本发明属于起重机特种设备安全评估方法领域，具体涉及一种桥式起重机安全评估方法。
背景技术：
起重机械是我国《特种设备安全法》规定的八大类特种设备之一，被广泛应用于物流运输、制造、建筑等行业中，从普通物件的搬运，到大型设备的吊装，起重机械已经成为制约整个工程的进度和安全的关键因素。虽然起重机械和其它特种设备相比危险性不算大，但由于各种原因，起重机械导致的事故率近几年一直居高不下，其安全事故发生导致人员伤亡的绝对数字一直高居八大类特种设备之首，而起重机械的安全运行对确保人们的生命财产安全具有重要作用。
随着近几十年的发展，我国起重机行业已经形成了一定规模，目前在用的起重机近200万台，随着使用环境的影响及使用频率的增加，大批老龄甚至超龄服役的起重机数量呈逐年增长之势，很容易导致起重机工作时处于不安全状态而形成极大的安全隐患。同时，因为人为因素、起重机电气设备故障、安全保护装置故障等其他原因造成重大事故的案例也屡见不鲜。安全评估是以达到系统安全为目的，按照一定的科学程序和方法，对系统中的危险因素、发生事故的可能性及损失和伤亡程度进行研究与分析，从而评估系统总体的安全性，为制定预防和防护措施提供科学依据。而现有的一些评估方法主要是对起升机构钢丝绳的寿命或是起重机受力结构进行评估，并没有一套适用于起重机整个系统的安全评估方法。因此，针对桥式起重机建立一套行之有效的安全评估方法，对实现起重机整个系统安全性提供了技术支持。通过对起重机的安全评估，特种设备检测院和国家其它管理部门可以知道起重机安全评估的结果，了解起重机安全状况，对地区性起重机的隐患有一个全面的了解，据此进行宏观管理，提高了起重机使用的安全水平。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有的起重机评估方法匮乏的现状，建立一套针对桥式起重机体整机系统的安全评估方法。
本发明包括下述步骤：
步骤1：桥式起重机系统进行模块划分。
将桥式起重机整机分解成电气与控制系统风险源、主要零部件风险源、安全保护装置风险源和金属结构风险源。电气与控制系统风险源包括电源切断、总断路器、动力电源接触器，紧急停止开关、电动机的保护、线路保护、错相和缺相保护、零位保护、失压保护、电动机定子异常失电保护、超速保护、接地与防雷、绝缘电阻、照明与信号和安全电压。主要零部件风险源包括吊钩、钢丝绳、卷筒、滑轮、车轮、减速器、开式齿轮和联轴器。安全保护装置风险源包括制动器、起升高度限位器、运行行程限位器、防碰撞装置、缓冲器及端部止挡、起重量限制器、抗风防滑装置、防倾翻安全钩、连锁保护、导电滑触线的安全防护、报警和防护罩。金属结构风险源包括下挠变形、工字钢变形、上拱度变形、裂纹、磨损和腐蚀。
步骤2：严重程度等级划分，并给各风险源赋值gi，i＝1，2，···为各风险源对应的序号。
严重程度划分为5个等级：1级表示带来的人员伤亡、经济损失、环境危害、社会影响特别重大；2级表示带来的人员伤亡、经济损失、环境危害、社会影响严重；3级表示带来的人员伤亡、经济损失、环境危害、社会影响较重；4级表示带来的人员伤亡、经济损失、环境危害、社会影响一般；5级表示带来的人员伤亡、经济损失、环境危害、社会影响非常小。
电气与控制系统风险源中，电源切断等级为3级、总断路器等级为3级、动力电源接触器等级为3级、紧急停止开关等级1级、电动机的保护等级为5级、线路保护等级4级、错相和缺相保护等级4级、零位保护等级为3级、失压保护等级为4级、电动机定子异常失电保护等级为3级、超速保护等级为4级、接地与防雷等级为4级、绝缘电阻等级为4级、照明与信号、安全电压等级为5级。主要零部件风险源中，吊钩等级为2级、钢丝绳等级为2级、卷筒等级为4级、滑轮等级为4级、车轮等级为4级、减速器等级4级、开式齿轮等级为4级、联轴器等级为4级。安全保护装置风险源中，制动器等级为2级、起升高度限位器等级为1级、运行行程限位器级为4级、防碰撞装置等级为4级、缓冲器及端部止挡等级为4级、起重机限制器等级为3级、抗风防滑装置等级为4级、防倾翻安全钩等级为4级、联锁保护等级为4级、导电滑触线的安全防护等级为5级、报警装置等级为5级、防护罩等级为4级。金属结构风险源中，下挠变形等级为2级、工字钢变形等级为3级、上拱度变形等级为2级、裂纹等级为2级、磨损等级为3级、腐蚀等级为3级。
严重程度等级越高，赋予的分值就越大，则说明事故导致的后果越严重。每个严重程度等级对应一个分值。1级赋予分值为1，2级赋予分值0.875，3级赋予分值0.625，4级赋予分值0.375，5级赋予分值0.125。
步骤3：根据起重机各风险源发生故障事件可能性的大小，将发生的概率分为5个等级：1级对应可能性极大；2级对应可能性较大；3级对应可能性一般；4级对应可能性较小；5级对应可能性非常小。每个等级对应一个分值区间：1级，分值区间(0.875，1]；2级，分值区间(0.625，0.875]；
3级，分值区间(0.375，0.625]；4级，分值区间(0.125，0.375]；5级，分值区间(0，0.125]。根据现场对风险源检测的数据，确定其概率等级及发生概率数值。
步骤4：规则库里的环境介入时，当有一个或是多个环境因素作用于某一个风险源，且该风险源的概率ri≤0.75时，此时起重机故障发生的概率ri将重新赋值ri’，即该风险源的发生概率在最开始确定的发生概率基础上增加0.25。
规则库包括四类环境影响因素，各风险源受四类环境影响因素的影响如下：
(1)受高温影响的风险源：电动机的保护、线路保护、绝缘电阻、缓冲器及端部止挡；(2)受潮湿影响的风险源：绝缘电阻、钢丝绳、缓冲器及端部止挡、金属结构腐蚀；(3)受高腐蚀性影响的风险源：线路保护、接地与防雷、绝缘电阻、钢丝绳、制动器、缓冲器及端部止挡、金属结构腐蚀；(4)受粉尘影响的风险源：动力电源接触器。
步骤5：风险源之间的相互耦合情况
桥式起重机的风险源是按照起重机各部分的功能机构单独来划分的，但实际上桥式起重机系统内部各因素相互关联、相互影响，不能对各风险源单独分析，而应该从桥式起重机系统的整体功能出发，研究各风险源之间的耦合情况。
1)不同风险源之间的耦合情况：当风险源A1的概率R达到0.875时，由于A1的危险增强而影响到风险源A2的概率，那么这时概率将自动变换赋值为：
RA22＝RA21e(R-0.875) (1)
RA21为初始概率，RA22为耦合影响之后的新概率。
2)耦合因素：当风险源卷筒出现破损，钢丝绳容易出现毛刺；当风险源滑轮出现破损，钢丝绳容易出现毛刺；当风险源车轮椭圆度增大，会导致载荷系数增加，从而使钢丝绳更易报废，主梁更易变形。
步骤6：用y表示系统事故产生的风险度，采用式(2)计算如下：
其中，gi表示风险源i产生的严重后果，ri表示风险源i发生的概率。
步骤7：根据(1-y)*100得到一个0到100之间的数值，这个数值表示系统综合安全状况得分d：
d＝(1-y)·100 (3)
步骤8：根据综合安全状况得分d再进行综合安全状况等级判定。
安全状况分为5个等级：1级，分值区间(80≤D≤100)，安全评估结论：对评估指出的风险需要加强监护使用；2级，分值区间(60≤D＜80)，安全评估结论：需要采取安全措施消除或降低风险；3级，分值区间(40≤D＜60)，安全评估结论：应当采取安全措施消除风险；4级，分值区间(20≤D＜40)，建议立即停用，采取安全措施消除风险后方可使用；5级，分值区间(0≤D＜20)，应立即停用，消除风险，必要时进行大修或改造，对需要修复后方可运行而不能修复的，建议报废或降级使用。
与现有的评估方法相比，本发明的有益效果在于：
本发明根据起重机的结构组成部分及重点检测项目，将其分解成四个评估模块，对每一个模块或起重机整机进行评估。依据所得的评估结果，可知每个模块的安全状况等级并相应给出安全评估结论，起重机使用单位结合安全评估结论对起重机进行维护修理。本发明不但对起重机的监管单位起到了技术指导作用，更对起重机的使用单位提供了有利可靠的安全保障措施。
附图说明
图1为桥式起重机模块划分结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种桥式起重机安全评估方法，具体如下：
步骤1：如图1所示，桥式起重机系统进行模块划分。
将桥式起重机整机A分解成四个风险源模块：电气与控制系统风险源B1、主要零部件风险源B2、安全保护装置风险源B3、金属结构风险源B4。电气与控制系统风险源B1包括：电源切断B1-1、总断路器B1-2、动力电源接触器B1-3，紧急停止开关B1-4、电动机的保护B1-5、线路保护B1-6、错相和缺相保护B1-7、零位保护B1-8、失压保护B1-9、电动机定子异常失电保护B1-10、超速保护B1-11、接地与防雷B1-12、绝缘电阻B1-13、照明与信号B1-14和安全电压B1-15。主要零部件风险源B2包括：吊钩B2-1、钢丝绳B2-2、卷筒B2-3、滑轮B2-4、车轮B2-5、减速器B2-6、开式齿轮B2-7和联轴器B2-8。安全保护装置风险源B3包括：制动器B3-1、起升高度限位器B3-2、运行行程限位器B3-3、防碰撞装置B3-4、缓冲器及端部止挡B3-5、起重量限制器B3-6、抗风防滑装置B3-7、防倾翻安全钩B3-8、连锁保护B3-9、导电滑触线的安全防护B3-10、报警B3-11和防护罩B3-12。金属结构风险源B4包括：下挠变形B4-1、工字钢变形B4-2、上拱度变形B4-3、裂纹B4-4、磨损B4-5和腐蚀B4-6。
步骤2：严重程度等级划分，并给予赋值gi。
后果严重程度是指起重机一旦出现故障导致事故的后果严重程度。严重程度划分为5个等级：1级对应特别重大，表示带来的人员伤亡、经济损失、环境危害、社会影响等后果严重程度特别重大；2级对应严重，表示带来的人员伤亡、经济损失、环境危害、社会影响等后果严重程度严重；3级对应较重，表示带来的人员伤亡、经济损失、环境危害、社会影响等后果严重程度较重；4级对应一般，表示带来的人员伤亡、经济损失、环境危害、社会影响等后果严重程度一般；5级对应非常小，表示带来的人员伤亡、经济损失、环境危害、社会影响等后果严重程度非常小。
严重程度等级是由专家经过长期对起重机检测数据进行整理分析得出。电气与控制系统风险源B1中，电源切断B1-1等级为3级、总断路器B1-2等级为3级、动力电源接触器B1-3等级为3级、紧急停止开关B1-4等级1级、电动机的保护B1-5等级为5级、线路保护B1-6等级4级、错相和缺相保护B1-7等级4级、零位保护B1-8等级为3级、失压保护B1-9等级为4级、电动机定子异常失电保护B1-10等级为3级、超速保护B1-11等级为4级、接地与防雷B1-12等级为4级、绝缘电阻B1-13等级为4级、照明与信号B1-14、安全电压B1-15等级为5级。主要零部件风险源B2中，吊钩B2-1等级为2级、钢丝绳B2-2等级为2级、卷筒B2-3等级为4级、滑轮B2-4等级为4级、车轮B2-5等级为4级、减速器B2-6等级4级、开式齿轮B2-7等级为4级、联轴器B2-8等级为4级。安全保护装置风险源B3中，制动器B3-1等级为2级、起升高度限位器B3-2等级为1级、运行行程限位器B3-3等级为4级、防碰撞装置B3-4等级为4级、缓冲器及端部止挡B3-5等级为4级、起重机限制器B3-6等级为3级、抗风防滑装置B3-7等级为4级、防倾翻安全钩B3-8等级为4级、联锁保护B3-9等级为4级、导电滑触线的安全防护B3-10等级为5级、报警装置B3-11等级为5级、防护罩B3-12等级为4级。金属结构风险源B4中，下挠变形B4-1等级为2级、工字钢变形B4-2等级为3级、上拱度变形B4-3等级为2级、裂纹B4-4等级为2级、磨损B4-5等级为3级、腐蚀B4-6等级为3级。
严重程度等级越高，赋予的分值就越大，则说明事故导致的后果越严重。每个严重程度等级对应一个分值。1级赋予分值为1，2级赋予分值0.875，3级赋予分值0.625，4级赋予分值0.375，5级赋予分值0.125。
步骤3：检测数据，现场评判，给出概率等级，并给予赋值ri，i＝1，2，···为各风险源对应的序号。
根据起重机各风险源发生故障事件可能性的大小，将发生的概率分为5个等级：1级对应可能性极大；2级对应可能性较大；3级对应可能性一般；4级对应可能性较小；5级对应可能性非常小。每个等级对应一个分值区间：1级，分值区间(0.875，1]；2级，分值区间(0.625，0.875]；3级，分值区间(0.375，0.625]；4级，分值区间(0.125，0.375]；5级，分值区间(0，0.125]。检测人员根据现场对风险源检测的数据，按其故障发生的可能性大小，确定其概率等级及发生概率数值。
步骤4：规则库介入，由规则库重新给予危险概率赋值ri’。
规则库是起重机作业时在某一些环境影响因素作用下产生的影响。当规则库介入时，环境影响因素可能会影响起重机某些结构或零部件故障发生的概率，此时起重机故障发生的概率ri将重新赋值ri’。
规则库包括四类环境影响因素，各风险源受四类环境影响因素的影响如下：
(1)受高温影响的风险源：电动机的保护、线路保护、绝缘电阻、缓冲器及端部止挡；(2)受潮湿影响的风险源：绝缘电阻、钢丝绳、缓冲器及端部止挡、金属结构腐蚀；(3)受高腐蚀性影响的风险源：线路保护、接地与防雷、绝缘电阻、钢丝绳、制动器、缓冲器及端部止挡、金属结构腐蚀；(4)受粉尘影响的风险源：动力电源接触器。
当规则库里的环境介入时，当有一个或是多个环境因素作用于某一个风险源，且该风险源的概率ri≤0.75时，该风险源的发生概率在最开始确定的发生概率基础上增加0.25。
步骤5：风险源之间的相互耦合情况
桥式起重机的风险源是按照起重机各部分的功能机构单独来划分的，但实际上桥式起重机系统内部各因素相互关联、相互影响，不能对各风险源单独分析，而应该从桥式起重机系统的整体功能出发，研究各风险源之间的耦合情况。
1)不同风险源之间的耦合情况：当风险源A1的概率R达到0.875时，由于A1的危险增强而影响到风险源A2的概率，那么这时概率将自动变换赋值为：
RA22＝RA21e(R-0.875) (1)
RA21为初始概率，RA22为耦合影响之后的新概率。
2)耦合因素：当风险源卷筒出现破损，钢丝绳容易出现毛刺；当风险源滑轮出现破损，钢丝绳容易出现毛刺；当风险源车轮椭圆度增大，会导致载荷系数增加，从而使钢丝绳更易报废，主梁更易变形。
步骤6：根据公式得到一个风险度y。
起重机安全评估是对起重机系统进行评估，其中起重机风险度由起重机发生故障事件产生的后果严重程度和发生的概率决定。后果严重程度是起重机可能发生事故造成的人员伤亡、经济损失、环境危害、社会影响等后果的严重程度。发生的概率是起重机出现危险导致事故的概率。
安全的对立是风险，我们用y表示系统事故产生的风险度，采用式(2)计算如下：
其中，gi表示风险源i产生的严重后果，ri表示风险源i发生的概率。对于桥式起重机的安全评估，如果风险度y越大，则说明这台起重机所处的风险等级越高，安全性越低，安全可使用期越短，由起重机本体引起的事故就有可能带来较大的人员伤亡、经济损失、环境危害等严重后果；反之，如果风险度y越小，则说明起重机所处风险等级越低，安全性越高，安全使用期越长。
步骤7：根据(1-y)*100得到一个0到100之间的数值，这个数值表示系统综合安全状况得分d：
d＝(1-y)·100 (3)
步骤8：根据综合安全状况得分d再进行综合安全状况等级判定。将此数值对应某一个区间分数范围，进行综合安全状况等级判定，并给予相应的安全评估结论，此评估结论将对起重机是否需要维护修理起到一定指导作用。
安全状况分为5个等级：1级，分值区间(80≤D≤100)，安全评估结论：对评估指出的风险需要加强监护使用；2级，分值区间(60≤D＜80)，安全评估结论：需要采取安全措施消除或降低风险；3级，分值区间(40≤D＜60)，安全评估结论：应当尽快采取安全措施消除风险；4级，分值区间(20≤D＜40)，建议立即停用，采取安全措施消除风险后方可使用；5级，分值区间(0≤D＜20)，应立即停用，消除风险，必要时进行大修或改造，对需要修复后方可运行而不能修复的，建议报废或降级使用。
对风险源的检测工具为起重机专用检测仪器，包括：起重机综合性能检测仪、卷尺、塞尺、数字式万用表、激光测距仪、全站仪、测厚仪、兆欧表、声级计和探伤仪等。
此评估方法既可以对上述起重机所有模块组成的整机进行综合评估，也可对单个模块评估。对某一台桥式起重机某一个模块进行评估如下：
对起重机四个模块中的某一模块进行现场检测，统计每一项风险源的概率等级和数值大小，根据起重机所在的环境，结合规则库中环境因素对某些风险源的影响以及风险源之间的耦合情况，确定最终的概率大小，然后将每一项风险源的严重程度与对应概率值代入公式(2)计算出风险度后，再将其代入公式(3)即可得出模块的综合安全状况分数及相应等级区间给定的评估结论，根据此评估结果对起重机采取相应的安全维护措施。例如：选取金属结构风险源B4：全站仪可测量变形量，钢直尺和游标卡尺可测裂纹、磨损和腐蚀大小。下挠变形B4-1严重程度等级为1级和赋予分值1，发生概率等级为5级和发生概率为0.120；工字钢变形B4-2严重程度等级为1级和赋予分值1、发生概率等级为5级和发生概率为0.095；上拱度变形B4-3严重程度等级为1级和赋予分值为1、发生概率等级5级和发生概率值为0.105；裂纹B4-4严重程度等级为1级和赋予分值为1、发生概率等级为5级和发生概率值为0.075；磨损B4-5严重程度等级为2级和赋予分值0.875，发生概率等级5级和发生概率值为0.030；腐蚀B4-6严重程度等级为2级和赋予分值0.875，发生概率等级为5和发生概率值为0.080。将金属结构中的每一项风险源的严重程度赋予分值和发生概率值代入公式(2)得出风险度值y＝0.085，说明此金属结构安全性高，将此y值代入公式(3)得出d＝91.5，说明该金属结构正常，安全状况等级为1级，只需对金属结构进行加强监护。