起重作业故障树模型分析汇总.docx
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起重作业故障树模型分析汇总
9.1起重作业故障树分析
该工程起重设备存在于车间、仓库等主要生产、储存场所，在生产过程中起着举足轻重的作用，大量的原料、成品、半成品都要使用起重设备进行吊装，生产设备的检修与安装就更离不开起重设备。
据国家有关部门统计，冶金企业的起重设备所造成的伤害事故占各类伤害事故的30%左右，杜绝或减少起重伤害事故已是安全管理的一个重要课题。
现根据该工程中使用的主要起重设备的特点，结合同类行业事故案例，本报告现以起重作业伤人事故为例进行故障树分析。
起重伤害危险性最大的事故为起重设备在运行过程失稳倾翻事故，但从以往的事故统计来看，失稳倾翻事故发生的可能性较小，主要的起重伤害为吊运过程的伤人事故，本评价以起重机吊钩吊物坠落伤人事故为顶上事件，采用故障树进行重点分析。
9.1.1编制故障树
起重机吊钩吊物坠落伤人故障树图见图9.1、图9.1续图1、图9.1续图2及图9.1续图3。
图9.1起重作吊钩吊物坠落伤人故障树
9.1.2故障树定量分析
9.1.2.1伤害事故类别的概率计算
（1）A1概率计算
①求最小割集
按行列法进行运算得到：
所以，最小割集有24个，分别为：
K1=｛x1,x7｝K2=｛x2,x7｝K3=｛x3,x7｝K4=｛x4,x7｝
K5=｛x5,x7｝K6=｛x6,x7｝K7=｛x1,x8｝K8=｛x2,x8｝
K9=｛x3,x8｝K10=｛x4,x8｝K11=｛x5,x8｝K12=｛x6,x8｝
K13=｛x1,x9｝K14=｛x2,x9｝K15=｛x3,x9｝K16=｛x4,x9｝
K17=｛x5,x9｝K18=｛x6,x9｝K19=｛x1,x10｝K20=｛x2,x10｝
K21=｛x3,x10｝K22=｛x4,x10｝K23=｛x5,x10｝K24=｛x6,x10｝
②求A1概率（qA1）
A1=x1x7+x2x7+x3x7+x4x7+x5x7+x6x7+x1x8+x2x8+x3x8+x4x8+x5x8+x6x8+x1x9+x2x9+x3x9+x4x9+x5x9+x6x9+x1x10+x2x10+x3x10+x4x10+x5x10+x6x10
qA1≈1-（1-q1q7）（1-q2q7）（1-q3q7）（1-q4q7）（1-q5q7）（1-q6q7）（1-q1q8）（1-q2q8）（1-q3q8）（1-q4q8）（1-q5q8）（1-q6q8）（1-q1q9）（1-q2q9）（1-q3q9）（1-q4q9）（1-q5q9）（1-q6q9）（1-q1q10）（1-q2q10）（1-q3q10）（1-q4q10）（1-q5q10）
（1-q6q10）
将表9.1中数值代入得：
qA1≈1-（1-10-3×5×10-2）（1-10-2×5×10-2）（1-10-2×5×10-2）（1-10-3×5×10-2）（1-5×10-2×5×10-2）（1-10-3×5×10-2）（1-10-3×10-3）（1-10-2×10-3）（1-10-2×10-3）（1-10-3×10-3）（1-5×10-2×10-3）（1-10-3×10-3）（1-10-3×10-3）（1-10-2×10-3）（1-10-2×10-3）（1-10-3×10-3）（1-5×10-2×10-3）（1-10-3×10-3）（1-10-3×8×10-2）（1-10-2×8×10-2）（1-10-2×8×10-2）（1-10-3×8×10-2）（1-5×10-2×8×10-2）（1-10-3×8×10-2）=10-2
表9.1基本事件发生概率取值表
代号
基本事件名称
qi
1-qi
A1
吊钩、吊物下有人
x1
人在吊物下作业
10-3
0.999
x2
被迫通过
10-2
0.99
x3
视线不清
10-2
0.99
x4
司机操作失误
10-3
0.999
x5
非司机开车
5×10-2
0.95
x6
人在吊物下行走
10-3
0.999
x7
无人指挥
5×10-2
0.95
x8
疏忽大意
10-3
0.999
x9
看见未制止
10-3
0.999
x10
非挂钩工指挥
8×10-2
0.92
B3
吊钩失控
x11
电器（制动器）故障
2×10-4
0.9998
x12
吊荷接近额定值
2×10-1
0.8
x13
起吊速度过快
10-1
0.9
x14
起吊埋在地下的物体
10-2
0.99
x15
歪拉斜吊
5×10-2
0.95
x16
重量不明
5×10-2
0.95
x17
估计错误
10-2
0.99
x18
明知超重仍起吊
10-3
0.999
x19
过载保护器失灵
10-4
x20
机械故障（制动器）
10-3
0.999
x21
（控制器）电器故障
10-4
x22
（控制器）机械故障
5×10-3
0.995
P4
起重钢丝绳破断
x12～x19
见B3
x23
选用不合理
10-4
0.9999
x24
断股超标
10-4
0.9999
x25
钢丝绳质量差
10-5
0.99999
x26
磨损腐蚀超限
10-4
0.9999
x27
扭结硬伤
10-4
0.9999
x28
脱槽使用
5×10-4
0.9995
x29
非司机开车
5×10-2
0.95
x30
过度疲劳
10-3
0.999
x31
不懂操作技术
10-2
0.99
x32
麻痹大意
10-3
0.999
x33
未装限位器
5×10-2
0.95
x34
开车前未检查
5×10-3
0.995
x35
带病（开车）
5×10-2
0.95
x36
卷扬机械损坏
10-3
0.999
x37
卷扬电器装置损坏
10-4
0.9999
B5
吊具、吊索破断
x12～x19
见B2
x38
设计缺陷
10-4
0.9999
x39
吊物棱角缺口未垫好
10-4
0.9999
x40
使用变形磨损的吊具、吊索
10-5
0.99999
x41
索具选用不当
10-4
0.9999
x42
吊具选用不合理
10-4
0.9999
x43
钢丝绳有死结
10-4
0.9999
x44
吊具、吊索受热质变
10-4
0.9999
x45
捆绑方法不正确
10-3
0.999
x46
吊具、吊索腐蚀
10-4
0.9999
B6
吊物脱落
x47
吊物上有浮放物
10-3
0.999
x48
吊物晃动
10-2
0.99
x50
未困牢而起吊
10-3
0.999
x51
歪吊工件
10-3
0.999
x53
未设计吊装点
10-4
0.9999
x54
兜翻工件方法不正确
10-3
0.999
x55
吊物下降时被垫住
10-3
0.999
x56
没有防脱钩装置
10-3
0.999
x57
未按标量设计吊钩
10-4
0.9999
x58
制造质量差
10-4
0.9999
x59
补焊吊钩
10-3
0.999
x60
吊钩磨损超限
10-4
0.9999
x61
裂纹
10-4
0.9999
B7
平衡轮断裂
x62
材质差
10-4
0.9999
x63
滑轮轮缘坏
10-4
0.9999
x64
护罩不起作用
10-3
0.999
x65
振动
5×10-2
0.95
x66
轴质量差
10-4
0.9999
x67
卷筒固定绳夹断裂
10-6
1-10-6
注：
参见《事故树分析与应用》一书，机械工业出版社出版。
（2）B3概率计算
①求最小割集
故障树结构函数式：
B3=C3C4
=（x21+x22）[x11+x20+x19（x12x13+x14+x15+x16+x17+x18）]
=x11x21+x20x21+x22x11+x20x22+x12x13x19x21+x12x13x19x22+x14x19x21+x14x19x22+x15x19x21+x15x19x22+x16x19x21+x16x19x22+x17x19x21+x17x19x22+x18x19x21+x18x19x22
得到最小割集16个，分别为：
K1={x11,x21}K2={x20,x21}K3={x22,x11}K4={x20，x22}K5={x12,x13,x19,x21}K6={x12,x13,x19,x22}K7={x14,x19,x21}K8={x14,x19,x22}K9={x15,x19,x21}K10={x15,x19,x22}K11={x16,x19,x21}K12={x16,x19,x22}K13={x17,x19,x21}K14={x17,x19,x22}K15={x18，x19,x21}K16={x18，x19,x22}
②求B3概率
由结构函数式可得：
qB3≈1-（1-q11q21）（1-q20q21）（1-q22q11）（1-q20q22）（1-q12q13q19q21）（1-q12q13q19q22）（1-q14q19q21）（1-q14q19q22）（1-q15q19q21）（1-q15q19q22）（1-q16q19q21）（1-q16q19q22）（1-q17q19q21）（1-q17q19q22）（1-q18q19q21）（1-q18q19q22）
将表9.1中数值代入得qB3≈1.3×10-5。
（3）B4概率计算
①求最小割集
故障树结构函数式为：
B4=C5+C6+C7
=x19（x12x13+x14+x15+x16+x17+x18）+x23+x24+x25+x26+x27+x28+（x29+x30+x31+x32）[x33+（x34+x35）（x36+x37）]
=x19x12x13+x19x14+x19x15+x19x16+x19x17+x19x18+x23+x24+x25+x26+x27+x28+x29x33+x30x33+x31x33+x32x33+x29x34x36+x29x34x37+x29x35x36+x29x35x37+x30x34x36+x30x34x37+x30x35x36+x30x35x37+x31x34x36+x31x34x37+x31x35x36+x31x35x37+x32x34x36+x32x34x37+x32x35x36+x32x35x37
得到最小割集32个，分别为：
K1=｛x19，x12，x13｝；K2=｛x19，x14｝；K3=｛x19，x15｝；K4=｛x19，x16｝；K5=｛x19，x17｝；K6=｛x19，x18｝；K7=｛x23｝；K8=｛x24｝；K9=｛x25｝；K10=｛x26｝；K11=｛x27｝；K12=｛x28｝；K13=｛x29，x33｝；K14=｛x30，x33｝；K15=｛x31，x33｝；K16=｛x32，x33｝；K17=｛x29，x34，x36｝；K18=｛x29，x34，x37｝；K19=｛x29，x35，x36｝；K20=｛x29，x35，x37｝；K21=｛x30，x34，x36｝；K22=｛x30，x34，x37｝；K23=｛x30，x35，x36｝；K24=｛x30，x35，x37｝；K25=｛x31，x34，x36｝；K26=｛x31，x34，x37｝；K27=｛x31，x35，x36｝；K28=｛x31，x35，x37｝；K29=｛x32，x34，x36｝；K30=｛x32，x34，x37｝；K31=｛x32，x35，x36｝；K32=｛x32，x35，x37｝。
②求B4概率
按B4的结构函数式，近似计算概率。
将表9.1中数值代入得：
qB4=10-4×（2×10-1×10-1+10-2+10-3+5×10-2×10-2+10-3）+10-4+10-4+10-5+10-4+10-4+5×10-4+（5×10-2+10-3+10-2+10-3）[5×10-2+（5×10-2+5×10-3）（10-3+10-4）]
=4×10-3
（4）B5概率计算
①求最小割集
故障树结构函数式为：
B5=x19（x12x13+x14+x15+x16+x17+x18）+x38+x39+x40+x41+x42+x43+x44+x45+x46=x19x12x13+x19x14+x19x15+x19x16+x19x17+x19x18+x38+x39+x40+x41+x42+x43+x44+x45+x46
得到最小割集15个，分别为：
K1=｛x19，x12，x13｝；K2=｛x19，x14｝；K3=｛x19，x15｝；K4=｛x19，x16｝；K5=｛x19，x17｝；K6=｛x19，x18｝；K7=｛x38｝；K8=｛x39｝；K9=｛x40｝；K10=｛x41｝；K11=｛x42｝；K12=｛x43｝；K13=｛x44｝；K14=｛x45｝；K15=｛x46｝。
②求B5概率
按B5的结构函数式近似计算得：
qB5=q19（q12q13+q14+q15+q16+q17+q18）+q38+q39+q40+q41+q42+q43+q44+q45+q46
将表中数值代入得：
qB5=1.7×10-3。
（5）B6概率计算
①求最小割集
故障树的结构函数式为：
B6=C9+C10=C9+D3+D4+D5
=x47x48+x42+x50+x51+x45+x53+x56（x54+x55）+x57+x58+x59+x60+x61+x19x12x13+x19x14+x19x15+x19x16+x19x17+x19x18
得出最小割集19个，分别为：
K1=｛x19，x12，x13｝；K2=｛x19，x14｝；K3=｛x19，x15｝；K4=｛x19，x16｝；K5=｛x19，x17｝；K6=｛x19，x18｝；K7=｛x42｝；K8=｛x50｝；K9=｛x51｝；K10=｛x45｝；K11=｛x53｝；K12=｛x57｝；K13=｛x58｝；K14=｛x59｝；K15=｛x60｝；K16=｛x61｝；K17=｛x55，x56｝；K18=｛x54，x56｝；K19=｛x47，x48｝
②求B6概率
按结构函数式近似计算得：
qB6=q47q48+q42+q50+q51+q45+q53+q56（q54+q55）+q57+q58+q59+q60+q61+q19q12q13+q19q14+q19q15+q19q16+q19q17+q19q18
将表9.1中数值代入得：
qB6=4.6×10-3。
（6）B7概率计算
①求最小割集
按行列法进行运算。
得到最小割集4个，分别为：
K1={x66}；K2={x62}；K3={x63,x65}；K4={x64,x65}。
②求B7概率
故障树结构函数式为：
B7=x66+x62+x63x65+x64x65
qB7=1-（1-q66）（1-q62）（1-q63q65）（1-q64q65）
将表9.1中数值代入得：
qB7=2.5×10-4。
（7）起重机吊钩吊物坠落伤人事故概率计算
故障树结构函数式为：
T=A1（B3+B4+B5+B6+B7+x67）
g≈qA1[1-（1-qB3）（1-qB4）（1-qB5）（1-qB6）（1-qB7）（1-q67）]
=10-2[1-（1-1.3×10-5）（1-4×10-3）（1-1.7×10-3）（1-4.6×10-3）（1-2.5×10-4）（1-10-6）]
=10-4
9.1.2.2概率重要度分析
根据公式
得到：
=[1-（1-qB3）（1-qB4）（1-qB5）（1-qB6）（1-qB7）（1-q67）]代入数值得到Ig（A1）=10-2。
同理可得
Ig（B3）=9.899×10-3。
Ig（B4）=9.934×10-3。
Ig（B5）=9.91×10-3。
Ig（B6）=9.94×10-3。
Ig（B7）=9.897×10-3。
Ig（x67）=9.895×10-3。
9.1.2.3临界重要度分析
CIg（A1）=Ig（A1）qA1/g=10-2×10-2/10-4=1；
同理可得：
CIg（B3）=1.287×10-3；
CIg（B4）=3.974×10-1；
CIg（B5）=1.685×10-1；
CIg（B6）=4.572×10-1；
CIg（B7）=2.474×10-2；
CIg（67）=9.895×10-5。
因此，临界重要度顺序为：
CIg（A1）>CIg（B6）>CIg（B4）>CIg（B5）>CIg（B7）>CIg（B3）>CIg（67）。
9.1.3结果分析
（1）从故障树图9-1及其续图看，造成顶上事件的基本事件很多，有67个。
逻辑或门28个，逻辑与门13个，这说明此类事故易发生。
（2）顶上事件发生的概率为10-4。
中间事件：
吊钩、吊物下有人发生概率为10-2；吊钩失控发生概率1.3×10-5；起重钢丝绳破断发生概率为4×10-3；吊具、吊索破断发生概率为1.7×10-3；吊物脱落发生概率为4.6×10-3；平衡轮轴断裂发生概率为2.5×10-4；卷筒固定绳夹断发生概率为10-4。
从中间事件来看，A1发生概率最高。
A2下各中间事件发生概率顺序为B6>B4>B5>B7>B3>x67。
（3）从临界重要系数来看，吊钩、吊物下有人最重要，其次是吊物脱落，起重钢丝绳破断，吊具、吊索破断较重要。
从以上分析结果与实际情况基本相符。
从上诉分析可知控制吊钩、吊物坠落伤害事故应从最重要的中间事件着手，控制发生该中间事件中最重要的基本事件，才能有效地控制此类事故发生。
对吊钩、吊物坠落伤害事故，应首先抓住吊钩、吊物下有人这个最重要的中间事件。
其中又要重点抓住无人指挥、指挥者疏忽大意、看见未制止和非挂钩工指挥这四个基本事件。
应杜绝人在吊物下作业、吊物在人上方通过和人在吊物下行走，就可杜绝吊钩吊物下有人这一中间事件发生。
其次应抓住吊物脱落、其中钢丝绳破断、吊具吊索破断这三个较重要的中间事件。
控制这三个中间事件发生应重点抓造成其发生的最主要的基本事件。
即应控制选用吊具不合理、未捆绑好就起吊、歪吊工件、捆绑方法不对、吊物未涉及吊点等基本事件，就能有效地控制吊物脱落这一事件发生。
控制钢丝绳的选定、钢丝绳断股超标等基本事件就可以控制起重钢丝绳破断发生。
控制强度不够就可以减少吊具、吊索破断。
过载在三个中间事件中都有，因此要严格控制吊物超重这一事件。
根据以上分析，预防事故发生应从以下几点入手。
（1）行车司机必须经过专业训练和考试，考试不合格者不得上岗。
（2）对挂钩工（起重工）也要进行专业培训，使他们熟悉起吊工具的基本性能和各种吊具、索具的最大负荷、报废标准，熟悉掌握捆绑、吊挂要求和指挥信号，其他人员不得随意从事捆绑和挂钩工作。
（3）设备动力部门应定期进行大修、中修。
安全技术部门应定期进行安全检查，特别是对各安全附件安全装置的检查，不使设备带病运转。
（4）严格交接班制度，对重要部位更要认真交接和检查。
（5）要严格吊、索具的管理制度，并应实行周检。
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