物料提升机安全技术

第四章物料提升机安全技术 4.1物料提升机的类型、特点及安全要求 一、概述 物料提升机是一种在多层或高层建筑施工中采用卷扬机或曳引机为提升机构，以型钢导轨架支撑和导引吊笼运行，专门载运物料，禁止载运人员的垂直运输机械。为了适应和保证建筑施工安全作业，物料提升机从自诞生后长期作为施工企业可自制的简易机具设备发展成为完全意义上的建筑起重机械设备。2003年6月17日，国家质检总局依据国务院373号令颁布的《特种设备安全监察条例》将物料提升机纳入特种设备中的施工升降机实行制造许可证管理。在施工升降机的分类中，物料提升机属钢絲绳式（SS型）货用施工升降机。 2005年，国家质检总局和国家化管理委员会于6月8日发布《施工升降机》（BG/T10054-2005）参考《龙门架及井架物料提升机安全技术规范》（JGJ88-92）行业标准，对钢丝绳式货用施工升降机（即物料提升机）的各项安全技术要求作出了规定，并于2005年12月1日开始实施，2006年，由湖北省建设工程质量安全总站提出，湖北省质量技术监督局于8月30日发布《钢丝绳式货用施工升降机安全技术规范》地方标准，于2006年10月1日起开始实施，因此，我们湖北省各建筑工地安装使用的物料提升机应符合上述国家标准及地方标准规定的各项安全技术要求。 二、物料提升机的类型、特点 物料提升机的类型很多，按导轨架的结构特点可分为龙门架（双立柱）与井架（单柱）两种，常见的产品机型有双柱单笼，单柱单笼及单柱双笼三种；按提升机构的特点可分为卷扬机驱动（无对重）和曳引机驱动（有对重）两种；按导轨架架设的特点可分为自升式（有自升平台）和非自升式（无自升平台）两种。我们湖北省建筑施工现场常用的物料提升机产品综合上述不同特点形成了卷扬机驱动的自升式龙门架物料提升机和曳引机驱动的井架单笼物料提升机或双笼物料提升机两类三种机型（其构造参见图4.1-1） （一）卷扬机驱动的自升式龙门架物料提升机的特点 1、导轨架由组焊件标准节通过高强螺栓连接组装成双立柱，并以组焊件自升平台套装连接在两悬立的立柱顶部，形成稳定的门式结构（俗称龙门架）。由于结构部件均是焊接钢结构且两立柱位于吊笼两侧中心轴线上，可以全截面与建筑结构锚固连接；加上自升平台可自行上、下运行成为导轨架高处拆装作业平台，并限制了悬立的单柱任意摆动，因此适应高层建筑施工需要，具有快速、稳定、安全地跟随建筑结构的增高而自行增高，以及吊笼的提升高度较大的优点。最大架设高度的设计与实现主要受卷扬机驱动卷筒容绳量的限制，产品目前设计的最大架设高度可达120m。 2、提升机构是单筒卷扬机，简单经济，并可安装在物料提升机的基础底架上，适应狭窄的施工现场，消除了提升钢丝绳沿施工现场地面的运行段，并可选择免遭坠物打击，操作视野好，无水的地点安装电气操作控制柜，从而改变了传统的将卷扬机与基础底架相分离的安装方式，提高了物料提升机在建筑工地安全文明施工作业的水平。 3、提升钢絲绳是独立的单根，通过动滑轮以双绳提升吊笼，从而保证钢絲绳的安全系数不小于标准规定的8。但是驱动卷筒固有的强制性卷绕钢丝绳提升吊笼的方式，加上必须反复、多层卷绕，经过动滑轮增加180°的不断弯折，钢丝绳正常工作的工况恶劣，成为易损件，易断件，而且是单根悬挂吊笼，钢丝绳沿卷筒长度的工作位置不断变化，各层卷绕的直径不一样，传动平稳性不够好，因此： （1）额定提升速度受到安全运行要求的限制，国家标准规定不允许大于37.8m/min，且不允许配置对重，产品实际设计的额定提升速度，目前均小于30m/min且无对重； （2）断绳及因断绳导致的吊笼坠落成为最危险多发性工况，因此对断绳保护装置的性能及可靠度要求最高。产品目前对预防断绳后吊笼的坠落保护很重视，设有断绳防坠安全器，停靠防坠安全器，分别控制吊笼运行和停层两种工况；对于预防断绳的松绳或跳出卷筒、滑轮的保护重视不够，常见缺失或可靠度不够的现象，且多与防坠安全器可靠度不高相伴，应予完善。 （二）曳引机驱动的井架物料提升机的特点 1、提升机构，产品已普遍淘汰了卷扬机而采用了曳引机，以多根钢丝绳悬挂吊笼与对重，以钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力驱动吊笼与对重同时反向运行，因此： （1）额定提升速度较高，主要受结构稳定性及防坠安全器型式的限制，产品目前设计的额定提升速度普遍大于30m/min，小于37.8m/min，相应配置瞬时式防坠安全器。 （2）由于多绳悬挂吊笼与对重，单根松弛或断绳不易导致吊笼与对重坠落，因此钢丝绳在曳引轮绳槽内打滑，悬挂装置断裂以及由此导致的吊笼超速下降或坠落成为最危险工况。 （3）有对重平衡吊笼，省电能，降低使用成本。 （4）产品目前未采用变频调速，因此，起动或制动过程，特别是下降制动过程有明显冲击现象。 2、导轨架是单立柱式的井架结构（谷称井架），目前，在我省建筑工地常见的井架是由型钢标准杆件组成的完全螺栓连接结构，加工简单，其强度和刚度不如以组焊部件标准节组装而成的立柱，与附墙架的连接方式也通常不能贯穿立柱全截面，加上无自升平台，安装劳动强度大，危险性大，因此宜近距离附墙，架设高度不宜太高，产品目前设计的最大架设高度是80m左右。 （1）单柱单笼型产品，吊笼被井架包容，井架截面大，但登机立面不能贯穿斜撑杆件，必须在每层矩形立面四角采取加固措施。对重通常悬挂在井架外侧，避开吊笼的进出通道。 （2）单柱双笼型产品，两吊笼悬挂在井架两外侧，井架截面减小，对重通常悬挂在井架内，避开吊笼的进出通道。此种机型的井架若改成进组焊部件标准节组装的立柱，并使附墙杆贯穿立柱截面，将大大增强井架的稳定性和架设高度，这种改进产品过去与现在均有，只是成本会增加。 （3）单柱双笼，双笼各自独立运行，共用井架，提高了物料提升机生产能力和效率，节省了施工用地。 三、物料提升机与人货两用提升机的区别 近几年，曳引机驱动的物料提升机通过消化室内电梯技术和齿轮齿条式施工升降机技术，演变推出了允许载运人员和物料两用的钢丝绳式提升机，《施工升降机》（GB/T1005-2005）对这两种提升机应具有的安全性能规定了不同的要求。列表如下： 人货两用提升机在施工升降机分类中属钢丝绳式人货两用施工升降机（参见本教材第三章有关内容） 4.2物料提升机基础、附墙及主要部件 一、基础与附墙 物料提升机应安装在钢筋砼固定基础上，当安装高度超过产品设计的最大独立高度（即导轨架不需要任何辅助稳固措施可保证吊笼正常安全运作作业的安装高度）必须附墙。基础与附墙是保证物料提升机在拆装工况、工作工况及非工作工况始终保持稳定的基本条件，必须满足以下安全技术要求： 1、基础的制作与附墙必须依据物料提升制造厂家的随机技术资料提供的基础图及各项技术要求，结合施工现场实际情况编制专项施工，并严格按方案实施。 2、基础应有承受各种规定载荷而不倾翻的稳定性，因此必须有排水措施保证基础不因积水产生不均匀沉降。当发现基础有失稳隐患时，应及时采取稳固基础及导轨架的措施。 3、基础的砼强度不应低于c20，且在砼强度达到设计要求后才能安装使用。 4、导轨架的附墙必须保证导轨架的安装垂直度偏差值不大于安装高度的1.5%，而且附墙架的安装水平倾角不大于±8°。 5、附墙架的安装间隔距离和导轨架在附墙架以上的自由段高度均不得大于物料提升机安装使用说明书规定的最大设计值。 6、附墙架必须直接和建筑结构锚固连接。连接方式可参考图4.2-1所例举的实例（即JGJ88-92附录三附图3.2、附图3.3\及附图3.4三种）结合建筑结构实际情况选择或设计。 7、当导轨架首次安装因建筑结构施工尚不具备锚固连接条件时，可采用打地锚用缆风绳对导轨架进行临时稳固。地锚及缆风绳均应符合JGJ88-92行业标准，第七章第三节和第四节的各项规定。一旦建筑结构具备条件，应及时采用附墙架稳固导轨架。 8、附墙架的材质应与导轨架的材质相同，其杆件应按压杆设计，长细比不得大于150，并形成稳定结构。 二、主要部件及附属设备 物料提升机产品主要由基础底架与地面防护围栏、导轨架、天梁、吊笼、卷扬机或曳引机及电气操作控制柜等主要部件组成，并应有安装吊杆、随行电缆小车及坠落试验按钮盒等附属设备。 这些部件及附属设备应符合以下技术要求，其中所有承重的结构部件或杆件应采用经检测符合国家标准规定的各项质量指标，有材质证明书的Q235碳素结构钢制作。 1、导轨架标准节 （1）标准节是组成导轨架的标准部件，必须具有互换性，标准节截面内，两对角线长度的偏差不应大于最长边的3%，导轨接点截面相互错位形成的阶差不应大于1.5mm。 （2）标准节之间的连接螺栓，其直径不得小于12mm，强度等级不得小于8.8级，其长度应保证拧紧后，螺杆可露出螺母3个螺距。 （3）标准节各杆件若是螺栓连接，每一杆件的节点以及接头的一边，螺栓数不得少于2个。 2、天梁 天梁是安装在导轨架顶部的承重结构件，用于安装定滑轮，并通过钢丝绳悬挂吊笼或对重。因此，天梁应有足够的强度才能承受各种规定的载荷而不会永久变形，且挠度不应大于计算长度的1/700。当自升平台同时承担天梁的功能时，也必须满足这一要求。 3、底架与防护围栏 （1）底架是安装在导轨架底部及固定基础顶面的承重结构件，应能承受物料提升机作用其上的所有载荷，并能有效地将载荷传递到基础上。 （2）防护围栏是安装在基础四周，防止人员进入到吊笼、对重下方及驱动主机旁发生人员伤亡之事故或设备事故的设施，因此： a）围栏四周应是全封闭的，高度不小于１.5m。 b）围栏的登机门应有机械锁紧装置和电气安全开关，使吊笼只有位于底笼规定位置时，门才能开启，而在门开启后吊笼不能起动。 4、吊笼 吊笼是装载运输物料的笼形承重结构件，因此： （1）吊笼底板应防滑，能排水，其强度应能满足使用要求； （2）吊笼顶部应封板，其强度应能满足安装检修的使用要求，且在笼顶四周设有高度不小于1.1m的防护栏杆；笼内净高不应小于2m。 （3）吊笼两侧立面应全高封闭，应能防止物料伸出笼外； （4）吊笼门的高度不小于1.5m，开启后的门洞高度不小于1.8m，能有效防止物料伸出笼外和方便装卸工人的进出。 （5）吊笼门应有机械锁紧和电气安全开关，使门不能自动开启，一旦开启后吊笼停止运行不能起动。 5、卷筒、滑轮与曳引轮 卷筒与曳引轮是驱动主机上直接驱动钢丝绳运行的机械旋转部件；滑轮则是导引或改变钢丝绳运行方向的机械旋转部件，因此： （1）卷筒、滑轮与曳引轮均应装配良好，运转灵活，且有防止钢丝绳脱出的防护措施； （2）多层缠绕的卷筒应有排绳措施，且卷筒两端外缘与最外层钢丝绳之间的距离不应小于钢丝绳直径的2倍； （3）卷筒节径、曳引轮节径、滑轮直径与钢丝绳直径之比不应小于20； 6、电气操作控制柜 电气操作控制柜是物料提升机司机直接操作控制吊笼安全运行作业的电气设备，因此应具有： a）行程控制、报警显示；b）楼层自动停靠控制和楼层停靠显示；c）超载控制、报警显示；d）楼层联络信号；e）急停开关。 7、电缆小车 电缆小车是防止吊笼随行电缆因风力影响意外挂拉损坏，沿导轨运行导引电缆保持相对稳定位置的机械部件，因此应装配良好，运转灵活并有适当的重量牵直电缆和防止电缆脱出的措施。 8、安装吊杆 安装吊杆是用来拆装导轨架标准节的专用设备，通常安装在自升平台高空作业，因此： （1）安装吊杆钢丝绳直径不应小于6mm，安全系数不应小于8； （2）安装吊杆的额定起重量不应小于标准节自重的1.25倍；额定提升速度不宜大于10m/min； （3）应采用按钮开关操作，上升和下降按钮应互锁且是自动复位型；停止按钮开关则是非自动复位型，随时可切断总电源。 （4）安装吊杆应有回转锁定措施，可定位吊装标准节。 （5）安装吊杆应采用有自锁性能的蜗轮蜗杆减速器或保证标准节悬吊停止在任一高度不会因自重自行下滑的措施。 9、坠落试验按钮盒 坠落试验按钮盒是在安装使用过程对断绳防坠器的性能及有效性、可靠性进行吊笼模拟断绳坠落试验时专用的便携式操作按钮盒，应符合国家有关电气标准的规定和试验时的安全要求。 4.3物料提升机安全装置 一、断绳防坠安全器与停层防坠安全器 标准规定，物料提升机的每一个吊笼必须安装断绳防坠安全器与停层防坠安全器这两种断绳防护装置。前者是在吊笼提升钢丝绳松驰后或断绳时起作用，能够将装有额定载重量，以额定速度下降的吊笼制停；后者是在吊笼停层后，人员进入吊笼前起作用，能够使吊笼操作失效不能启动而且断绳也不会坠落。两者的制动装置在近几年的物料提升机产品中均采用了夹持导轨依靠纯机械自锁夹紧力制动的安全钳。 1、安全钳是关键的安全部件，必须符合以下安全技术要求； （1）必须经型式试验检验合格，取得有资质的检测机构出据的有效检测报告和样品合格证。安装使用的安全钳还应有出厂检验报告和质量合格证、安装使用说明书及标明使用有效期的产品铭牌。有效期应为两年。有效期结束后，应经有资质的检测机构重新检测和重新标定使用有效期、禁止超期安装使用。 （2）安全钳应能适应建筑施工的环境条件且便于在安装使用中维护和实施坠落试验。 （3）安全钳不应影响吊笼正常运行；动作后应制动可靠，不损坏结构，而且只要吊笼提起便能复位，不影响吊笼继续正常运行。 （4）安全钳对于额定速度大于37.8m/min的物料提升机，必须是非瞬时式的。 （5）安全钳的安装、检修均应由专业人员进行。 2、安全钳的制动元件有多种型式，常用的有双面偏心块式和双面楔块式（见图4.3-1） 偏心块或楔块均是钢件，与导轨的接触面加工有齿或花纹，以增加与导轨的摩擦力，偏心块或楔块只要与导轨接触便随着吊笼继续下降而自行夹紧，不需要任何其它的外力帮助将吊笼制停在导轨上。因此安全钳具有较好安全性能。由于双面楔块式安全钳对导轨的损伤较小，而且容易复位，因此得到广泛应用。 二、制动装置 物料提升机卷扬机或曳引机的制动装置在安装使用说书中一般未作为安全装置介绍，但仍是保证吊笼安全正常作业的重要装置。标准规定，禁止采用带式制动器，而且每个吊笼必须设置独立的提升机构和独立的制动装置并满足如下安全技术要求： 1、制动器应是摩擦型的，并经型式试验检验合格，有产品铭牌和出厂合格证。 2、在主电源断电或电控失压时均能自动运作。 3、制动器应能使装有1.25倍额定载重量，以额定提升速度运行的吊笼停止运动。 4、制动器的额定制动力距不应小于物料提升机额定力距的1.5倍。 三、超载保护装置 物料提升机应安装吊笼超载保护装置，并应符合如下安全技术要求： 1、超载保护装置应对吊笼内载荷，吊笼自重载荷、吊笼顶部载荷均有效。 2、当载荷达到额定载重量的90%时，应能发出警示信号；载荷达到额定载重量的110%前，应能使吊笼无法启动。 四、限位装置 物料提升机安装时必须设置吊笼运行的上、下行程限位开关，防止吊笼超出最大工作位置或最小工作位置发生“冲顶”或墩底事故，并符合以下安全要求： 1、上限位开关应采用非自动复位型，动作后应切断总电源中止吊笼运行；其安装位置应保证吊笼在导轨架上部的越程安全距离不小于2m。 2、下限位开关可采用自动复位型，动作后可切断控制电源中止吊笼下行，其安装位置应保证吊笼在接触到底架缓冲器前完全止停。 3、上、下限位开关均禁止用于停层。 五、缓冲器 物料提升机的基础底架应安装吊笼及对重使用的缓冲器，防止吊笼及对重直接冲击底架并吸收或减轻冲击力。缓冲器不应被对重或装有1.25倍额定载荷的吊笼完全压缩，物料提升机的缓冲器常用弹簧型，禁止使用废旧轮胎、木方等物取代。 六、使用防护设施 物料提升机使用时必须有以下防护设施： 1、层站防护门（或栏杆）及联络装置 建筑物各层站均应有防护门或防护栏杆，保证吊笼停层后才能开启，且任何情况下不能向站外开启阻挡吊笼运行通道。对于双吊笼物料提升机，应有各自的登机防护门。 各层站还应有与物料提升机司机的联络装置，至少应能向司机发出本层站要求停靠或启动的清晰指令。 2、上料口防护棚 在物料提升机地面防护围栏登机口上方必须搭设防护棚，防止高处坠物伤人。其宽度应大于地面防护围栏宽度；长度至少大于3m，当物料提升机高度超过30m时应大于5m，其材料强度应能承受10Kpa的均匀静载荷，也可采用50mm厚木板架设或采用两层竹笆，是下竹笆间距应不小于600mm。 3、操作棚 （1）操作棚应满足安装电气操作控制柜、卷扬机等设备的安装操作维护的要求，并具有良好的操作视野和充足的照明，棚顶强度应不小于上料口防护棚的要求，并不得漏雨。 （2）操作棚内还应在明显位置挂有物料提升机的安全操作规程和维护保养规程。 4、地面钢丝绳防护措施 吊笼提升钢丝绳在地面部份应架起，使之不拖地面或被水浸泡。必须穿越道路时，应挖沟槽并加以保护措施，严禁在钢丝绳穿行区域内堆放物料。 4.8物料提升机常见事故分析 物料提升机事故是指物料提升机在拆、装作业及施工作业中发生的严重设备损坏和人身伤亡事件。这些事故是可以预防、杜绝或减少损害程度的。 一、设备事故分析 （一）常见事故及原因 1、提升钢丝绳断绳。原因：（1）钢丝绳已过度磨损、断絲或已锈蚀、弯折、压扁等，到达报废标准仍继续使用，在工作中被拉断；（2）钢丝绳在运行中脱出卷筒被迅速绞结拉断，或脱出滑轮被结构件严重挤压剪断或严重磨损后拉断，防脱出的措施缺失或失效是重要原因；（3）吊笼无超载保护，钢丝绳严重超载补拉断。 2、吊笼坠落损坏。原因：（1）提升钢丝绳断绳，防坠安全器失效；（2）提升钢丝绳未断绳，吊笼超速下降未停止。其中吊笼超速的原因：a）卷扬机断轴；b）钢丝绳在曳引轮绳槽内打滑，吊笼超载。其中吊笼超速下降未能制停的原因：a）无限速保护装置，b）制动器失灵。 3、吊笼“冲顶”，结构损坏，原因：（1）上限位开关失效，操作失误，（2）对重安装定位错误，使对重落底前，吊笼可以上行撞击导轨架顶部结构。 （二）处置措施 （1）必须在查清事故原因的基础上编制事故物料提升机的修复、改造方案，并严格按方案实施。对设计不合理的，应更改设计，实施改造；对已永久变形的承重结构件或杆件，以及已损坏的安全部件、螺栓连接件等应予以更换。事故物料提升机修复后必须经过严格的技术检测、试验和鉴定，达到出厂时的安全技术性能要求才能恢复使用。 （2）每次事故后应针对事故原因加强和完善对物料提升机安装使用的管理措施和检修，提高人员素质和管理水平。 二、人身伤亡事故分析 （一）常见事故及原因 1、坠落事故。原因：（1）无视“禁止载运人员”规定，利用吊笼上、下楼层，意外随吊笼坠落。（2）建筑物层站无防护门或防护栏杆，人员在吊笼未停靠稳定或启动时进出吊笼，意外从建筑物高处坠落。 2、挤压剪切事故。原因：（1）违章攀爬导轨架，被运动的吊笼或对重挤压或剪切；（2）在吊笼底部顶部或导轨架上检修调试，未采取安全防护措施，吊笼或对重意外启动运行被挤压或剪切。 3、落物打击事故。原因：（1）违章立体交叉作业，下方人员被上方作业面意外落物打击。（2）吊笼违章载物运行，物料伸出笼外或吊笼门失去封闭保护功能，物料意外从笼内洒落笼外打击地面人员。 4、触电事故。原因：（1）主电路电线电缆绝缘破坏，人体接触；（2）无漏电保护装置、无地线及避雷防护措施，人体造意外电击。（3）物料提升机在输电线路最小安全距离范围内，又未采取有效的防护措施而意外带电伤害人员。 （二）处置措施 （1）人身伤亡事故一旦发生，应立即启动应急救援予案，争分夺秒抢救伤员生命，并防止事故的继发。 （2）应查明事故原因，消除安全隐患，加强完善安全防护措施，强化人员安全意识，严格执行安装、操作及维修各项安全作业规程，并针对事故补充、完善安全操作规程。