起重机械的设计与安全管理探究
2022-06-09
引言:
起重机是现代工业生产不可缺少的设备，被广泛的应用于各种物料的起重、装卸、安装等作业中，大大减轻了体力劳动强度，提高了劳动生产率。在一般的机械产品设计中，设计成本在整个机械产品成本中占的比例不到30%，但对产品质量的贡献率可达70%以上。起重机械也不例外，因此，要提高起重产品的质量，降低生产成本，利用先进的设计方法是必不可少的。
1.起重机现代设计方法
1.1优化设计
起重机械优化设计一般是非线性规划问题，实质上是多元非线性函数的极小化问题。优化设计的首要问题是选取目标函数、设计变量和约束条件，即建立数学模型。现以门式起重机门架的设计为例来说明其设计思路：
（1）首先确定目标函数G(x)，如门架的重量。然后确定设计变量xi(i=1,2,…,n)，即决定或对目标函数有较大影响的各个参数，如主梁、支腿、端梁、横梁的重量。
（2）根据设计变量所受的各种限制确定约束条件，包括等式约束和不等式约束，如跨中最大正应力、跨中腹板最大剪应力等。
（3）建立目标函数G(x)与设计变量在x约束条件下的数学表达式，即目标函数G(x)=G(x1，x2，…，xn)，设计过程就是求目标函数的最小值。
（4）最后用各种优化方法如一维搜索法、梯度法、牛顿法、惩罚函数法、共轭梯度法等确定设计变量如组成门架的各个部件的结构、尺寸等的最优值，完成最优设计。
1.2模块化设计
模块化设计有两层含义，即在考虑机械的功能和构成的基础上，同时实现产品的互换性和模块间接口的标准化。因此在进行模块化设计时，不但要使模块满足设计功能方面的要求，而且要使模块间能够自由连接和组合，这样才能发挥模块化的优势，高效完成设计任务。起重机模块化设计的基本思路是：将起重机进行功能和结构分析，然后根据分析结果，划分并建立具有独立专有功能的模块，对模块进行技术设计;最后根据设计要求组合模块，得到我们所需功能的起重机。模块化产品的特征就是从功能元素到物理组成的一一对应。起重机采用模块化设计后，不但可以使其质量得到保障，而且还可以大大缩短设计周期和生产周期，增强市场竞争力，还可以实现起重机械零部件的成批生产，从而很大程度的降低生产成本和设计成本，实现其经济价值。
1.3可靠性设计
可靠性设计是指在规定的时间内，规定的条件下，以概率论和数理统计为基础，以失效分析、失效预测及各种可靠性试验为依据，以完成产品规定功能为目标的现代设计方法。起重机械可靠性设计的基本思路为：将引起起重机零部件失效的所有因素统称为应力S，则S可表示为各种失效因素Si(i=1,2,…,n)的函数，S=f(s1,s2,…sn)。将起重机抵抗各种失效的因素称为强度R，则R可表示为各种影响强度的因素ri(i=1,2,…，n)的函数，R=g(r1,r2,…,rn)。应力S和强度R都是随机变量，起重机各个零件安全与否，是以R>S所发生的概率来表示的，即R(t)=P(R>S)≧[R]。其中，R(t)为各零部件在运行中的安全概率，即可靠度，它是指零部件在工作时间t内的一种能力；[R]为零件的许用可靠度，它表示零件在规定的时间内和规定的条件下实现设计要求的一种能力，即许用安全概率。产品的可靠性是其安全性、可维修性及寿命的重要保证，因此，可靠性设计也越来越成为起重机设计方法的重要组成部分。
2.起重机械的安全管理
近年来建设行业发生的安全事故中，由建筑起重机械引发的安全事故有上升的趋势，如何搞好建筑起重机械的安全管理成为建筑施工企业管理的重点之一。
2.1起重机械安全管理存在的问题
（1）建筑起重机械的产权单位购入起重机械设备。购入起重机械时只看到目前起重机械设备的经济效益，却缺乏对起重机械管理的认识，没有相应的管理能力，导致购入的起重机械设备产品质量不过关，未实施维修保养及建立历次安装资料等完整的安全技术档案，产权登记备案不及时。
（2）建筑起重机械安拆单位安装质量不高。安装人员缺乏经验及安全教育不到位，在安装过程中埋下许多安全隐患。例如安装起重机械设备未向主管部门履行安装告知手续，擅自组织无资质作业人员安装；未对待安装的产品进行认真检查，建筑起重机械安装前安全保护装置不齐全和破损的情况下，未整改和维修就进行安装；安装过程未严格履行操作规程，安装质量低；安装完成后未向使用单位做完整的技术交底等。
（3）建筑起重机械的使用单位自检、管理不到位。使用单位任命的机管员形同虚设，尤其不上塔吊检查，很难发现塔吊在使用中出现的安全隐患，建筑起重机械的司机、信号工等特种作业人员责任心不强，使用未经检测合格的建筑起重机械。例如施工单位为了赶工程进度，擅自将未经检测检验合格的塔吊投入使用。
（4）监理单位监理不到位。对塔吊等建筑起重机械的安全监理不到位，日常监理过程检查不出存在的安全隐患；对相关检查人员检查出的安全隐患不落实，随意在施工单位的回复单签署隐患以消除的意见。
2.2加强起重机械安全管理的措施
2.2.1完善建筑起重机安全管理的法律法规
促进建筑起重机安全管理，必须完善建筑起重机安全管理的法律法规，进一步加快《特种设备安全法》的立法工作，努力形成"以法律为依据、以技术标准为基础、以安全技术规范为内容"的安全管理法律法规体系。同时，还要对建筑起重机安全管理的法律法规进行不断地创新，努力形成行业法规与国家法规相互补充、相互呼应，使得建筑起重设备的各种操作都有法可依。
2.2.2把安拆使用制度落到实处
建筑起重机械安拆需要考虑多方面的影响因素，我们在建筑起重机械安拆过程中需要树立全局的观念，要充分结合工程的特点，熟悉工程所在地的地质环境、周边环境如邻近建筑物、高压线等。同时，在构件的安装过程中，物料提升机、施工电梯以及塔机的参数性能要满足工程需要，同时，要考虑建筑起重机械的工作范围与相邻的建筑物要保持一定的距离，使建筑起重机械在运行的过程中两者互不干涉、互不碰撞。只有认真贯彻和落实安拆使用制度，才能避免不合理的建筑起重机械安拆造成的重大安全隐患。
起重机是现代工业生产不可缺少的设备，被广泛的应用于各种物料的起重、装卸、安装等作业中，大大减轻了体力劳动强度，提高了劳动生产率。在一般的机械产品设计中，设计成本在整个机械产品成本中占的比例不到30%，但对产品质量的贡献率可达70%以上。起重机械也不例外，因此，要提高起重产品的质量，降低生产成本，利用先进的设计方法是必不可少的。
1.起重机现代设计方法
1.1优化设计
起重机械优化设计一般是非线性规划问题，实质上是多元非线性函数的极小化问题。优化设计的首要问题是选取目标函数、设计变量和约束条件，即建立数学模型。现以门式起重机门架的设计为例来说明其设计思路：
（1）首先确定目标函数G(x)，如门架的重量。然后确定设计变量xi(i=1,2,…,n)，即决定或对目标函数有较大影响的各个参数，如主梁、支腿、端梁、横梁的重量。
（2）根据设计变量所受的各种限制确定约束条件，包括等式约束和不等式约束，如跨中最大正应力、跨中腹板最大剪应力等。
（3）建立目标函数G(x)与设计变量在x约束条件下的数学表达式，即目标函数G(x)=G(x1，x2，…，xn)，设计过程就是求目标函数的最小值。
（4）最后用各种优化方法如一维搜索法、梯度法、牛顿法、惩罚函数法、共轭梯度法等确定设计变量如组成门架的各个部件的结构、尺寸等的最优值，完成最优设计。
1.2模块化设计
模块化设计有两层含义，即在考虑机械的功能和构成的基础上，同时实现产品的互换性和模块间接口的标准化。因此在进行模块化设计时，不但要使模块满足设计功能方面的要求，而且要使模块间能够自由连接和组合，这样才能发挥模块化的优势，高效完成设计任务。起重机模块化设计的基本思路是：将起重机进行功能和结构分析，然后根据分析结果，划分并建立具有独立专有功能的模块，对模块进行技术设计;最后根据设计要求组合模块，得到我们所需功能的起重机。模块化产品的特征就是从功能元素到物理组成的一一对应。起重机采用模块化设计后，不但可以使其质量得到保障，而且还可以大大缩短设计周期和生产周期，增强市场竞争力，还可以实现起重机械零部件的成批生产，从而很大程度的降低生产成本和设计成本，实现其经济价值。
1.3可靠性设计
可靠性设计是指在规定的时间内，规定的条件下，以概率论和数理统计为基础，以失效分析、失效预测及各种可靠性试验为依据，以完成产品规定功能为目标的现代设计方法。起重机械可靠性设计的基本思路为：将引起起重机零部件失效的所有因素统称为应力S，则S可表示为各种失效因素Si(i=1,2,…,n)的函数，S=f(s1,s2,…sn)。将起重机抵抗各种失效的因素称为强度R，则R可表示为各种影响强度的因素ri(i=1,2,…，n)的函数，R=g(r1,r2,…,rn)。应力S和强度R都是随机变量，起重机各个零件安全与否，是以R>S所发生的概率来表示的，即R(t)=P(R>S)≧[R]。其中，R(t)为各零部件在运行中的安全概率，即可靠度，它是指零部件在工作时间t内的一种能力；[R]为零件的许用可靠度，它表示零件在规定的时间内和规定的条件下实现设计要求的一种能力，即许用安全概率。产品的可靠性是其安全性、可维修性及寿命的重要保证，因此，可靠性设计也越来越成为起重机设计方法的重要组成部分。
2.起重机械的安全管理
近年来建设行业发生的安全事故中，由建筑起重机械引发的安全事故有上升的趋势，如何搞好建筑起重机械的安全管理成为建筑施工企业管理的重点之一。
2.1起重机械安全管理存在的问题
（1）建筑起重机械的产权单位购入起重机械设备。购入起重机械时只看到目前起重机械设备的经济效益，却缺乏对起重机械管理的认识，没有相应的管理能力，导致购入的起重机械设备产品质量不过关，未实施维修保养及建立历次安装资料等完整的安全技术档案，产权登记备案不及时。
（2）建筑起重机械安拆单位安装质量不高。安装人员缺乏经验及安全教育不到位，在安装过程中埋下许多安全隐患。例如安装起重机械设备未向主管部门履行安装告知手续，擅自组织无资质作业人员安装；未对待安装的产品进行认真检查，建筑起重机械安装前安全保护装置不齐全和破损的情况下，未整改和维修就进行安装；安装过程未严格履行操作规程，安装质量低；安装完成后未向使用单位做完整的技术交底等。
（3）建筑起重机械的使用单位自检、管理不到位。使用单位任命的机管员形同虚设，尤其不上塔吊检查，很难发现塔吊在使用中出现的安全隐患，建筑起重机械的司机、信号工等特种作业人员责任心不强，使用未经检测合格的建筑起重机械。例如施工单位为了赶工程进度，擅自将未经检测检验合格的塔吊投入使用。
（4）监理单位监理不到位。对塔吊等建筑起重机械的安全监理不到位，日常监理过程检查不出存在的安全隐患；对相关检查人员检查出的安全隐患不落实，随意在施工单位的回复单签署隐患以消除的意见。
2.2加强起重机械安全管理的措施
2.2.1完善建筑起重机安全管理的法律法规
促进建筑起重机安全管理，必须完善建筑起重机安全管理的法律法规，进一步加快《特种设备安全法》的立法工作，努力形成"以法律为依据、以技术标准为基础、以安全技术规范为内容"的安全管理法律法规体系。同时，还要对建筑起重机安全管理的法律法规进行不断地创新，努力形成行业法规与国家法规相互补充、相互呼应，使得建筑起重设备的各种操作都有法可依。
2.2.2把安拆使用制度落到实处
建筑起重机械安拆需要考虑多方面的影响因素，我们在建筑起重机械安拆过程中需要树立全局的观念，要充分结合工程的特点，熟悉工程所在地的地质环境、周边环境如邻近建筑物、高压线等。同时，在构件的安装过程中，物料提升机、施工电梯以及塔机的参数性能要满足工程需要，同时，要考虑建筑起重机械的工作范围与相邻的建筑物要保持一定的距离，使建筑起重机械在运行的过程中两者互不干涉、互不碰撞。只有认真贯彻和落实安拆使用制度，才能避免不合理的建筑起重机械安拆造成的重大安全隐患。