大型起重机安全预警是指对某一方面的各个因素进行日常监测并对其以后的发展趋势作出及时预测, 对预测到的不利后果提出警示, 依据警示及时采取防范或者补救措施, 避免不利事件的发生, 或者降低不利事件发生后造成的损失程度, 是近几年来国内外针对一些突发事件提出的一个新概念。关于工程领域方面的安全预警已经开始研究, 尤其是在食品安全、民航机场安全、大坝安全和桥梁安全等方面的研究已经有一定的进展[ 1 -6] 。但是, 目前在起重机行业对安全预警的研究以及安全预警防范机制的建立非常稀少。在起重机的使用过程中, 安全事故时有发生, 倾覆和坍塌往往会造成大量的人员伤亡及重大经济损失 。因此, 笔者将结合起重机械自身特点, 从安全预警的方法和现场操作等方面做综述性介绍

　大型起重机械存在的问题

笔者曾对广州多家起重机械制造公司和港口起重机使用单位进行了实地考察。考察后发现, 目前起重机在设计和使用过程中存在许多问题和安全隐患, 主要表现在以下几点:①起重机在设计制造过程中, 对疲劳寿命的预测与评估考虑很少, 亦无明确的评测依据, 在起重机的设计制造中, 结构的稳定性以及大变形状态的几何非线性问题也考虑较少;②企业缺少有效的关于设备疲劳可靠性的评价方法, 迫切需求一种有效的预警机制来提前应对构件的疲劳;③大型起重机卸载时的回弹力比较大, 会对主体结构的稳定性及主体金属结构的疲劳寿命造成不可忽视的影响, 起重机使用若干年后, 整台起重机都会出现变形;④对于起重机的日常监测主要依靠人的综合感觉, 例如:发动机的声音是否有异常等。若认为起重机处在异常状态, 普遍采用的方法是主动降低额定荷载, 达到降载使用的目的, 但是这种措施并不能完全有效防止起重机事故的发生。鉴于以上调研结果, 对在用起重机进行有效而可靠的安全预警是非常必要的。首先这能弥补起重机在设计过程中因安全系数取值保守及结构强度冗余过大而造成的损失, 让设计中的剩余空间得到利用;其次也能解决盲目地降级使用, 提高设备的利用价值, 对于使用者节省成本将起到很大的作用。

　    大型起重机械安全评价的研究现状

安全技术检查是目前起重设备管理的重要措施之一, 起重机械的使用效果很大程度上取决于起重机械使用过程中进行安全技术检查、日常维护保养和管理的质量。通常一台起重机在安全管理方面有以下几点。就使用单位而言, 有设备安全使用操作规程, 使用和维修保养记录, 但这些资料记录的完整性和客观性有待完善, 而且一般在起重机的安全评价工作中起到管理的查证作用, 在硬件方面则是定期更换易磨损件, 如钢丝绳, 主、副吊钩和部齿轮、轴承等, 包括较长时间段内对行走机构的大小车车轮进行修补或更换, 以及涂刷防锈漆等工作。另外,与国外不同的是, 在我国按照相关法律规定, 起重机必须通过强制性制造监检、安装监检和定期检验(一般为2年/次), 以保证起重机的安全使用。但是, 从以上内容可以看到, 经过一定周期后所做的一次性安全技术检查, 无法确保在起重机使用过程

中经常的安全性, 也就不具备第一时间内发现事故隐患并排除危险因素的能力

大型起重机械安全预警的研究目标与内容

　　起重机金属结构的安全技术检查乃至疲劳寿命问题只是造成事故和事故隐患的突出问题之一, 从整体起重机安全使用理念方面出发, 只有综合各方面的原因, 利用科学的分析方法和手段, 才能从根本上解决起重机械的安全问题, 此即起重机械的安全预警机制。

3.1　安全预警机制的研究目标

起重机安全预警的最终目的是建立一套完整可行、有效实用的运行机制, 在各种先进检测设备、通讯设备和计算机等硬件支持的基础平台上, 形成可视化的预警软件, 并将此机制和预警软件向各相关企业、检测单位推广, 在减少安全隐患、保护生命财产安全的同时, 提高检测单位的工作效率, 提高企业的经济效益。

　 安全预警机制的研究内容

起重机安全预警机制是针对工作状态可能发生的各种事故为起重机建立起来的一种危险提前预报机制。该机制首先也应该具备安全预警的基本条件, 即前瞻性、科学性、兼容性、易控性、实用性、普适性和可行性。在此前提下, 起重机械的安全预警机制应由以下几个方面来支撑:①先进的测试与分析系统;② 高素质的研究型人才;③企业单位的配合与支持;④足够的经费。在此前提条件和基础支撑下, 起重机的安全预警机制即可从图1所示的内容来完成。

从图1中, 理论分析与计算为现场检测和数据采集提供重要的参考信息, 运用结构力学、断裂力学等理论及各种商业有限元软件对起重机金属结构进行分析和模拟, 让测量更有目的性和针对性, 大大提高了仪器测量的效率, 还节约了测量成本;理论分析和计算还为数据分析提供重要参考, 通过对比常常可以找到导致故障和隐患的异常数据。起重机的检测分为静态检测、动态检测2类, 检测需要用仪器尽可能精确地获得应力、应变、位移、裂纹深度、裂纹宽度或者三维裂纹图像、振动频率等数据, 为数据分析做充分的准备。数据分析主要采用力学、材料学等理论, 综合各方面因素, 对检测得到的数据进行详细的分析和科学的论证, 如果可能的话, 将分析的整个过程编制成通用计算机程序。对分析得到的异常数据, 应对用户发出警告并找到产生异常的原因, 通过检修维护,排除异常, 以达到消灭事故隐患的目的。设备正常使用后, 继续进行实时监控, 计算并分析数据, 对异常数据进行分析, 并作警报处理, 直至修理排除故障, 以此循环, 使得安全监控与起重机正常作业同时进行。然而, 需要指出的是, 起重机械的安全预警手段的研究工作, 必将是一项长期且艰巨的过程,一旦在此领域有所突破, 定能有效解决起重机的安全问题,保障生命财产安全。起重机械金属结构安全预警系统构建是一种保证结构安全, 预防结构事故的新探索, 这种形式还应该在接下来的研究工作中不断完善。

　安全预警机制的设计思路

起重机安全预警机制要将起重机工作过程中可能发生的风险或损失预先向操作者发出警报, 以保证起重机处于可靠、可控状态, 从分析影响起重机正常运行的基本因素入手是设计预警机制的基本思路。影响起重机安全运行的主要因素有外部环境、内部管理、自身原因等, 其中各个因素之间又是相互联系的。具体架构如图2所示。

其中, 起重机档案信息部分和警情分析系统分别包括4个方面, 实地检测信息包括5个方面的组成部分, 如图3—图5所示。

安全与效益是企业生存和发展的生命线, 不管是制造企业还是使用单位, 甚至是起重机检测机构,都迫切需要一套起重机的安全预警机制, 以降低使用风险, 在有安全保障的前提下延长使用寿命, 保护生命财产安全和提高经济效益。基于预警理论和现场调研提出起重机安全预警机制, 具体结论如下:1)经过多家企业现场调研发现起重机普遍存在疲劳寿命评估和可靠性评价缺失等问题。2)起重机安全预警机制的研究目标是在各种先进检测设备、通讯设备和计算机等硬件支持的基础平台上, 建立一套完整可行、有效实用的安全运行机制。

3)起重机安全预警机制在测试与分析系统、高素质人才、协作单位以及足够的经费等支持下, 以分析影响起重机正常运行的基本因素作为设计思路,利用实时监控, 数据分析, 警报处理和修理排除故障4个环节的循环运行, 使得安全监控与起重机正常作业同时进行。