王亮程永恒刘兵

江苏省特种设备安全监督检验研究院宿迁

摘要：为调查一次液压履带式抓料机的倾覆事故的原因，进行了事故现场勘验，产品资料及事故视频查阅，并结合设备的受力特点进行了受力分析，同时进行了设备抗倾覆稳定性简单计算，得出事故的主要原因是该设备在使用过程中超载引起倾覆，次要原因是产品设计上本质安全性不高，存在稳定性缺陷以及使用单位安全管理不当。最后从设备本质安全角度出发，结合国家法规标准关于稳定的要求内容，对制造单位提出了对该类设备从设计增加力矩限制器等手段提高稳定性的建议；对使用单位提出了设置现场警示标识及进行人员安全培训等建议避免类似事故的发生。

关键词：液压履带；抓料机；倾覆；事故；稳定性

中图分类号：TH文献标识码：A文章编号：-（）21--04

某内河码头一台液压履带式抓料机（以下简称“抓料机”）在作业时发生倾翻事故，造成抓料机金属结构变形、一辆货车被砸车架变形，无人员伤亡。该码头为散货码头，抓料机主要用于沙石、煤料、谷物等散装货物的装卸工作，事故发生在晚上11时左右。

1调查情况

1.1抓料机主要组成

该抓料机采用履带起重机通用底盘，上车部分主要由主臂、副臂、司机室、配重组成，抓料机主要结构见图1，副臂前端安装液压抓斗，见图2。上车和底盘通过回转支承和中心回转节连接。该抓料机液压系统是发动机和电动机分别驱动的总功率变量控制、高压双泵双回路开式系统，电动机可外接电源。事故发生时，采用电动机外接电源驱动。

副臂2.主臂3.司机室4.配重

图1抓料机主要结构图

图2抓料机液压抓斗

1.2现场勘验

抓料机工作场地为一高出地面1m的平台，该平台主要由砂石混合物堆积而成，承载面不平整不坚实。抓料机向图中左侧呈90°倾翻，见图3、图4。

图3抓料机倾覆正面图

图4抓料机倾覆全景图

现场检查抓料机底盘、回转机构、司机室、配重、主臂变幅机构，副臂变幅机构无明显异常，副臂前端接近抓斗处因撞击发生明显变形。液压系统无渗漏油等异常情况。

现场检查，抓料机实物上无起重特性曲线或图表，无幅度显示装置、无力矩限制装置。

现场测量臂长第一节9.5m（两铰点直线距离），第二节5.5m，测量事故现场另外一台同型号设备起重臂与水平面最小夹角为10°。抓料机支撑底座长（履带轮）l=5.2m，宽（两履带轮外侧距离）d=3.4m。两履带支撑面高低差为h0，故抓料机支撑面的倾斜度

抓斗当时处于抓满状态，抓斗名牌显示斗容积为V=3m，抓斗自重Gz=2.5t，抓斗内侧使用单位自行焊接了刮沙板，用于将留存在抓斗中的沙子刮净，其自重Gs≈kg。

1.3资料核查

抓料机产品合格证及产品铭牌显示，抓料机额定起重力矩T=kN·m，最大起重量G=15t；在抓料机使用说明书中，仅注明在最小抓取幅度（3.5m）时最大抓取质量（包括抓具质量）为15t、在最大抓取幅度（12.8m）时最大抓取质量（包括抓具质量）为4.0t；检查电气原理图、液压图，发现该设备未配置起重量限制器、力矩限制器；产品使用说明书中对使用条件要求如下：

1)风速不大于13.8m/s；

2)环境温度：－20～40℃；

3)工作场地：地面坚实；

4)回转支承上平面的总倾斜度不大于0.5％；

5)电源电压V±5％，频率50Hz；

6)产品说明书中提供的部分参数见表1。

使用说明书注意事项中，有如下提醒：

1)突然回转、高速回转或突然停止，有可能造成设备的倾翻、损坏以及吊重物的掉落。因此，应低速缓慢地进行回转操作；

2)禁止以回转操作牵引和起升载荷，否则会造成设备的倾翻和损害；

3)禁止急速变幅操作，以免超载；

4)当起吊重物时，作业半径会增加，有时会出现超载现象而造成设备倾翻等事故。

通过调取监控视频显示，抓料机起重臂处于货车外侧时，事故抓料机底座开始倾覆，此时抓斗中沙子开始落下，但司机紧急向左侧回转起重臂，致使抓料机产生侧翻，第一节起重臂砸向货车致车厢变形，第二节起重臂碰撞船舷，抓斗坠落至船舱，操作人员在驾驶室摔倒，无人员伤亡。测得事故现场坠落沙堆中心线距抓料机右侧履带外缘水平距离r0=12.5m。

1.4操作者座谈

与操作者座谈过程中得知，操作者有两年操作经验，未参加过相关作业培训。事发当晚刚下完小雨，有微风（与当天气象部门的天气预报基本吻合），事发前，货车停靠的位置离抓料机比平常稍远，当时抓斗基本抓满沙子。当时光线不太好，当向右回转至货车方向时，抓斗已伸出货车外侧，感觉抓料机有向货车倾覆的趋势，操作者遂赶紧向左方向回转，回转的途中，抓料机发生倾覆，操作者摔倒在驾驶室，未发生坠落。

现场指挥人员当时未发现异常情况，正常指挥装卸作业。

2事故分析计算与结论

该抓料机在最大作业半径时，抓斗重心距回转中心水平距离

如果考虑抓斗的质量及使用单位焊接的刮沙板质量，此时的倾覆力矩

此时的力矩已远大于使用说明书及铭牌中给定的额定力矩，抓料机已处于倾覆状态，初步判断为超载导致的事故。

根据产品使用说明书，抓料机最大幅度maxl≈12.8m，最大幅度处的最大抓取质量maxG≈4t，力矩maxmaxmaxT=Ggl=4×9.8×12.8=.76kNm事故发生时，抓料机的工作幅度为12.5m，虽未达到最大幅度，但已非常接近，而此时的抓料机抓取的质量连同抓具的质量已远远大于产品使用说明书中允许的质量。根据抓料机的产品尺寸，与履带平行方向较长，抓料机在垂直于履带方向进行作业时幅度最大，更容易发生倾覆。

由式（1）可知回转支承上平面的总倾斜度大于说明书中规定的0.5％，设备本身工作状态已处于不稳定。事故发生时，司机进行了向左侧快速回转的操作，为简化计算，假设此时的回转速度已达最大（监控视频中显示回转速度很快），抓斗处回转的线速度

此切向力虽不直接作用在垂直方向，但无疑加剧了设备本身已处于的不稳定状态，使抓料机即刻倾覆，这也是为什么产品说明书中反复提到“突然回转、高速回转或突然停止，有可能造成设备的倾翻”。

通过以上计算分析得知，此次事故的直接原因是设备超载引起的倾覆。次要原因包含以下几点：1）使用单位安全管理不到位，未对操作人员及指挥人员进行有效的培训；2）抓料机操作员及指挥人员安全意识不强，明知可能会超载仍然抱有侥幸心理强行作业；3）使用单位设备管理部门擅自对抓斗进行改造（加焊刮沙板），未能识别这种行为带来的风险；4）该抓料机本身设计存在缺陷，设备本身设计不能保证其稳定性。

3建议

此类设备目前没有相应的国家或行业标准，只有企业标准，企业标准对安全、技术、质量的要求，应高于国家或行业标准。通过以上分析，该企业的标准没做到高于国家或行业标准的要求，因此设备本身的设计缺陷造成了设备的事故。

为避免此类事故再次发生，首先应该采取措施提高抓料机设备的本质安全水平。其关键是提高设备的抗倾覆稳定性。关于设备的稳定性，国家相关标准也有明确规定，GB/T—《机械安全生产设备安全通则》6.2节关于稳定性有如下规定：应按照制造商提供的使用说明书，保持生产设备在使用过程中的稳定性，确保按照说明书规定的预订使用条件下使用生产设备时，不存在意外翻到、跌落或移动的危险。由于生产设备外形布局等原因不能确保足够的稳定性时，应采取附加的固定措施确保其稳定性。同时，GB/T—《机械安全设计通则风险评估与风险减小》6.2.6节规定：机器的设计应使其具有足够的稳定性，并使其在规定的使用条件下可以安全使用，需要考虑的因素包括由于机器部件、机器本身或机器所加持部件运动引起的，且能够产生倾覆力矩的动态力，要在机器生命周期的各个阶段内考虑其稳定性。考虑的措施就包括借助过载保护装置限制应力，如力矩限制器等。6.3.2.7节中，还建议了其他限制措施，比如限制运动参数（如距离、角度、速度、加速度）的装置，过载和力矩限制装置，因此建议制造单位为该型号设备加装力矩限制器来保证安全。此次事故的抓料机，由于设备本身外形原因，起重臂保持不动时，设备在回转至不同角度时，倾覆线、幅度等一直在变化，同时即使在同一角度，起重臂在不同伸缩位置，其工作幅度也存在非线性的变化，故单一的起重量限制器无法从本身保证设备不超载，必须采取措施保证设备的稳定性。由于设备本身所处的码头周围无固定设施，不便于采取附加的固定措施，对设备加装力矩限制器是最行之有效又能保证安全的措施，同时也使得企业标准不低于国家标准的要求。

其次，建议使用单位加强作业现场的安全管理，由于该抓料机的起重量—幅度曲线较为复杂，且该变化曲线是非单调的（在某一区间起重量随幅度变化可能增加也可能减小），非常不便于操作人员及指挥人员判定。使用单位可根据作业特性，对抓取的不同物料进行许用最大幅度计算，同时在现场及司机室登出设置不同物料抓取时的工作幅度警戒线，或者明示在不同幅度时允许最大抓取物料质量，以便于现场作业人员的直观判断。第三，建议使用单位加强安全教育培训。既要包括作业人员，也应该包括安全管理人员。尤其对操作人员应进行应急处置方面的培训。该类设备的紧急回转会对设备本身产生惯性的切向力，在设备满载甚至超载时，这种力的影响有时是致命的。同时，设备及安全管理人员的安全意识也需要加强，设备管理部门私自对抓斗加焊的刮沙板造成抓斗质量整体增大。尽管增加的质量相对于抓斗本身甚至抓取的物料来说很小，但在大幅度的加持下，很容易造成超载。许多平时一些极容易被疏忽的微小失误都会酿成大事故，所以刮沙板的质量在设备最大工作幅度处产生的力矩不容忽视。

参考文献

[1]GB/T—机械安全设计通则风险评估与风险减小[S].

[2]GB/T—机械安全生产设备安全通则[S].