履带起重机的设备完整性与预防性维修

2023-01-14雷家鑫张博闻

设备管理与维修 2022年12期

雷家鑫，刘锁，张博闻

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

0 引言

大型履带起重机有着高昂的运维成本，特别是在维护、保养和维修过程中，涉及到很多备品备件和准备工作，花费大量物资成本和人力成本。为减低该成本，提出一种预防性维修策略，基于设备完整性的角度，对履带起重机在工作过程中会产生的风险进行充分识别和系统管理，在故障发生前就识别风险和隐患，并针对故障采取相应的措施避免，在故障完全暴露之前就能够提前关闭。

1 履带式起重机风险管理

风险管理的主要目的是识别和评估风险：首先是对设备的功能和组成进行具体分析；其次采用行业内普遍应用的风险识别方法和评估工具，对设备进行风险识别与评估工作；最后根据设备特点和重要程度，有针对性地选择具体的技术方法进行专项风险评估[1]。

1.1 履带式起重机风险识别

为充分识别履带起重机的风险，需要了解其系统组成，并对实现各功能的系统进行分解，从而进行设备的故障分析，最终确定设备的危害和风险。为了解履带起重机的结构，需要对其各系统进行进一步分解，以识别构成系统的最小单元、组件为目标，主要采取“由上至下，由表及里”的原则：首先将系统分解为不同的部件或子系统，再将每个部件分解为不同的组件，从而得到了设备的具体结构。

目前对于设备故障分析，应用比较普遍的方法是以演绎分析为基本思想的故障树分析法（Fault Tree Analysis，FTA），是美国贝尔电报公司在1961 年提出的一种用在安全工程和可靠度工程领域的分析方法[2]。按照故障树分析步骤，以设备因各类故障而停止工作为顶事件，然后分解到不同的系统中，并依次向下分解，直至可直接影响顶事件的底层事件（系统边界）。

1.2 履带式起重机风险评估与影响分析

失效模式与影响分析（Failure Mode Effectiveness Analysis，FMEA）作为一种在各行业内广泛认可的风险评估方法，主要关注设备危害产生后如何降低人员受伤害的概率和所受伤害的严重程度，以及如何降低危害产生后的经济损失或消除设备因风险而产生的影响[3]。

首先确定失效模式各个评价指标的等级，评价指标包括严酷度（Seriously）、发生度（Occurrence）、可探测度（Detection）、风险优先数（RPN）[4]：①确定严酷度等级时，主要考虑设备风险可能导致的直接经济损失、维修成本、健康/安全/环保、可修性和停工故障损失；②对于发生度的评价，主要是根据设备从购置到使用至今的设备维修、保养与检修记录中的维修故障来确定，统计故障在使用时间内发生的次数，依据失效模式的概率值划分不同等级；③可探测度的等级则是根据系统分解得到的设备各个层次之间的关系，并结合设备实际使用情况分析得出。

确定了评价指标后，就可以确定所有失效模式的风险系数（Risk Priority Number，RPN）的值。RPN 值越大，说明其对应失效模式所产生的影响越大，失效模式优先级越高，越需要优先考虑。当RPN 值超过某一阈值时是不可接受的，需要制定相应的建议措施。

FMEA 对于结果的体现主要有危害性矩阵和风险分析报告，其中风险分析报告作为FMEA 全过程的分析和总结，可以将FMEA 过程详细地体现。

2 履带式起重机预防性维修策略

在识别了履带式起重机所有风险，并进行了评估后，就可以根据评估结果展开针对风险所引起故障的预防性策略的研究。研究过程中需要一定的数据支撑，可根据设备实际使用过程中所发生的故障进行统计，也可根据设备厂家提供的故障数据研究，进而根据不同故障的发生频率来指导预防性维修策略的制定。

2.1 预防性维修策略的制定

在预防性维修策略的制定时，首先明确通过预防性维修期望实现的目标，明确预防性维修的思路，再根据设备的实际故障分析、FMEA 分析和现有维修方法的分析，明确预防性维修所采取技术手段。采取预防性维修策略的目的主要有2 点：①降低设备故障发生概率及设备故障发生的危害，从而降低设备的运行成本，实现降本增效、本质安全；②通过预防性维修策略，强化设备的全生命周期的管理，进一步实现设备完整性管理。

围绕这两点可以明确预防性维修的总体思路和采取的技术手段：①围绕降本增效，主要考虑采取经济的维修管理办法，选择经济的维修方式；②围绕设备完整性管理，首先为落实完整性管理要素之一的风险管理要求，根据设备的特点，以提供设备可靠性为目的，制定科学的风险管理办法；③根据设备FMEA 分析的结果，可以将改进措施作为预防性维修的手段，主要针对危害性较高的故障，同时可能需要借助外部资源；④完善设备的检查、检测及维护手段，目前针对履带起重机的检查手段主要是设备每日使用前的日常检查、常规操作及定期检查；⑤建立合理的备件策略，实现降低库存积压，同时避免设备因缺少备件导致的停机，需要制定一个合理的备件策略。

2.2 预防性维修策略实施方案

实施方案主要根据设备的不同系统来划分，并综合考虑设备本身的特点和设备实际故障发生情况。以某台运转正常的履带式起重机为调研对象，针对各系统制定的预防性维修策略。

（1）液压系统。目前的检查手段就是日常检查，观察液压系统各类管线及接头、附件等是否存在漏油的现象。在此基础之上，在日常检查时增加对管线接头紧固的操作，并测试各高、低压附件的压力，确保设备不存在漏油的现象，避免设备在工作过程因接头松动产生的漏油。另外，建立合理的备件策略。

（2）电气系统。目前设备缺少定期的试验、测试操作，需要定期对设备进行空载试验，确保设备控制系统的正常，避免控制系统在工作过程中失效，产生安全事故。另外，建立合理的备件策略。

（3）吊臂系统。完善设备检查手段，对臂杆金属结构尽量能做到定期扒杆进行彻底的外观检查，定期请专业检测机构对金属结构进行无损检测等安全评估工作，确保金属结构的完好。另外，建立合理的备件策略。

（4）卷扬系统。首先在日常检查中需要考虑对起重臂、桅杆卷扬棘爪进行目视检查，这是卷扬安全操作的重要保障。定期对卷筒、滑轮、钢丝绳进行外观检查，判断其磨损情况，根据磨损情况决定是否需要更换或调整。定期进行防撞极限测试，确保卷扬达到限位后制动器能自动启动，使卷筒停止工作。

（5）回转系统。虽然目前回转系统没有发生故障，但由于设备年龄较大，可能存在老化等问题，需要进行更深层次的检查，主要是定期进行回转制动试验和回转锁定试验，确保制动器和锁定装置功能正常。

（6）动力系统。从动力系统的故障情况来看，目前主要的维修方式是更换备件。发动机的备件主要是各类管线、接头和相关附件，如柴油滤清器、排烟筒等。根据故障发生次数，各类管线漏油年均发生3～4 次，所以管线的备件按每季度提报；柴油滤清器、排烟筒可以通过焊接修复，确保此类备件有库存即可。

（7）运载系统。目前对于运载系统的检查手段是日常检查中的外观检查，在此基础上需要定期检查履带的松紧度，对松紧异常的情况进行适当调整，避免因履带的松紧不一加速履带连接销及螺栓的磨损。

（8）润滑系统。润滑系统的故障主要体现在管线、油罐及接头的漏油，故障发生的概率是年均3 次，所以对于管线及接头密封圈的备件可以按季度提报；罐体、油泵等备件确保有库存即可。还需加强检查情况，日常检查中需要观察各润滑点的润滑情况，观察润滑油罐中润滑油液位、油管线及接头是否漏油。

2.3 预防性维修策略的可行性分析

为说明预防性维修策略的可行性，需要将一个故障事件下的两种维修方式的维修成本和停机时间对比，从而体现预防性维修策略在降本增效中发挥的作用。设备的故障事件主要参考了故障树分析确定的故障和设备实际发生故障的统计、现有维修手段参考FEMA 分析中“已有控制措施”和设备使用中实际的维修情况。

通过两种维修方式的对比，主要体现在3 个方面：①FMEA分析和定期进行安全评估，实现对设备主体金属结构件故障的预防，避免了设备金属结构在工作中出现故障而导致群死群伤；②完善设备检查手段，有效减少设备故障的发生次数，也减少了设备的运行成本和停机时间；③建立合理的备件策略，根据部件的实际更换情况进行备件采购，避免设备故障后因缺少备件造成的停机，同时避免了盲目采购，实现降低库存积压、节省备件成本。

2.4 预防性维修策略在实际案例中的推演

为进一步说明预防性维修策略的优越性，根据实际调研的履带起重机的实际使用情况，针对3 个实际发生的故障案例，按通过理论推演的方法，详细描述预防性维修策略的理论实现过程。

（1）某设备在使用过程中发现部分履带支重轮严重磨损，个别支重轮的铜套碎裂并且无法修复，只能更换备件。通过检查设备发现，支重轮及铜套的磨损原因是履带支重轮黄油嘴损坏，支重轮润滑不足。日常检查记录中没有关于部件润滑情况的检查，也没有定期检查润滑系统的状态，最终导致支重轮损坏。这次故障更换了2 个支重轮，每个支重轮成本约1 万元，直接造成经济损失约2 万元，并造成了3 d 停机。根据预防性维修策略，若在日常检查时检查部件的润滑情况，并定期检查润滑系统的工作状态，则可以避免支重轮的严重磨损，从而减少损失。

（2）某设备在启动不久后发动机自动熄火，仪表台显示屏报6#节点故障。通过对设备故障分析发现，这一故障产生的直接原因是发动机排烟筒更换后方向装反，并且在日常检查中没有规定对发动机外观进行检查，导致设备启动后发动机排出的热气吹向发动机，较高的温度导致发动机部分电源线融化和6#节点直接烫坏，这一故障导致直接经济损失约2 万元，同时造成了2 d停机。根据预防性维修策略，若在日常检查中开盖检查发动机外观，可以在设备启动前就发现排烟筒方向错误，及时更改后就不会出现故障。

（3）两年时间内，履带连接销螺栓、履带挡销螺栓、支重轮固定轴承频繁断裂，该类故障两年来累计发生26 次，故障频率高达月均1 次，甚至存在刚换螺栓不到2 d 时再次断裂。经过分析发现，是履带的松紧程度发生变化，履带的松紧不一导致了各螺栓和连接销受力情况不同，紧的部位螺栓长时间磨损，带载行走时磨损更为严重，且没有定期调整履带松紧程度的操作，所以螺栓频繁断裂。虽然单个螺栓成本不高，但每次断裂后更换螺栓的数量都在8 个以上，加上断裂的次数较高，很可能存在因库存不足而导致的停机。根据预防性维修策略，定期检测履带的松紧情况，发现履带松紧不一时就及时调整，就能避免螺栓的磨损，从而避免频繁的断裂。

从以上3 个实例可以看出预防性维修策略的实施过程，清晰体现预防性维修策略的目的与意义，为实现设备完整性管理、降本增效打下良好基础。