从建设部659号文件看断裂力学在塔机中应用的必要性

为减少生产过程中的伤亡事故，国家各部委纷纷出台相关文件，前不久，建设部也为此发文（659号）要求塔式起重机工作15年后报废。保证安全是659号文件的初衷，但这一文件在体现对劳动者关心的同时，也表明其基础研究的不足。该决定仅是立足于材料力学疲劳寿命计算的理论，尚未考虑零构件的损伤和缺陷，无法反映起重机的真实准确状态。当前，我国大部分塔式起重机在15年左右仍具有良好的工作性能。塔式起重机的提前报废，给产权人造成巨大经济损失和浪费，不利于国家低碳经济的发展。

随着工业科技的进步，机械设备工作中零构件的脆断现象促进了断裂力学的研究和发展，并在航空航天、核工业、舰船等多个行业已经取得了实际有效的成果。若将该项成果延伸到起重运输机械方面，利用断裂力学的研究成果，对塔式起重机构件的实际缺陷状况、构件的材料性能以及构件应力进行定量计算，作出产品结构的完整性评估，得出的设备最低安全寿命将更符合设备的实际状态。该评估方法又被称为结构完整性评估方法。这种方法不仅可以保障设备的安全和经济运行状态，体现出我国塔式起重机行业的技术水平，又促进了国家低碳经济发展。

从建设部659号文件看断裂力学在塔机中应用的必要性

两种寿命评估方法的区别

传统方法  建设部659号文件中对塔式起重机工作寿命15年的规定，是基于国家安全生产指导原则、根据传统方法得出的结论。在安全寿命难以准确掌控的情况下，659号文件的规定是正确的，保障了生产安全。但在起重机设计规范中，已经包含了起重机设计寿命的有关参数，即寿命决定于起重机工作级别和载荷谱系数。所以，传统评估方法忽略了起重机零构件的实际损伤和缺陷。

结构完整性寿命评估方法  本文推荐的利用断裂力学的评估方法是在传统方法的基础上，增加了材料缺陷的影响，建立了裂纹缺陷对材料力学性能的影响之间的定量关系及评估方法，结果更接近于设备的实际状态。

结构完整性寿命评估的形势

必要性  由于起重机的工作特点，其因工伤亡的可能性较大，因此，起重机械对安全性的要求高于其他设备。国家为此专门设置了特种（起重）设备安全检验条例。结构完整性评估方法可以对起重机各个受力点的位置进行无损检测，计算剩余强度，为安全决策提供技术依据，对了解起重机实际安全状态和结构存在的隐患要远胜于其他方法。从安全的技术管理而言，结构完整性评估也是起重机安全检验工作的发展。

可行性  断裂力学已经在我国多个行业广泛应用，如在锅炉压力容器压力管道、航空航天、舰船、核工业及大锻件等行业已经取得满足成绩，积累了大量资料和经验。这些应用都是国家科委或者专业部门组织并逐渐发展起来的。如果将已经取得的成绩应用于起重机行业，可以少走弯路，快速取得成绩，可操作性极强。

新颖性  在我国，起重机械行业利用断裂力学进行结构完整性寿命评估至今尚未实行，积极发展这一技术是现代起重机行业重大的技术发展，提高了起重设备的经济运行效益和工作安全性。

实施方法  本文所提到的塔式起重机寿命，是以整机结构为对象的寿命。结构件在工作中承担全部载荷，且在起重机设计规范中，结构件的工作级别与整机工作级别相一致，起重机工作寿命评估主要就是对起重机的金属结构进行检测评估计算，因此结构件的寿命可以作为整机寿命进行评估。在塔式起重机整机报废过程中，除结构件的严重损伤外，其他部分的损伤都可以修理甚至更换，不涉及整机报废，而当结构件出现严重损伤时，整机则必须报废。

可观的效益和安全性

将断裂力学应用到塔式起重机甚至整个起重机行业，可以更准确地掌握设备的真实状况，进行科学的安排检修计划，保障设备的经济运行，降低成本，在保障设备工作效益的同时保障工作安全。同时，还可以为以安全而设置的报废寿命规定提供技术依据。

基于此，建议有关部门建立臂架、标准件等实验室，进行大量的测评工作，加快推进断裂力学在塔式起重机乃至整个起重机行业的应用和延伸。(作者系辽宁省安全科学研究院教授级高工 关长林)

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责任编辑：Daisy