中華產業機械設備協會

Chinese Industrial Machinery Association

固定式起重機桁架裂痕之危害及改善

   目 錄

壹、前言:

        固定式起重機為工業上常見的一種搬運機械,尤其常運用於製造、營造、國防、倉儲、電氣等多項產業中,幾乎已成為不可或缺的機具。固定式起重機的操作方便,吊升能力小則數百公斤,大到數百公噸不等,惟不論其吊升能力大小,如操作稍有不甚,皆可能造成人身安全危害或財務損失,故依照我國「職業安全衛生教育訓練規則」之規定,其操作人員皆需由訓練合格人員來擔任。除了人員的訓練之外,固定式起重機本體結構上之安全也至關重要,依照「職業安全衛生法」之規定,吊升荷重在3公噸以上之大型固定式起重機,屬危險性機械之一種,非經勞動檢查機構或中央主管機關指定之代行檢查機構(以下合稱檢查機構)檢查合格,不得使用,其意旨從源頭製造之管理,規定大型固定式起重機的製造或修改之廠商,必須經型式檢查合格,而製造完成後到現場安裝需經竣工檢查,以及變更或重新檢查及後續的每次定期檢查等,皆需由檢查機構確認為之。
固定式起重機種類繁多,依照CNS 5510大致可分為架空式起重機、伸臂起重機、橋型起重機、卸載機、纜索起重機、貨櫃起重機及單軌起重機(架空車),其中以架空式起重機(俗稱:天車)數量最多。由勞動部109年勞動檢查年報中可得知,全國目前列管之吊升荷重3公噸以上固定式起重機約為31,657座,而架空式起重機就約占28,558座,約佔了9成左右,如將中小型等起重機亦列入,則其數量更為可觀。固定式起重機所造成之危害,大多為人員操作疏失或管理不甚所造成之物體飛落或撞擊、人員墜落、感電或夾擠等,機械本體之損傷所造成之危害雖較少,惟101年高雄小港區某家鋼鐵公司亦曾發生吊升荷重20.2公噸雙軌架空式起重機桁架斷裂案例(如圖1),該起重機為82年11月製造,使用至斷裂時約近20年,在長期反覆使用下,產生金屬疲勞而發生事故,幸好斷裂之桁架非位於駕駛室側而未造成人員傷亡,但不免造成地面上機具財物損失。國內固定式起重機之使用年限普遍偏高,近年來檢查時發現桁架裂痕之現象越來越多,檢查機構檢查人員以及廠商之自動檢查人員對容易發生裂痕之處仍需多加注意及加強檢點,避免此類事故再次發生。

貳、 架空式起重機簡介

   架空式起重機一般由桁架、鞍座、吊運車及吊鉤組所組成,少數因特殊作業需求則另配置有駕駛室(如圖2),其中桁架及鞍座屬於承受荷重之主要結構部分,一般不允許有裂痕及顯著之腐蝕、變形等缺陷。

圖1 架空式起重機桁架斷裂 

圖2 架空式起重機之組成

桁架一般以鋼板、型鋼或角鋼等為材料,再以焊接、鉚接或螺栓依使用目的組合成各式形狀(如圖3),其中以箱型桁架數量較多。鞍座則大多由型鋼組成或鋼板焊接成箱型構造(如圖4)。桁架與鞍座之接合,則以桁架置於鞍座上方,再以焊接或螺栓固定最為常見。

箱型桁架 型鋼桁架 格子桁架

圖3 桁架之構成方式

由型鋼組成 由鋼板焊接組成 由鋼板焊接成箱形構造


圖4 鞍座之構成方式

參、 桁架常見裂痕位置及成因探討

     架空式起重機一般於進行起重吊掛作業時負載最大,依據「勞動部勞動及職業安全衛生研究所」之研究報告指出,其力量之傳遞為重物→鋼索(鍊條) →捲胴→小車及輪軸→桁架→鞍座→直行軌道→廠房梁柱,其中桁架中心及桁架與鞍座接合處為整個起重機中應力較大之地方(如圖5)。當起重機長時間處於反覆應力作用下,箱型桁架下翼板之焊道最常因應力而出現裂痕,進而從焊道口延伸至腹板焊道或母材並繼續向上延伸至上翼板而導致整個桁架斷裂(如圖6及圖7)

圖5 桁架中心及桁架與鞍座接合處應力分布圖

                                                      圖6桁架下翼板焊道裂痕並延伸至腹板母材

                                                                                     腹板焊道

                         下翼板焊道                                                                                     上翼板母材

圖7桁架下翼板焊道裂痕並延伸至腹板焊道及上翼板

另一個常見裂痕位置則為桁架與鞍座之接合處,不論其接合方式為焊接或螺栓,皆容易發生裂痕(如圖8),須特別注意。