SIMMA塔式起重机折臂事故

　　1.事故简介

　　1996年北京某工地发生一起意大利SIMMA塔式起重机臂架折断的重大事故。据司机陈述，当时变幅小车位于臂架第6节轻载就位，折臂发生在臂架第5节的下弦杆。在处理现场时发现，臂架第6节和第7节下弦杆的一个联接主销轴脱落。

　　2.事故原因分析

　　SIMMA塔式起重机自80年代进入我国，在使用中曾有过焊缝开裂的情况。本次臂架断裂处裂纹是沿下弦杆接头塞焊焊缝扩展的，说明塞焊焊缝没有焊透，通过臂架断口观察可得到证实。在电子显微镜下观察臂架断口，发现断口存在较多夹杂物，这势必使断裂处截面承载能力被极大地削弱。另外，按GB3811—1983《起重机设计规范》所规定的工况，对臂架进行了有限元计算，结果表明，一些部位处于满应力工作状态，稍一超载就很容易产生结构故障。

　　（1）对臂架断口的电子显微镜观察表明，断口存在约0.9mm宽的旧裂纹（约占下弦杆壁厚的1/8），旧裂纹断口主要由韧窝、解理交替组成，只有极少量的疲劳裂纹存在。这说明旧裂纹主要是超载使用造成的韧性或脆性断裂引起的，旧裂纹的存在进一步削弱了截面承载能力，从而埋下了事故隐患。

　　（2）在臂架标准节的下弦杆之间的联接销孔已严重磨损变形。标准节之间的联接方式是由主销、锁销和开口销组成（见图4-7）。很多主销孔已由圆孔变成椭圆状，水平方向长轴和垂直方向短轴长度相差可达2mm。这样，造成主销轴在销孔中水平方向出现明显地松旷，使臂架在回转时像“舞龙”一样（司机语）。水平方向挠度的增大，无疑增加了回转时水平惯性力和水平冲击力。臂架断口旧裂纹的形成除了超载使用外，销轴松旷也早一个重要原因。为固定锁销位置，在臂架标准节联接处下弦杆内侧焊有定位套，定位套上穿锁销的定位孔很多已严重变形甚至撕裂，很多定位孔已由圆形变成椭圆形，有的孔长轴和短轴的长度分别为27mm和17mm。这说明臂架工作时，主销有转动的趋势，造成锁销摆动，反复挤压定位孔，使圆孔变成椭圆形。如果锁销不存在，主销可因转动形成轴向窜动而脱落。

 

　　（3）事故现场发现臂架第6和第7节下弦杆联接处有一个主销脱落。由图4-7可见，当主销、锁销、开口销都安装好后，主销不会脱落。但臂架工作时因主销有转动趋势，在定位孔严重变形的情况下，会使锁销来回摆动，从而造成对开口销的冲击及磨损。

　　该塔式起重机已在现场工作了一年半，开口销长期受腐蚀、冲击和磨损，最后导致折断。由于开口销折断，锁销、主销相继脱落。主销脱落后从臂根到主销脱落处的一段臂架受到扭矩（由主销脱落处到臂架端部的自重引起）、压力（由吊点处拉力引起）及弯矩（由回转惯性力引起的水平横向弯矩及小车吊重及臂架自重引起的垂直方向弯矩组成）的组合作用，使各下弦杆应力普遍超过强度极限。以臂架自身重量在回转起动和制动时回转惯性力引起的水平横向弯矩为例，对正三角形结构形式的臂架，该水平横向弯矩本应由两下弦杆组成的整个平面行架所承担，当下弦杆一个主销脱落后，相当于该杆在此处折断，上述水平横向弯矩只得由另一根下弦杆独自承受。设额定回转速度为0.9r/min，回转启动和制动时间为10s，采用有限元方法计算结果表明，由臂架自重、回转启动和制动时产生的水平惯性力，在臂架水平格架主销脱落处的下弦杆造成的应力高达2892MPa。在巨大的应力作用下，有旧裂纹的薄弱截面处首先发生断裂，最终导致折臂事故发生。对臂架断口的电子显微镜观察也表明，断裂处新断口主要是由韧窝组成，这也证实断裂处受到了大应力作用产生韧性断裂。

　　3.事故结论

　　经过对现场勘查，对臂架断口的金相和电子显微观察，进行结构应力有限元计算以及金属材料的化学成分分析等工作，可以认为，该塔式起重机首先存在先天的质量缺陷，其次是由维修、保养与管理不当。

　　4.事故预防与对策

　　该事故发生后，对一台同类型的塔式起重机的臂架结构进行检查时发现，在臂架下弦杆标准节联接处出现裂纹且已断裂，经及时修复避免了又一次重大事故的发生。这说明该种类型的塔式起重机普遍存在事故隐患，必须引起施工部门的足够重视。

　　（1）对意大利SIMMA塔式起重机的金属结构，尤其是臂架的金属结构，应作定期和全面的检测与维修。

　　①检测对象检测重点应放在臂架2个吊点之间经常作业区域的金属结构件以及臂架标准节联接处，包括各销轴、销孔及下弦杆的塞焊处。

　　②检查方法首先用肉眼和放大镜作普遍观察，对目测可疑点作磁粉、超声波或光探伤；对重要危险点的应力状态还可作应力测试，以便作定量分析。

　　③检查内容

　　a.结构表面油漆剥落状态。

　　b.母材表面因油漆剥落。腐蚀性物质侵入引起的细小裂缝和小车踏面磨损程度。

　　c.焊缝尤其是塞焊处的焊缝是否有异常现象或裂纹出现。

　　d.臂架标准节之间的联接处是否松旷、磨损，以及销孔的变形情况。

　　④维修保养

　　a.打磨、补焊有裂纹的焊缝和母材，必要时更换母材。

　　b.销轴磨损严重者应予以更换，销孔磨损严重或变形严重的也应及时修复。

　　c.把所有的棒状锁销改为一端墩粗的有头锁销，安装时有头一端在上方，这样即使开口销脱落，锁销也不会脱落，从而保证臂架各标准节之间联接安全可靠。

　　开口销应为一次性的，不得重复使用。

　　（2）现有的意大利SIMMA塔式起重机应考虑降级使用。

　　受各种技术条件的制约，尽管精心设计、制造的金属结构，在其材质、构造形式及焊接质量等方面都不可避免地存在这样或那样的缺陷，这种缺陷在频繁工作和外界环境影电下，花好多裂纹源。一般在结构工作初期，发生结构断裂的情况较少，但在交变载荷的长期作用下，裂纹源会逐渐扩展，当损伤积累到一定程度后，遇有偶发事件或严重超载，就极易发生臂架断裂事故。现有的意大利SIMMA塔式起重机都工作10多年，即使经过检查也难免存在一些隐患。为保证工作安全，建议工作10年以上的该种起重机要降等级使用，并应随工作年限的增加逐级降低。

　　（3）应制定起重机结构维修保养规范。

　　在国内，对起重机金属结构的维修保养只在少数起重机维修手册中简略介绍过，但缺少具体的要求和措施。金属结构一般不易被人们重视，所以常导致在规定的使用年限内其安全可靠性降低。

　　在发达国家，如日本有详细的法律条款，规范建筑机械金属结构的维修和保养，日本国劳动省制定的《劳动安全卫生法》中就严格规定，使用单位必须每年进行一次自我设备检查，应检查的内容十分具体和详细。检查后要提出完整的检查记录，记录包括检查日期、方法、结果和参检人员的名单。检查中发现的问题要及时通知制造商，双方一起进行合理的维修和保养，维修和保养的内容也要详细地记录在检查记录中。检查记录在建筑机械使用期限内必须始终保存，所有这些措施都是为了提高使用的安全可靠性。

　　为提高我国建筑施工机械的现代化水平，提高金属结构在使用期限内的安全可靠性，我们建议对金属结构的维修保养等级、年限、对象及方法等制定出具体和详细的法律法规，使维修保养工作制度化、规范化、法律化。