起重机安全与节能标准体系的构建

时间：2024-07-28

胡静波吴祥生

南京市特种设备安全监督检验研究院南京 210017

0 引言

起重机是一种垂直或水平移动货物的机电设备，形式多样，在冶金、矿山、铁路、造船、交通运输、水利电力等行业应用广泛，是一种重要的生产设备。由于其具有一定的危险性，一旦发生事故会造成较大的人身伤害和经济损失，所以我国将其列入8类特种设备之一。

目前，我国已形成了以全国起重机械标准化技术委员会为中心的起重机行业标准化工作体系，现有起重机标准已基本涵盖起重机的全寿命周期，标准供给侧体系结构日趋完善，起到了支撑产业发展、促进科技进步、规范社会治理等基础性作用。由于受到传统经济体制的影响，我国起重机标准偏向于产品标准，占全部标准的一半以上，而方法标准和管理标准则相对较少。具体来说，在起重机安全领域存在的问题主要包括几点：1）标准内容偏重生产技术，忽视经济贸易需求；2）各环节各类标准之间重复交叉相互制约的情况时有发生；3）安全评价和报废标准存在空白；4）起重机智能控制方面标准缺失。在起重机节能领域，我国尚未建立起重机节能标准体系，尤其是在提升关键零部件效率、高效直驱技术、超级电容电极材料等节能技术方面，急需根据节能技术发展实际需要，及时启动标准制修订程序。

因此，有必要从安全与节能视角，构建一套适用于我国特种设备监管现状的标准体系，作为起重机相关工作的重要技术依据，同时也对特种设备安全技术规范做出重要支撑。

1 标准体系建设范围及原则

1.1 标准体系建设范围

起重机的形式多种多样，技术参数亦较复杂，如果全部纳入本标准体系建设范围比较困难。结合我国现行的《特种设备目录》和国家标准《起重机械分类》的相关要求，将本文所构建标准体系的范围规定为桥架型起重机、臂架型起重机、缆索型起重机、升降机和机械式停车设备，且主参数符合《特种设备目录》规定的设备，具体范围如图1所示。

图1 标准体系建设范围

1.2 标准体系建设原则

本文所述起重机安全与节能标准体系以起重机生命周期为主线，按照各类型起重机的共性和个性特征，以各标准内在联系为逻辑形成有机整体，并在标准体系实施过程充分考虑协调性、可操作性、先进性、突出重点等原则。

1）协调性原则起重机安全与节能标准体系中的所有标准必须与我国现行特种设备法律法规、安全技术规范相衔接，避免标准与法规政策相互脱节，同时应适应市场经济的要求与国外标准化发展趋势相接轨。

2）可操作性原则起重机安全与节能标准必须与一定时期内的经济发展水平和起重机设计、施工、使用水平相适应，应充分考虑标准在实施时经济上的可行性和技术上的可操作性。

3）先进性原则在拟制定标准研究中，要考虑超前性，兼顾其他行业的发展趋势，以适应新技术的发展及推广，对起重机产业的发展起到一定的指导作用。

4）突出重点原则标准体系的建立是一个不断完善、动态发展的过程，应在整体框架的基础上，根据需求的轻重缓急，分为近期、中期和远期不同的目标，逐步建立完备的标准体系。

2 标准体系建设内容

2.1 标准体系技术架构

从不同维度可对起重机安全与节能体系进行不同的划分，主要划分维度包括生命周期、功能结构特点分类、部件组成、使用环境、应用行业和事故伤害类型等，起重机安全与节能技术架构如图2、图3所示。

图2 起重机安全与节能技术架构1

图3 起重机安全与节能技术结构2

1）生命周期生命周期是起重机从设计、制造、安装、使用、维护、检验检测一直到评估报废的一系列相互联系的存在状态，生命周期各流程状态之间具有相互影响、相互关联关系。

2）功能结构特点分类按照起重机功能和结构特点的不同，将其分为桥架型起重机、臂架型起重机、缆索型起重机、升降机和机械式停车设备等5个类别。

3）部件组成部件组成是指组成起重机的各主要部分，包括金属结构、机械、电气、安全防护装置和主要部件等。

4）使用环境起重机的使用环境除普通环境外，还会存在高温、易燃易爆、强磁、洁净、绝缘等特殊使用环境，特殊使用环境下的起重机的安全性能有特殊要求。

5）应用行业起重机广泛应用于制造业、建筑业、交通运输、电力行业等国民经济不同领域，在不同行业使用的起重机安全和节能有其各自要求。按照应用行业的不同，主要可分为一般行业、冶金制造、造船、建筑施工、电力行业、港口码头等。

6）事故伤害类型根据《市场监管总局关于2021年全国特种设备安全状况的通告》，2021年全国共发生起重机事故数仅少于场（厂）内专用机动车辆，位列8类特种设备第2。可通过分析起重机发生事故的原因，找到目前安全技术要求方面的薄弱环节进行加强。常见的起重机事故伤害类型可分为重物坠落、结构失稳、结构破坏、挤压碰撞、人员坠落、触电、一般机械伤害等。

2.2 标准体系组成

起重机安全与节能标准体系结构包括基础标准、安全标准和节能标准等部分，体系结构如图4所示。

图4 起重机安全与节能标准体系结构

由图4可知，基础标准位于起重机安全与节能标准体系结构图的最底层，是整个标准体系的基础支撑。安全标准和节能标准以起重机生命周期维度为主线，是生命周期各环节在起重机安全与节能技术架构中功能结构特点分类、部件组成、使用环境、应用行业、伤害特征等各维度所组成平面的投影，同时在构建体系时还应当综合考虑在起重机领域应用新技术时安全与节能的相关要求。

起重机安全与节能标准体系框架由体系结构向下映射而成，包括基础标准、安全标准和节能标准3个子体系，起重机安全与节能标准体系框架如图5所示。

图5 起重机安全与节能标准体系框架

1）基础标准子体系主要包括术语分类、标识标志和基本参数3部分，如图6所示。

图6 基础标准子体系

基础标准规定了起重机行业所有相关方应当共同遵循的基础性要求，在从事起重机相关工作时应当采用的技术交流语言的基本要求。通过该类标准的规定，可界定设备是否属于起重机范畴，起重机具体所属品种，判定设备基础参数是否符合起重机领域的技术要求等。我国目前起重机基础标准基本完善，但也存在一些问题，一是升降机、电气设备和智能控制等方面尚未制定相关术语标准；二是《起重机术语》系列标准依据国际标准ISO 4306系列标准制定的总则、流动式起重机、塔式起重机、臂架起重机、桥式和门式起重机共5部分标准，与我国原有自主制定的GB/T 6974.8—1986～GB/T 6974.19—1986存在不协调问题，且该部分标准制定于20世纪80年代，标龄较长；三是基本参数标准中尚缺少关于机械式停车设备和升降机基本参数的相关内容。

2）安全标准子体系主要包括通用共性、设计、制造、安装、检查维护、使用、检验、安全评估与报废等部分，如图7所示。

图7 安全标准子体系

以安全标准子体系的设计标准为例，这类标准是指起重机设计阶段应当遵循的安全技术要求，包括起重机设计规范、各类起重机特有设计要求、各部件组成设计要求等。具体来说，包括了综合规范、轨道公差、稳定性、载荷组合、机构设计、重要部件设计、金属结构、机械设计、抗震设计、防风设计、电气设计等11个三级子体系，如图8所示。

图8 设计标准子体系

目前，我国现行起重机设计方面的国家标准除GB/T 3811－2008《起重机设计规范》、GB/T 13752—2017《塔式起重机设计规范》外，其余均为等同或修改采用的国际标准。转化的国际标准主要包括车轮及大车和小车轨道公差、载荷与载荷组合、对机构的要求、金属结构能力验证、结构刚性、机械设计计算等。现行设计标准为提高我国起重机的设计技术水平，推动技术进步，促进行业发展，发挥了巨大作用。然而，设计标准方面也存在问题：一是随着技术发展以及国际标准更新，GB/T 3811—2008《起重机设计规范》等综合性设计标准也需要进行修订，尤其是需要增加特殊环境，如洁净环境、易燃易爆环境等特殊场合的设计要求；二是在机械设计计算方面，我国通过转化国际标准制定了关于钢丝绳、卷筒、滑轮、吊钩的有关标准，但关于电动机、制动器等重要机械部件的设计计算标准还处于空白，需要在这方面增加标准规定；三是目前尚缺少起重机特有的特定需求的设计计算规定，如起重机抗风防滑设计、电气设备计算选用等方面的规定。

分别对安全标准的8个子体系进行细分，划分为44个三级子体系，如图9所示。

图9 安全标准子体系框架

3）节能标准子体系主要包括通用共性、节能设计、绿色制造、节能运行和能效测试等5个部分，如图10所示。

图10 节能标准子体系

起重机领域节能标准起步较晚，近年来陆续编制发布了电力驱动起升机构、电力驱动运行机构、冶金起重机、电动葫芦、工业制动器、电动机共2项整机和6项零部件的能效测试方法标准，以及电动葫芦、工业制动器、起重机械用制动电动机共3项能效限额标准。这些标准的制定为我国今后的起重机节能工作奠定了基础，但这些标准仍集中在通用共性和能效测试环节。随着国家“双碳”战略目标的实施，对起重机行业节能提出了新的要求，目前起重机领域节能设计、绿色制造和节能运行环节的标准仍处于空白，需要重点进行研究。