唐艷同，沈國炎，余煥偉，梁玉成

（1.紹興市特種設(shè)備檢測院；2.紹興市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院；3.浙江新柴股份有限公司，浙江 紹興 312000）

智能化與自動化起重機是未來起重機發(fā)展的趨勢。相比傳統(tǒng)人工操作配料起重機，自動配料起重機可以代替人工操作，提高起重機的安全性、可靠性，降低操作人員的勞動強度，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性及生產(chǎn)效率。出廠具有自動控制系統(tǒng)的起重機從研發(fā)、設(shè)計、制造、安裝考慮了其以生產(chǎn)率為基礎(chǔ)嚴格按照程序周期運行的特點，而在用起重機加裝自動控制系統(tǒng)就要考慮該類起重機工作級別能否滿足自動化運行需求，如果不提前考慮相應(yīng)風險點會導致起重機壽命縮短、不滿足生產(chǎn)工藝、運行故障等問題。本文研究分析了起重機實施自動化改造之前宜對工作級別進行校核與確認，并給出了校核不符合時的建議與解決方法。

1 自動配料起重機概況

以某自動配料起重機為例，該起重機是為生產(chǎn)發(fā)動機缸體鑄件的中頻無芯感應(yīng)熔煉電爐自動配料系統(tǒng)中安裝的起重機，型號：QD10-22.5 A6，取物裝置為吊鉤，跨度22.5m，工作級別A6，原控制系統(tǒng)采用司機室操作與地面遙控操作，需要改造加裝自動運行模式與電磁吸盤吊具，該起重機基本情況如表1 所示。

表1 起重機基本情況

圖1 是該起重機自動化系統(tǒng)圖。起重機的自動控制系統(tǒng)主要由起重機PLC、主控PLC、地面上位機管理系統(tǒng)三大部分組成。驅(qū)動系統(tǒng)采用變頻調(diào)速并利用旋轉(zhuǎn)編碼器進行大車、小車、起升機構(gòu)位置采集。地面上位機管理系統(tǒng)根據(jù)用戶參數(shù)設(shè)置生成系統(tǒng)流程，并按流程產(chǎn)生控制指令，主控PLC 接受地面上位機控制指令，控制起重機PLC 執(zhí)行操作指令自動運行。自動配料流程如圖2 所示。

根據(jù)自動配料起重機基本運行參數(shù)、自動化系統(tǒng)圖、自動配料流程得出自動配料起重機的運行特點：（1）按照設(shè)定參數(shù)執(zhí)行固定程序，工作循環(huán)相對固定且比人工操作強度大。（2）生產(chǎn)率可以確定起重機使用等級。（3）工藝流程可以確定起重機載荷狀態(tài)級別。

圖1 自動化系統(tǒng)圖

圖2 自動配料流程圖

2 工作級別校核

對起重機進行自動化改造之前，筆者提出宜對起重機工作級別進行校核與確認，使起重機的工作性能與試驗條件滿足自動化生產(chǎn)的要求。與人工操作起重機不同，自動化起重機的運行是嚴格按照生產(chǎn)效率與上位機配料程序去執(zhí)行工作循環(huán)的。起重機的工作級別與機構(gòu)工作級別、結(jié)構(gòu)件的工作級別、整機靜態(tài)剛性、控制精度、主要零部件的安全系數(shù)、設(shè)計預(yù)期壽命等有著非常密切的聯(lián)系，起重機工作級別符合要求，才能滿足生產(chǎn)效率、安全系數(shù)與預(yù)期壽命的要求。

據(jù)GB/T 3811-2008 起重機整機的工作級別與使用等級和載荷級別有關(guān)，起重機的設(shè)計壽命、起重機全年工作循環(huán)確定起重機總工作循環(huán)數(shù)；自動配料的生產(chǎn)工藝流程確定各個有代表性的起重量的工作循環(huán)數(shù)，進而確定起重機的載荷譜系數(shù)與載荷級別。通過起重機的使用等級與載荷狀態(tài)級別最終確定該起重機工作級別能否滿足生產(chǎn)要求。

2.1 使用等級

起重機使用等級表明該起重機的工作忙閑程度，據(jù)起重機使用單位提供的起重機運行情況表，可以得出起重機總工作循環(huán)數(shù)CT。

表2 起重機的使用等級

2.2 載荷狀態(tài)級別

式中，Ci代表與起重機各個有代表性的起升載荷相應(yīng)的工作循環(huán)數(shù)；CT代表起重機總工作循環(huán)數(shù)；PQi代表能表征起重機在預(yù)期壽命內(nèi)工作任務(wù)的各個代表性的起升載荷；PQmax代表起重機額定起升載荷。

本起重機電磁吸盤自重3200kg，按照生產(chǎn)工藝流程，配A 種料一次吊運1100kg，每天配料84 次；配B 種料一次吊運1100kg，每天配料28 次。兩種料的配料循環(huán)數(shù)比為3:1，則起重機載荷譜系數(shù)。

表3 為起重機的載荷狀態(tài)級別及載荷譜系數(shù)表。

載荷譜系數(shù)，得出該起重機的載荷狀態(tài)級別為Q1，說明很少吊運額定載荷，經(jīng)常吊運較輕載荷。

綜合上所述，該起重機使用等級為U6，載荷狀態(tài)級別為Q1。據(jù)起重機整機工作級別分類如表4 所示，該起重機整機工作級別應(yīng)符合A5級別要求，其設(shè)計工作級別為A6，符合改造需求。

表3 起重機的載荷狀態(tài)級別及載荷譜系數(shù)

表4 起重機整機的工作級別

2.3 校核不符合處理

假設(shè)本起重機整機工作級別低于A5（如為A4），則其不適合按照現(xiàn)行的生產(chǎn)要求進行自動化升級改造。如果仍繼續(xù)改造，將會減少該起重機的使用壽命并增加故障率。為了既能滿足使用壽命，減少故障率，又要進行自動化改造，則要從使用等級與載荷狀態(tài)級別兩方面考慮。起重機工作級別的劃分是遵從“對角線”原則的，從表4 可以看出，在分類矩陣表中，從左下角到右上角的對角線上，工作級別是相同的；在對角線上，載荷譜系數(shù)Kp與起重機工作循環(huán)數(shù)CT的乘積也是相同的，說明起重機工作級別的分類原則是基于。該起重機屬于專用起重機，調(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù)將不能滿足生產(chǎn)品質(zhì)的要求，故只能從調(diào)整生產(chǎn)率的角度去改變。該起重機工作級別為A4 時，載荷狀態(tài)級別為Q1，則使用等級要降低為U5，即起重機總工作循環(huán)數(shù)CT滿足2.50×105＜CT≤5.00×105。據(jù)CT=設(shè)計工作年限×每年平均工作日數(shù)×每天平均工作循環(huán)，得：每年平均工作日數(shù)×每天平均工作循環(huán)=1.25×104~2.50×104。只有將起重機每年平均工作日數(shù)與每天平均工作循環(huán)數(shù)即生產(chǎn)率下降才能滿足該類起重機自動化生產(chǎn)的要求。

3 結(jié)語

隨著工業(yè)4.0 與中國制造2025 的發(fā)展規(guī)劃，智能工廠會越來越多普遍，采用自動化專用吊具與自動化控制系統(tǒng)的起重機也會大量增加。企業(yè)的自動化和智能化設(shè)備越多，其狀態(tài)的可靠性和運作的效率化問題也就越重要。涉及改造加裝自動化專用吊具與自動化控制系統(tǒng)的起重機在施工之前應(yīng)該對待改造起重機工作級別進行專項校核，研判是否滿足改造的生產(chǎn)效率與自動化生產(chǎn)的需求，此外，在校核整機工作級別的同時，建議對待改造起重機的機構(gòu)工作級別、靜態(tài)剛性、控制系統(tǒng)兼容性、抗電磁干擾性，滑觸線供電電源容量等也進行考慮與校核。