黃超亮 宋 梅 馬奇達(dá) 杜錫勇 陳 瑜

（1.紹興市特種設(shè)備檢測(cè)院 紹興 312071）

（2.紹興市特種設(shè)備智能檢測(cè)與評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 紹興 312071）

歷史上，紡織行業(yè)的發(fā)展里程總伴隨著機(jī)械文明的突破，正如宋代出現(xiàn)了織錦機(jī)，清代出現(xiàn)了繡花機(jī)，以及20 世紀(jì)機(jī)械印染的全面普及。當(dāng)下大噸位電梯的垂直運(yùn)輸，配以叉車的水平搬運(yùn)，見(jiàn)圖1，促成了生產(chǎn)結(jié)構(gòu)向高空發(fā)展，紡織印染行業(yè)迎來(lái)新飛躍。得益于此，印染產(chǎn)能占全國(guó)40%的紹興，通過(guò)推進(jìn)印染集聚升級(jí)工程，10 年間新增5 t 及以上大噸位電梯3 000余臺(tái)，建成了全國(guó)最大的綠色印染基地，實(shí)現(xiàn)了集中供熱、供氣、排污，并為新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展騰出了1 萬(wàn)余畝（約6.666 7 km2）土地。打造“織造印染產(chǎn)業(yè)大腦”，邁出紡織印染產(chǎn)業(yè)發(fā)展從“無(wú)序粗放”向“綠色集約”，從“傳統(tǒng)制造”到“現(xiàn)代智造”轉(zhuǎn)變的重要步伐，傳統(tǒng)染缸變身現(xiàn)代工廠。

圖1 紡織印染現(xiàn)代工廠及叉車運(yùn)布圖

然而，在印染集聚升級(jí)的推進(jìn)過(guò)程中，大噸位電梯-叉車運(yùn)行體系也暴露諸多問(wèn)題隱患，亟須梳理解決。本文所述的大噸位電梯是指額定起重量大于5 t 的貨梯，是紡織印染現(xiàn)代工廠對(duì)貨物進(jìn)行垂直運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，其大面積轎廂、大空間安全輸送的特點(diǎn)滿足了高效完成大批量貨物運(yùn)輸?shù)淖鳂I(yè)需求。

1 存在問(wèn)題

1.1 對(duì)特殊環(huán)境下的貨梯老化考慮不足

在紡織行業(yè)中，印染是其中間環(huán)節(jié)，被稱為“紡織行業(yè)中的化工行業(yè)”，其染料和印染助劑中存在大量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、苯的氨基硝基化合物、氮氧化合物、硫化氫等有毒有害化學(xué)品。高溫、高濕、高噪音和毛塵是紡織行業(yè)中有害作業(yè)環(huán)境的主要特征[1]。

在高溫環(huán)境中，這些有害物質(zhì)都會(huì)揮發(fā)于空氣，充斥于電梯作業(yè)環(huán)境，加快金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕速度，如門板、轎壁、轎底等。此外，選毛等工序中產(chǎn)生的棉、毛、麻塵等毛塵容易堆積在電梯門鎖、轎頂、底坑等區(qū)域，造成門鎖拉弧、層門卡阻等安全隱患。車間的高噪音，還會(huì)造成人員聽(tīng)不清電梯的五方通話和超載警報(bào)。進(jìn)出電梯運(yùn)輸?shù)牟计ネ鶐в写罅恳后w染料，在運(yùn)輸過(guò)程中或滴落轎底，造成轎廂底板腐蝕；或流入底坑，造成長(zhǎng)期嚴(yán)重積水，見(jiàn)圖2，引起底坑電氣安全開(kāi)關(guān)失靈等安全隱患。帶有腐蝕性的底坑積水，也加大了環(huán)境空氣中的有害物質(zhì)密度，間接造成了金屬結(jié)構(gòu)的“二次腐蝕”。

圖2 印染企業(yè)車間及底坑積水圖

目前大噸位電梯的生產(chǎn)，考慮強(qiáng)度、安全性較多，設(shè)計(jì)中缺乏對(duì)環(huán)境因素的區(qū)分對(duì)待，造成在用紡織印染行業(yè)的大噸位電梯與其他環(huán)境電梯的金屬選材一致，并且出于成本的考慮，也沒(méi)有對(duì)其金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行鍍鋅等防銹處理。面對(duì)電梯框架、轎廂壁、門板、轎底及其連接處使用不同型號(hào)的鋼材，在高溫、高濕、酸堿性的紡織印染作業(yè)環(huán)境中，出現(xiàn)不同程度的銹蝕等隱患，缺乏有效的處理方法以及質(zhì)量跟蹤與監(jiān)測(cè)手段。

1.2 對(duì)特種設(shè)備的選型運(yùn)維投入不足

在市場(chǎng)環(huán)節(jié)，電梯市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)常帶來(lái)大幅度降價(jià)，買方賣方的功利主義造成質(zhì)量意識(shí)淡薄，帶來(lái)不當(dāng)?shù)膬r(jià)值觀和市場(chǎng)環(huán)境，造成在電梯銷售和維保環(huán)節(jié)大打價(jià)格戰(zhàn)，導(dǎo)致的電梯“減配”結(jié)果是電梯整機(jī)質(zhì)量以及電梯維保質(zhì)量降低，造成使用環(huán)節(jié)出現(xiàn)較大質(zhì)量安全隱患，影響了大噸位電梯的高質(zhì)量發(fā)展。

在使用環(huán)節(jié)的運(yùn)營(yíng)投入不足，造成不規(guī)范的使用習(xí)慣，除了上述缺乏特殊環(huán)境下的防腐防銹處理外，還存在五方通話的缺失、不規(guī)范設(shè)置或形同虛設(shè)，機(jī)房?jī)?nèi)降溫措施被忽視，電梯長(zhǎng)期“帶病”運(yùn)行等許多安全隱患?？陀^上影響了主體責(zé)任的落實(shí)。

1.3 對(duì)特殊部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不足

大噸位電梯近幾年數(shù)量激增，制造廠家大多沿用普通電梯的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)、制造、安裝等環(huán)節(jié)缺乏對(duì)大噸位電梯特殊性的考慮，常用的設(shè)計(jì)方式是采取放大3 t 貨梯所用鋼材規(guī)格或增加鋼材用量的粗獷計(jì)算。造成大噸位貨梯的轎廂結(jié)構(gòu)過(guò)于厚重，重達(dá)電梯設(shè)計(jì)載荷的50%甚至更高。過(guò)重的轎廂使電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力被大量地消耗在轎廂自重上，雖在一定程度上保證了設(shè)備的強(qiáng)度和安全性，卻減少其有效載重，降低其運(yùn)行效率，且增加電梯制造成本、運(yùn)維成本以及能耗成本，違背了綠色、低碳的發(fā)展愿景。

因此如何優(yōu)化轎廂結(jié)構(gòu)，減輕自重，有效提高經(jīng)濟(jì)效益，在大噸位電梯研制中是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。需要從行業(yè)和設(shè)備的特殊性出發(fā)，從環(huán)境、力學(xué)、材料等多方面入手，拔高設(shè)計(jì)、制造和安裝標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 對(duì)特殊作業(yè)的力學(xué)沖擊估計(jì)不足

紡織印染行業(yè)的大噸位電梯，通常額定載荷6 t 以上的電梯，會(huì)直接使用3 t 及以上的叉車運(yùn)輸各工序布料，額定載荷5 t 的電梯一般會(huì)使用企業(yè)自制運(yùn)布推車，見(jiàn)圖3。

圖3 運(yùn)布小車

在大噸位電梯-叉車運(yùn)輸系統(tǒng)作業(yè)時(shí)，“大載重”和“強(qiáng)沖擊”是需要關(guān)注的載荷工況特性。叉車等載貨設(shè)備進(jìn)入電梯時(shí)，可能導(dǎo)致大載重集中在門口區(qū)域，易造成偏載運(yùn)行，產(chǎn)生部件撞擊，進(jìn)而發(fā)生故障或人員傷亡事故；叉車帶貨進(jìn)入電梯時(shí)的載荷不均，也容易引起安全鉗誤動(dòng)作，進(jìn)而引起鋼絲繩跳槽等。一旦超出了靜態(tài)曳引力的極限值，將會(huì)引起貨梯溜車事故，引起轎廂墩底等嚴(yán)重后果，輕則貨物損壞、人員被困受驚嚇，重則引起人員傷亡。很多叉車進(jìn)出轎廂時(shí)并未減速，或者剎車過(guò)猛，都會(huì)造成不小的沖擊載荷，加劇這種安全隱患[2]。例如，叉車運(yùn)布進(jìn)入電梯時(shí)，因剎車過(guò)猛，制動(dòng)加速度過(guò)大，產(chǎn)生巨大沖擊載荷，造成電梯導(dǎo)軌彎折和副導(dǎo)靴斷裂，見(jiàn)圖4。

圖4 叉車動(dòng)載沖擊力造成的大噸位電梯副導(dǎo)靴斷裂

因此，在大噸位電梯設(shè)計(jì)和制造中，除了要充分考慮電梯曳引力、鋼絲繩張力、轎廂意外移動(dòng)，選用合適的安全附件，還必須充分認(rèn)識(shí)和考慮叉車作業(yè)時(shí)的特殊載荷狀況[3]，特別是振動(dòng)載荷，一旦處理不當(dāng)，輕則會(huì)造成電梯無(wú)法正常運(yùn)行，重則引發(fā)安全事故。

在不考慮動(dòng)載沖擊的情況下，叉車進(jìn)入電梯作業(yè)過(guò)程中，最多見(jiàn)的是碰撞事故，如車撞門、門撞車或者車撞轎廂壁等，見(jiàn)圖5。

圖5 轎門撞損

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，大噸位貨梯因碰撞產(chǎn)生的故障占總故障的80%以上[4]。分析原因，主要有以下3 個(gè)方面：1）叉車等運(yùn)輸車輛滿載貨物時(shí)，司機(jī)因視野受限等原因，無(wú)法準(zhǔn)確判斷車輛與電梯門及轎廂壁之間的距離，無(wú)意間沖撞電梯門或者轎廂壁。2）電梯使用頻率較高時(shí)，運(yùn)行環(huán)境潔凈度相對(duì)變差，電梯門之間的光感傳感器靈敏度容易降低，導(dǎo)致運(yùn)輸車輛未完全進(jìn)入或退出轎廂時(shí)，電梯門就自動(dòng)合上而造成沖撞。3）運(yùn)載貨物重量大、頻次高，當(dāng)管理不善和作業(yè)人員素質(zhì)低下時(shí)，極易發(fā)生和電梯關(guān)門搶時(shí)間，進(jìn)而撞擊層門、轎門、轎壁。從而大大降低貨梯貨物搬運(yùn)效率，并帶來(lái)嚴(yán)重安全隱患。

2 解決策略

綜上分析，大噸位電梯存在問(wèn)題涉及設(shè)計(jì)、制造、安裝、銷售、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)，要解決問(wèn)題隱患，實(shí)現(xiàn)未來(lái)紡織印染行業(yè)大噸位電梯高質(zhì)量發(fā)展，提出解決策略如下：

2.1 失效分析應(yīng)對(duì)環(huán)境因素

對(duì)于紡織印染行業(yè)特有的高溫高濕和腐蝕特點(diǎn)，通過(guò)環(huán)境腐蝕度試驗(yàn)進(jìn)行金屬結(jié)構(gòu)的失效分析研究，結(jié)合優(yōu)化研究、智能信息采集研究，建立環(huán)境與金屬結(jié)構(gòu)、部件選材的關(guān)系。對(duì)照建立各種智能環(huán)境判別場(chǎng)景，進(jìn)行應(yīng)用研究。通過(guò)場(chǎng)景模擬，將失效分析的成果轉(zhuǎn)為應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)計(jì)、智能選材。確保在設(shè)備采購(gòu)選型階段，能根據(jù)實(shí)際環(huán)境特點(diǎn)，向用戶提供最優(yōu)選型方案，使用單位可以結(jié)合自身實(shí)力，做好設(shè)備的選型工作。在使用環(huán)節(jié)，對(duì)照智能信息采集數(shù)據(jù)，結(jié)合防腐技術(shù)，設(shè)計(jì)維護(hù)保養(yǎng)優(yōu)化方案。通過(guò)智能設(shè)計(jì)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層面的智能選型和智能維護(hù)等，能有效減少紡織印染行業(yè)惡劣環(huán)境對(duì)電梯的影響。

2.2 智能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)拔高

電梯智能化是隨著5G 通信、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、信息化、傳感技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)電梯的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的?；趥鞲衅?、通信接口，感知分析電梯數(shù)據(jù)，從而滿足包括使用、制造、監(jiān)督、安全管理、維保、檢驗(yàn)在內(nèi)的各種維度上的需求，具備人格化的某些功能，實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)行管理[5]。

針對(duì)紡織印染行業(yè)電梯在功能、環(huán)境、結(jié)構(gòu)、作業(yè)上的特殊性，除了研究結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、產(chǎn)品的安全性，更重要的是研究產(chǎn)品的智能化。就大型貨梯的市場(chǎng)需求而言，它正朝著智能化方向發(fā)展，尤其是紡織和印染行業(yè)的生產(chǎn)有自身特殊性，智能化運(yùn)營(yíng)和智慧化監(jiān)管是未來(lái)趨勢(shì)方向，同時(shí)智能化順應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和智慧城市、智慧工廠的提出，其應(yīng)用更加廣泛。在安全性能方面，需要對(duì)電梯的各種狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)能夠?qū)﹄娞葸\(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行診斷和報(bào)警；在數(shù)據(jù)管理方面，要求電梯有完善的數(shù)據(jù)處理機(jī)制，包括數(shù)據(jù)備份、信息采集、固件升級(jí)等；在功能發(fā)揮方面，要求電梯有更強(qiáng)大的擴(kuò)展性和拓展性，可與不同的智能運(yùn)載工具進(jìn)行信息交互，能夠滿足不同客戶的定制要求。通過(guò)智能選型場(chǎng)景模擬，實(shí)現(xiàn)電梯選型、選配、選材層面標(biāo)準(zhǔn)化，逐步消除銷售環(huán)節(jié)的降價(jià)減配現(xiàn)象。維保單位綜合環(huán)境、設(shè)備特點(diǎn)和使用單位其他需求，在安全技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，對(duì)應(yīng)型號(hào)制定相應(yīng)的按需維保方案。維保單位嚴(yán)格執(zhí)行按需維保方案，確保大噸位電梯高質(zhì)量維保。

在使用環(huán)節(jié)，嚴(yán)格按照智能維保場(chǎng)景設(shè)計(jì)結(jié)果，加大隱患治理資金投入。及時(shí)制定隱患排查計(jì)劃，明確排查時(shí)間、內(nèi)容、人員和具體整改措施，根據(jù)隱患排查制度責(zé)任到人。建立隱患臺(tái)賬，及時(shí)投入資金，治理安全隱患，實(shí)行閉環(huán)銷號(hào)[6]。

2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)根除粗獷估算

通過(guò)研究電梯關(guān)鍵承載部件的靜載和疲勞情況，降低電梯重量有助于減小轎廂變形和驅(qū)動(dòng)功率，進(jìn)而降低對(duì)鋼絲繩和曳引機(jī)的損耗。引入有限元分析方法進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)思路如圖6 所示。針對(duì)不同工況對(duì)轎廂整體施加不同的邊界條件[7]。在保持剛度、滿足承載能力和可靠性的前提下，采用拓?fù)鋬?yōu)化去除冗余的材料，以達(dá)到整個(gè)轎廂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，如圖7 所示。通過(guò)結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計(jì)、不同載荷工況的工作狀態(tài)分析以及關(guān)鍵部分的力學(xué)分析，用數(shù)字化設(shè)計(jì)手段最大限度地提高電梯性價(jià)比，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的綠色低碳，使之具有更大的競(jìng)爭(zhēng)力。

圖6 用ANSYS 有限元分析進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)思路圖

圖7 用ANSYS 有限元分析對(duì)轎廂底部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

此外，在安裝過(guò)程中，通過(guò)優(yōu)化焊接制造工藝和裝配工序，提高結(jié)構(gòu)聯(lián)接的可靠性，從鋼絲繩與曳引輪組合的靜摩擦、滑動(dòng)摩擦以及鋼絲繩的折彎、磨損等情況出發(fā)，提高大噸位電梯的整體安全系數(shù)，提高電梯安全運(yùn)行質(zhì)量。

2.4 防沖防撞智能技術(shù)研究

隨著傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及智能制造、智能物流等產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，紡織印染行業(yè)大噸位電梯的智能化程度不斷提升是其發(fā)展趨勢(shì)[8]。當(dāng)前，紡織印染行業(yè)正經(jīng)歷著從“傳統(tǒng)制造”到“現(xiàn)代智造”轉(zhuǎn)變，需求量日增的大噸位電梯，在設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、安全性等方面還有很大的提升空間，同時(shí)從紡織印染行業(yè)智能制造、智慧工廠發(fā)展的全局看，還應(yīng)當(dāng)將研究延伸至電梯-叉車運(yùn)輸系統(tǒng)的智能化，并將AI 技術(shù)應(yīng)用于電梯生成和應(yīng)用端。將機(jī)械防沖撞和智能預(yù)警系統(tǒng)相結(jié)合，利用探測(cè)、感應(yīng)等智能化模塊，進(jìn)行貨梯的智能化提升，有效提高電梯運(yùn)營(yíng)可靠性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和智能管理。在層門及轎廂壁處增設(shè)光電保護(hù)裝置，利用電傳感器檢測(cè)是否有貨物進(jìn)入該區(qū)域，進(jìn)而通過(guò)報(bào)警的方式提示叉車駕駛員。利用機(jī)器視覺(jué)，通過(guò)算法預(yù)測(cè)叉車或運(yùn)布小車運(yùn)行趨勢(shì)，判斷是否會(huì)發(fā)生碰撞，進(jìn)而示警叉車司機(jī)[9]。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)紡織印染行業(yè)大噸位電梯在使用過(guò)程中存在的諸多問(wèn)題，必須開(kāi)展解決問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)研究，加強(qiáng)大噸位電梯的生產(chǎn)和維護(hù)服務(wù)能力，嘗試使用先進(jìn)的智能化設(shè)計(jì)方法解決工業(yè)企業(yè)實(shí)際問(wèn)題，在電梯生產(chǎn)行業(yè)形成產(chǎn)業(yè)合力。同時(shí)加快科技創(chuàng)新，將5G、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于紡織印染行業(yè)及其大噸位電梯，從電梯使用環(huán)境、電梯安全管理等多方面進(jìn)行智能化場(chǎng)景模擬，從電梯的選型、材料的選取等源頭問(wèn)題開(kāi)始，涵蓋電梯的生產(chǎn)、使用、管理等環(huán)節(jié)，形成設(shè)計(jì)智能化、產(chǎn)品智能化、管理智能化，全面提升電梯設(shè)計(jì)和制造能力、故障分析及處理能力，提升設(shè)備的安全性和舒適度，引領(lǐng)紡織印染行業(yè)“數(shù)智化”發(fā)展。