铁路大型起重运输设备安全管控

3 铁路大型起重运输设备的特殊性
　　与一般通用起重机械不同，铁路大型起重运输机械的特殊性在于：
　　（1）流动性大，常常在设备注册地以外使用；
　　（2）型式特殊，尤其是大吨位箱梁架桥机，在起重机手册中是找不到类似型式的，大型箱梁架、运设备设计是根据铁路客运专线特殊用途进行的，并且是随着近年来铁路建设跨跃式发展而创新研发的大型施工装备；
　　（3）额定起重量大，额定起重量900吨级，在陆地大范围转场、移动施工的起重机械中是少有的；
　　（4）外形尺寸大， 工作方式特殊；
　　（5）依订单、单件生产，制造周期长；
　　（6）动作复杂，安全要求高，设计难度大。由于行业的特殊性，往往对起重设备有特殊要求，因而设计中会出现超出标准、规范的状况；
　　（7）载荷变化小，客运专线运、架、搬、提设备起吊的对象单一，混凝土梁片的重量误差不超过5%左右，这一点与通用起重设备负荷变化剧烈明显不同。

4  设计中对运、架、搬、提设备安全的重点考虑
　　前已论述，客运专线大型施工设备虽然属起重设备，但设计中并没有现成模式可比照。设计中事关安全的环节与必须重点关注的过程本人认为有以下几个方面：
　　4.1 适应线路设计的变化
　　从京津到哈大，梁片在断面尺寸方面不断地优化，给运、架设备的设计与改进带来了一定的难度，因为梁片的横向尺寸缩短了，架桥机的横向稳定性必须重新考虑与校核，同时，施工中对架桥机的横向稳定问题必须要更加谨慎。所以，我们不希望线路设计一味向轻型化发展，从施工单位考虑，购置一台架桥机肯定会要求能适应各种尺寸梁片的架设，所以架桥机设计时必须要考虑兼顾几种宽度梁型架设，而实际上这种兼顾必然是一种折中。我们不希望为了满足线路设计的变化而牺牲大型起重设备的安全系数。
　　同时，线路设计中如果出现特殊的大坡道、小曲线半径、人口密集区、恶劣天气等，这对设备设计来说，设计的难度都会成倍增加，比如：大的坡道需要设备良好的驱动能力和制动性能，然而从机械方面讲，超过一定的范围，设备自身无法满足而需要通过其他辅助手段时，就存在安全隐患。
　　4.2 设计与分析计算的交替反复，是保证大型施工设备安全的必不可少的过程
　　作为设计者，不但要具备设计能力，同时还应具备计算分析能力。以架桥机为例。整机设计的步骤是：
　　（1）整体结构方案设计；
　　（2）上有限元程序进行梁单元分析计算，定性分析整体结构的受力状况，找出薄弱环节；
　　（3）修改设计；
　　（4）再次分析计算，直到关键部位的安全指标达到要求。
　　以上四步骤反复进行，当整机的梁单元计算整体结构认为安全后，再进行有限元板单元校核，解决局部受力问题。
　　这是大型起重设备把握安全设计的基本程序。这里强调的是设计与计算交替进行，计算分析可提示和辅助大型起重设备的整个设计过程，做不到这一点的不是合格的供应商。
　　4.3 丰富的经验积累与严格的设计把关，是设备安全的基本保证
　　大型起重机械的局部连接设计是至关重要的，这要靠经验积累与严格的过程控制。比如焊缝连接和螺栓连接的设计，这是用有限元等其他辅助手段无法完全模拟的，同样一个焊接件，阅历不同的人处理的方法肯定不一样。如果设计不合理，出现的问题就可能是灾难性的。
　　再说焊接问题。焊缝与焊接设计是机械设计中最常见的工作，这些经验是起决定性作用的。某移动模架造桥机曾经发生两次倒塌，我们帮助其评估恢复了其中一台设备。究其原因，发现却是犯的常识性错误，将焊接性能不好的40Cr材料与普通材料进行焊接，又没有提出特殊工艺要求，由于不合适的焊接设计，不合适的焊接操作，使焊缝处母材金相组织发生脆性变化，致使销轴在焊接时产生了焊接裂纹，使销轴本身强度遭到削弱，引发了事故的发生。
　　焊接设计中还有一忌，就是吊具等事关起吊关键部位的焊缝禁止受拉，而偏偏就有这样的现象出现。某轮轨式架桥机倾翻与上述某移动模架造桥机的第二次倒塌，都发生在吊具及后吊架的受拉焊缝处，设计中发生这种错误一是缺乏经验，二是责任心缺失。
4.4 架、运、搬、提大型设备的安全性能设计
　　（1）保证设计手段的不断提升完善。如进行必要的动力学仿真，尤其在理论基础还不够完善时，采用动力学仿真也是虚拟样机的实现方法。
　　（2）机构的安全系数严格按照要求采用。如起升系统钢丝绳安全系数n≥6、吊杆拉伸应力安全系数n≥5、整机抗倾覆稳定系数n≥1.5 等等，这些关键点都是要进行反复核算的。
　　（3）事关起吊安全的环节，一定要选用可靠性高的部件。
　　架桥机、搬运机、提梁机事关起吊安全的部件有：钢丝绳、卷筒、制动器等；运梁车事关起吊安全的部件有：液压泵、液压马达、传感器等。
　　（4）涉及起重安全的机构设置。由于铁路架、运、搬、提大型设备的特殊性，安全机构的设置是至关重要的。架桥机、搬运机、提梁机设备中都有吊梁小车，是直接起吊大吨位吨梁片的，其安全性要有绝对保障。我们提供的吊梁小车，安全设施着重在以下方面：
　　a 为保证箱梁起吊时不下滑或坠落，起重卷扬机设三级制动，即电机减速机制动、液压制动推杆制动与钳盘式制动。
　　b 起升卷筒钢丝绳安全保护。大型起重机起升钢丝绳乱绳是一大忌，尤其是架桥机、搬运机、提梁机这种大吨位起重设备，卷筒为多层卷绕，一旦出现乱绳是非常危险的。尽管新修订的起重机设计手册中并没有强制规定必须在卷筒中采用排绳装置，而是说“宜在”多层卷绕卷筒中采用排绳装置。采用主动排绳装置，以提高起升卷筒安全性能，是提高安全性的重要措施。
　　c 保证钢丝绳绳头不松脱的安全装置。
　　关于安全监控系统在后文中详述。