1 鐵路大型起重運輸設備概述
??? 　　鐵路建設是國內(nèi)拉動內(nèi)需的主要行業(yè)，隨著鐵路客運專線與高速鐵路建設的快速發(fā)展，鐵路專用各種起重機械類型越來越多，也越來越大型化，如900噸級的箱梁架橋機、箱梁運梁車、搬運機以及提梁機等。隨之而來的，目前中國的起重機械制造廠家也從上世紀八十年代的一百多家，發(fā)展到現(xiàn)在的近千家，同時，世界各國的知名起重機械制造商以及一些基礎(chǔ)部件制造商也紛紛搶灘中國的大型起重機制造市場。由于起重機械的使用場所越來越復雜、需求量急劇增大、施工工期限制、起重機械的設計與制造水平參差不齊、使用與操作人員素質(zhì)等等諸多原因，大型起重設備的安全問題愈來愈突出。
??? 　　據(jù)2009年2月統(tǒng)計，中國中鐵股份有限公司在國內(nèi)高速鐵路與客運建設中，已經(jīng)成功架設了900噸級混凝土箱梁7000多片，而中鐵科工集團隸屬中國中鐵股份有限公司，一直在經(jīng)歷和從事鐵路大型起重裝備的設計、制造、運輸、現(xiàn)場安裝、現(xiàn)場調(diào)試、維護保養(yǎng)全過程的服務。因此，本人從技術(shù)層面、管控角度談談鐵路大型起重運輸設備的諸多涉及安全問題。
??? 　　目前，鐵路客運專線大型施工機械屬特種設備范疇的主要有箱梁架橋機、箱梁運梁車、梁場輪胎式搬運機、輪軌式提梁機等。
??? 　　1.1 鐵路箱梁架橋機分類
??? 　　從2006年3月19日國內(nèi)第一片900噸級箱梁由中鐵二局在合寧線成功架設之日起，短短三年時間，用于架設箱梁的架橋機已經(jīng)有了近十種。種類很多，但分類方法不盡統(tǒng)一。按照架橋機過孔方式分，可分為步履式、全輪走行式、導梁式、輔助導梁式等；粗一點分，按照架橋機起吊落梁方式分，可分為拖拉起吊落梁、定點起吊落梁與運架一體式等。
??? 　　1.2 鐵路箱梁運梁車分類
??? 　　箱梁運梁車一般按照轉(zhuǎn)向方式分，有兩種型式：一是連桿轉(zhuǎn)向式，二是獨輪轉(zhuǎn)向式。
??? 　　1.3 鐵路箱型梁輪胎式搬運機分類
??? 　　鐵路箱型梁梁場搬運機是目前客運專線制梁場必不可少的提梁、移梁、存梁、裝梁設備，有兩種型式：一是穿越式，二是非穿越式。
??? 　　1.4 輪軌式提梁機分類
??? 　　在客運專線建設初期，梁場還全部采用輪軌式提梁機，當積累一定經(jīng)驗后，發(fā)現(xiàn)輪胎式搬運機有動作范圍大、不受軌道限制優(yōu)點，進而在梁場設備的選型與應用中，根據(jù)施工情況，提梁機與搬運機的作用就有明確的分工，比如，只需要在梁場裝梁、移梁，且場地條件允許的，一般采用輪胎式提梁機；而當需要在梁場設置提梁站時，則大多采用跨墩的輪軌式提梁機。
??? 　　輪軌式提梁機與輪胎式搬運機的主要區(qū)別一是走行方式，二是用途。
??? 　　因此，輪軌式提梁機也有兩類，一類為只在梁場移梁、裝梁的普通起升高度提梁機，另一類為需要跨墩設置提梁站的高位提梁機。
??? 　　目前，在梁場移梁、裝梁的普通起升高度輪軌式提梁機也有幾種型式，如兩臺一套式、縱橫向穿越式等等。
??? 2 國家、行業(yè)對大型起重設備的相關(guān)規(guī)定
??? 　　從2000年以來，國家對整個起重機行業(yè)的監(jiān)督管理開始逐步加強，并且將起重機等特種設備統(tǒng)一歸口到國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗疫總局管理，由其屬下的特種設備安全監(jiān)察局組織實施。國家對大型、特殊用途的起重設備出臺了一系列的政策和法規(guī)，主要包括：
??? 　　2.1 關(guān)于起重機械安全監(jiān)察條例及規(guī)定
??? 　?。?）國務院關(guān)于修改（特種設備安全監(jiān)察條例）的決定--國務院令 第549號（2009年1月14日通過），自2009年5月1日起施行。
??? 　　（2）《起重機械安全監(jiān)察規(guī)定》--國質(zhì)檢總局令第92號，自2007 年6 月1 日起施行。
??? 　?。?）TSG Q7015-2008《起重機械定期檢驗規(guī)則》
??? 　?。?）TSG Q0002-2008《起重機械安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程--橋式起重機》
??? 　　（5）《特種設備現(xiàn)場安全監(jiān)督檢查規(guī)則（試行）》--國質(zhì)檢特函〔2007〕910號，自2007年11月7日起施行。
??? 　　（6）《特種設備重點監(jiān)控工作要求》--國質(zhì)檢特函〔2007〕910號，自2007年11月7日起施行。
??? 　?。?）《特種設備質(zhì)量監(jiān)督與安全監(jiān)察規(guī)定》--國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局令第13號，自2000年10月1日起施行。
??? 　　（8）《廠內(nèi)機動車輛監(jiān)督檢驗規(guī)程》--國質(zhì)檢鍋[2002]16號，自2002年1月21日起施行。
??? 　　關(guān)于起重機械管理的行政許可、起重機械管理的制造許可、起重機械的安裝改造維修許可、起重機械的型式試驗、起重機械的制造監(jiān)督檢驗規(guī)程、起重機械的安裝改造維修及使用規(guī)則、起重機械作業(yè)人員培訓考核及管理等內(nèi)容在此不再詳述。行業(yè)對大型起重設備的相關(guān)規(guī)定包括：《客運專線鐵路箱梁運架安全管理手冊》--鐵道部工管中心（2008年）；《鐵路架橋機架梁暫行規(guī)程》--鐵建設（2006）181號。
??? 　　3 鐵路大型起重運輸設備的特殊性
??? 　　與一般通用起重機械不同，鐵路大型起重運輸機械的特殊性在于：
??? 　?。?）流動性大，常常在設備注冊地以外使用；
??? 　　（2）型式特殊，尤其是大噸位箱梁架橋機，在起重機手冊中是找不到類似型式的，大型箱梁架、運設備設計是根據(jù)鐵路客運專線特殊用途進行的，并且是隨著近年來鐵路建設跨躍式發(fā)展而創(chuàng)新研發(fā)的大型施工裝備；
??? 　?。?）額定起重量大，額定起重量900噸級，在陸地大范圍轉(zhuǎn)場、移動施工的起重機械中是少有的；
??? 　?。?）外形尺寸大， 工作方式特殊；
??? 　?。?）依訂單、單件生產(chǎn)，制造周期長；
??? 　　（6）動作復雜，安全要求高，設計難度大。由于行業(yè)的特殊性，往往對起重設備有特殊要求，因而設計中會出現(xiàn)超出標準、規(guī)范的狀況；
??? 　?。?）載荷變化小，客運專線運、架、搬、提設備起吊的對象單一，混凝土梁片的重量誤差不超過5%左右，這一點與通用起重設備負荷變化劇烈明顯不同。
??? 4? 設計中對運、架、搬、提設備安全的重點考慮
??? 　　前已論述，客運專線大型施工設備雖然屬起重設備，但設計中并沒有現(xiàn)成模式可比照。設計中事關(guān)安全的環(huán)節(jié)與必須重點關(guān)注的過程本人認為有以下幾個方面：
??? 　　4.1 適應線路設計的變化
??? 　　從京津到哈大，梁片在斷面尺寸方面不斷地優(yōu)化，給運、架設備的設計與改進帶來了一定的難度，因為梁片的橫向尺寸縮短了，架橋機的橫向穩(wěn)定性必須重新考慮與校核，同時，施工中對架橋機的橫向穩(wěn)定問題必須要更加謹慎。所以，我們不希望線路設計一味向輕型化發(fā)展，從施工單位考慮，購置一臺架橋機肯定會要求能適應各種尺寸梁片的架設，所以架橋機設計時必須要考慮兼顧幾種寬度梁型架設，而實際上這種兼顧必然是一種折中。我們不希望為了滿足線路設計的變化而犧牲大型起重設備的安全系數(shù)。
??? 　　同時，線路設計中如果出現(xiàn)特殊的大坡道、小曲線半徑、人口密集區(qū)、惡劣天氣等，這對設備設計來說，設計的難度都會成倍增加，比如：大的坡道需要設備良好的驅(qū)動能力和制動性能，然而從機械方面講，超過一定的范圍，設備自身無法滿足而需要通過其他輔助手段時，就存在安全隱患。
??? 　　4.2 設計與分析計算的交替反復，是保證大型施工設備安全的必不可少的過程
??? 　　作為設計者，不但要具備設計能力，同時還應具備計算分析能力。以架橋機為例。整機設計的步驟是：
??? 　?。?）整體結(jié)構(gòu)方案設計；
??? 　?。?）上有限元程序進行梁單元分析計算，定性分析整體結(jié)構(gòu)的受力狀況，找出薄弱環(huán)節(jié)；
??? 　?。?）修改設計；
??? 　?。?）再次分析計算，直到關(guān)鍵部位的安全指標達到要求。
??? 　　以上四步驟反復進行，當整機的梁單元計算整體結(jié)構(gòu)認為安全后，再進行有限元板單元校核，解決局部受力問題。
??? 　　這是大型起重設備把握安全設計的基本程序。這里強調(diào)的是設計與計算交替進行，計算分析可提示和輔助大型起重設備的整個設計過程，做不到這一點的不是合格的供應商。
??? 　　4.3 豐富的經(jīng)驗積累與嚴格的設計把關(guān)，是設備安全的基本保證
??? 　　大型起重機械的局部連接設計是至關(guān)重要的，這要靠經(jīng)驗積累與嚴格的過程控制。比如焊縫連接和螺栓連接的設計，這是用有限元等其他輔助手段無法完全模擬的，同樣一個焊接件，閱歷不同的人處理的方法肯定不一樣。如果設計不合理，出現(xiàn)的問題就可能是災難性的。
??? 　　再說焊接問題。焊縫與焊接設計是機械設計中最常見的工作，這些經(jīng)驗是起決定性作用的。某移動模架造橋機曾經(jīng)發(fā)生兩次倒塌，我們幫助其評估恢復了其中一臺設備。究其原因，發(fā)現(xiàn)卻是犯的常識性錯誤，將焊接性能不好的40Cr材料與普通材料進行焊接，又沒有提出特殊工藝要求，由于不合適的焊接設計，不合適的焊接操作，使焊縫處母材金相組織發(fā)生脆性變化，致使銷軸在焊接時產(chǎn)生了焊接裂紋，使銷軸本身強度遭到削弱，引發(fā)了事故的發(fā)生。
??? 　　焊接設計中還有一忌，就是吊具等事關(guān)起吊關(guān)鍵部位的焊縫禁止受拉，而偏偏就有這樣的現(xiàn)象出現(xiàn)。某輪軌式架橋機傾翻與上述某移動模架造橋機的第二次倒塌，都發(fā)生在吊具及后吊架的受拉焊縫處，設計中發(fā)生這種錯誤一是缺乏經(jīng)驗，二是責任心缺失。
??? 4.4 架、運、搬、提大型設備的安全性能設計
??? 　?。?）保證設計手段的不斷提升完善。如進行必要的動力學仿真，尤其在理論基礎(chǔ)還不夠完善時，采用動力學仿真也是虛擬樣機的實現(xiàn)方法。
??? 　　（2）機構(gòu)的安全系數(shù)嚴格按照要求采用。如起升系統(tǒng)鋼絲繩安全系數(shù)n≥6、吊桿拉伸應力安全系數(shù)n≥5、整機抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)n≥1.5 等等，這些關(guān)鍵點都是要進行反復核算的。
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