100T，采用双复合箱型梁（梁高18m，单梁自重3l00t），成功地实现了半潜式海上钻井平台的创新性建造工艺，节省制造工时200万个，在起重量、跨度和起升高度等项目刷新世界纪录，“泰山”号桥式起重机以成功实现提升20133t （下水驳船）离开水面30m而列入吉尼斯世界纪录。

上海振华重工（集团）股份有限公司研制了世界最大单机起吊7500T全回转自航浮式起重机，固定状态为7500t×45m，全回转状态为4000T×40m，起升高度为110m，具有双钩形主钩和四爪形副钩。

该公司研制的一次装卸40fT×3箱（1fT=0.3048m）的岸边集装箱装卸桥，以综合性能和高效率称雄居世界集装箱搬运行业。

国内还制造了跨度最大的1000T×248m造船门式起重机（图1-17），整体抬吊为1000T，船体翻身为900t，起升高度为70m+14m（轨上＋轨下），箱型双梁（梁高16m），总重为7000t，能实现900T级船体翻转吊装工艺，成为超大型船舶制造的关键设备。

国内还研发了世界上起重能力最强的超大吨位履带式起重机，起重量为3200t（起重力矩为82000t·m），主要用于核电站的施工吊装。

国内还研制了全球最大上回转D5200-240塔式起重机。

（2）自动化起重机械的另一个发展与创新空间，主要体现在电气控制的全电子、数字自动化技术方面，包括微电子、电力电子、光缆通信、模糊与全数字化控制、微机自诊断监控、数据管理、数字化操作给定检测系统等综合性智能化技术，使其在传统功能的基础上延伸发展出更多的自动化新技术功能，如吊具防偏防摇功能、自动取（卸）物功能、定位检测及过程记忆功能、故障自诊断监控功能以及基于物联网技术的远程监控等。

（3）集成一体化利用计算机和网络技术，综合集成系统内各种专用设备、工艺流程（广泛性的上下工序、清洗、烘干、分拣、检验、计量等），以及起重机械、输送系统、自动导引小车AGV、机器人、仓储设施、检测识别系统等，实现集成一体化自动搬运系统，总效率可提高65%以上。

2.向“三性”——创新性、安全性与人机工效、可靠性推进
（l）基于新理念下的自主创新在经典与成熟的技术、材料、工艺、构造等基础上，提倡基于新思维和新理念的自主创新发展，不断开发创新出各种适应发展需求的新技术、新材料、新结构和新工艺等。

（2）重视系统安全性与人机工效起重机械安全性是指其不发生事故、灾害的能力。

开展基于本质安全理念下的安全设计保障、安全防护技术保障、安全过程控制及事故界定、疲劳和剩余寿命评估等技术研究，将是确保系统安全的重要工作。

（3）可靠性（包括可维修性）可靠性是指系统（整机、结构/机构及零部件、电气控制、液压传动等）在规定条件下（环境-温度、雨淋、日晒、尘埃等，使用-载荷、振动、冲击等，维修-方法、手段、设备、技术水平等）和规定使用期限内完成规定功能（性能）而不出现故障隐患的能力。

维修性（维修度）是指对系统故障点可发现、可拆卸、可检修、可更换、可安装等的固有维修能力，属于系统固有可靠性指标，表征了整机在机构/结构的构造与布置、故障点/易损零件的拆卸与更换、工作位置。

可靠性设计和维修性设计是从性能和故障处理的不同角度来保证系统的可靠性，且都能体现系统的本质安全性。

3.紧凑轻量化与组合多样性
从满足和兼顾紧凑轻量化（节能减排）与高性价比、需求多样性与批量化生产、通用与组合多样性等综合目标出发，推行基于多目标优化的模块化设计理念。

4.功能外延化及民生化
随着起重机械的广泛应用，其可在三维空间内运动的使用特性日益凸显，逐渐派生发展出一类以现有起重机械为平台、实现或完成某些特殊工艺动作（清洗、涂漆、检测、计量、检修等）的“另类”产品，如擦窗机、铝电解多功能机组、架桥机、桥梁检测车、高架云梯、电缆检修车等，这类设备的广泛出现甚至有可能会引起对起重机械产品的定义与修正。

随着经济的发展和人们生活水平的提高，除日常使用的电梯与自动扶梯外，一些小型专用的起重设备也会逐渐出现在人们的日常生活中，如立体车库、搬家设备以及医院/养老院运送行动不便人员的设备等。

（二）起重机创新设计理论方面
起重机创新设计的发展方向主要体现在如下几个方面：
（1）广义的优化设计。

具有零部件集成化、机构简洁化、结构全面优化的整体设计；包括随机变量优化、结构优化、智能优化、优化建模和复杂系统优化等内容。

（2）满足用户特殊要求的个性化设计。

（3）满足市场多样性和低成本要求的起重机新系列产品的模块化设计。

（4）各主要工业发达国家正从传统的CAD技术不断向智能CAD（ICAD）和人机智能化设计系统方向发展，电气控制系统自分析、自调整、自纠错的智能化水平不断提高，使得起重机的设计和使用全过程的自动化和智能化得以实现。

（5）采用参数化专家系统的快速反应设计；目前国际上在针对快速设计的并行设计技术、系列化模块化技术和虚拟制造技术等发展均较为迅速。

（6）基于成本即时反应的经济性设计；
（7）基于产品全寿命周期的方便维护维修的设计及免维护设计；
（8）仿真与虚拟设计。

仿真技术得到了日益广范的使用，从而能突破物理空间和时间的限制。

数字化样机的仿真设计对大型复杂起重机产品的方案评审、机构动作原理审查、结构干涉检查等具有十分重要的现实意义。

同时在计算机虚拟现实系统环境中的虚拟设计技术方面的研究也已受到人们的重视。

（9）起重机动力学（疲劳寿命的分析研究）研究成果的广泛应用。

（10）绿色工程机械产品的设计。

（三）建立起重机智能化信息管理系统方面
1、基于物联网技术的起重机安全管理体系将得到应用
即将物联网技术应用于起重机安全管理领域，建立起重机智慧管理、重点设备健康监测、安全隐患远程诊断、事故防范和应急处置体系。

2、基于物联网技术的起重机快速检验体系建立
3、基于物联网技术的起重机安全隐患远程诊断体系建立
（四）在役起重机械的安全评估方面
起重机械全寿命管理过程评价体系将逐步建立完善并得到广泛应用。

全寿命管理是指运用系统理论和系统工程方法，对设备从立项论证开始，经过设计、制造、生产、使用、保障直至报废的全寿命周期过程实施科学管理。

主要体现在如下几个方面：
1、起重机械的故障规律的探讨。

2、重大危险源辨识研究及现场检测应用。

3、寿命评估理论研究更加深入
在后期安全可靠性研究和评估的基础上，应用现代金属疲劳理论，对起重机的剩余寿命进行大致的计算评估，提出合理的使用、维修、改造或报废预期。

（五）虚拟仿真系统培训起重机作业人员和事故过程再现方面
虚拟仿真系统将广泛用于起重机作业人员培训系统中，可以有效地提高培训效果，节约资源，实现作业人员培训和考核的科学管理。

对事故原因进行分析和调查不仅需要专业知识和经验，还需要详细的勘查现场，借助虚拟试验技术，可以通过对怀疑的破坏、失效方式的虚拟再现来验证事故的原因，提供的证据。

（六）检测技术方面
起重机关健零部件智能化检测将逐渐取代传统检测方法和手段，实现对起重机关键零部件的性能及时、准确、批量检测，提高检测高效性和检测结果的可靠性。

1、零部件检测技术（举例）
（1）制动器动态制动性能试验系统温度测量技术
①热电偶测温技术
热电偶测温技术属于接触式温度测量，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等组成，且与显示一记录仪表和电子调节器配套使用。

针对制动器的外形，用热电偶进行制动器温度的测量，具体方法为制动轮（盘）或制动衬热表面预埋热电偶。

热电偶测温技术能够检测温度范围，常用热电偶从-200℃—1600℃均可连续测量。

②红外测温技术，属于非接触式测量方式，通过热辐射原理来测量温度，测温仪不需与被测对象接触，测温范围广，响应时间较短，不会破坏被测物体的温度场。

红外测温技术适合在试验中对制动过程的实时监测，提高了试验的可靠性和可信度。

③行走制动检测装置的工作原理PLC程序
(2)基于面阵CCD 的起重机吊钩检测系统
应用图像处理与摄影测量等技术，通过多台面阵CCD 摄像机获取整个吊钩的图像，并经高速图像采集卡将图像数字化后输入至计算机中。

计算机对吊钩的数字图像进行预处理、边缘提取、自动识别后，计算出吊钩的开口度，扭转变形量及 3 个危险断面的磨损量后，计算机调取原数据与新测量的数据进行比对后，输出各部位的磨损量。

(3)基于加速度计的起重机制动下滑量测量
国内外对起重机制动下滑量测量的方法主要是机械测量，其方法主要有以下几种
l )行程开关控制的检测方法
采用直径为1mmr 钢丝绳，一端系坠重，另一端与固定的微动开关（触点常闭）相连，常闭触点接在用接触器控制的下降回路中，坠重的质量应足以使开关动作，切断下降电路，测量时坠重放在载荷（砝码）上，当额定载荷以慢速挡下降到某位置时，坠重与载荷分离，此时下降电路立即被切断，载荷随即开始下降制动，待额定载荷停住后，测得坠重与载荷之间的垂直距离，即为下降制动距离，连测3 次，取其平均值。

该方法要求第2、3 次检测时将行程开关复位，不利于检测者的安全
2）采用“增量型旋转编码器＋光电计数器”组合的测量仪
在起升机构高速级轴线上的一个传动件（例如轴或联轴器）上，对圆周作不少于12 等份的标记，将光电计数器与机构控制系统联锁，断电瞬时开始计数，计数器的测头对准等份标记，在起升机构以慢速挡稳定下降制动停止后，用所测的计数进行换算。

该方法存在计数可能出现偏差，且标记等份比较困难，存在下滑量测量准数值有误差。

3）采用光控继电器取代行程开关检测
用光控继电器代替行程开关，实现对起重机下降回路的控制，制动下滑量则是通过读取砝码一侧磁力表固定的一个钢板尺上的数据来完成。

为减小误差对测量结果的影响，一般都要对测得的几组数据求平均值，以使测量结果更准确。

4）用高速图像捕捉设备测量
采用高速图像捕捉设备，其中无线控制系统在控制起重机抱闸系统工作同时，通过高速图像捕捉设备同步将载荷制动瞬间的高度值h1快速实时精确记录下来，然后在制动载荷下滑并稳定后测量出高度值h2。

通过计算机专用软件可快速计算出制动下滑过程中的高度差（即制动下滑量）△h。

该方法将测量结果信息化，但对摄像机要求高，测量距离不远，最大距离为10m 左右。

5)基于加速度计的起重机制动下滑量测量
加速度计控制回路并联在起重机下降接触器回路中。

在下降接触器断电，制动器抱闸的同时，加速度计开始工作，测得重物下降加速度信息，通过积分运算，获得重物的速度信息，再次积分运算，便可获得重物的位移即制动下滑量。

测试软件还有数据储存功能，实现起重机制动下滑量的信息化管理。

2、金属结构检测技术
光纤光栅的传感原理是由外界作用在光栅上的物理量变化引起光纤中心波长的移位，如测量时可采用准分布式测量，在主梁分别串联3个不同中心波长的光纤光栅，将其分别粘贴在3个测点位置，分别感受各个测点沿线分布的应力应变，由于各测点所粘贴的光纤光栅中心波长不一样，故可通过解调仪读出各测点的中心波长值。

桥机主梁在负载重物后将产生挠度，通过粘贴在其上的光纤光栅，将其线应变转换成光纤光栅的中心波长移位，通过输入输出光纤与信号处理装置即可测得梁的变形。

3、起重机整机虚拟试验技术展望
虚拟试验是相对于实物试验而言的。

广义上讲，任何不使用或部分使用实际硬件来构造试验环境，完成实际物理试验的方法和技术都可以称为虚拟试验。

虚拟试验就是在计算机系统中采用软件代替部分硬件或全部硬件来建设各种虚拟的试验环境，试验者如同在真实的环境中来完成各项预定的试验项目，使所取得的试验效果接近或等于在真实环境中的效果。

第二节起重机械的主要参数
一、起重机械的主要参数
参数可用于表征起重机械的工作性能（承载搬运能力）、作业范围、外形尺寸和技术经济指标等，是设计制造和选择使用起重机械的技术依据。

参数的确定既应满足用户的使用要求，还要考虑现实生产条件和经济效益等影响因素，类型不同则参数也不相同。

起重机械的主要参数应遵守标准的相关规定（GB/T69741-2008《起重机术语第1部分：通用术语》），通常包括起重量、跨度、幅度、起升高度、工作速度及工作级别等，有些机型还包括生产率、轨距、基距、最大轮压、自重、外形尺寸等。

（一）起重量。