橋式起重機輕量化與智能化技術(shù)運用實踐

黃玉麟

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院常州分院，江蘇常州 213125）

0 引言

起重機設(shè)備在諸多行業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，如裝備制造業(yè)、運輸和物流業(yè)等。在起重機械中，橋式起重機的使用量較大，而且具有廣泛的使用范圍，在實際操作中，其廣泛性、通用性等優(yōu)勢也得到了充分體現(xiàn)。現(xiàn)階段應(yīng)加強橋式起重機的創(chuàng)新，密切融合智能化技術(shù)和輕量化技術(shù)，使這兩種技術(shù)成為協(xié)調(diào)統(tǒng)一的有機整體，將其融入到橋式起重機使用技術(shù)中，貫徹落實節(jié)能降耗原則，旨在為起重機提供更為廣闊的發(fā)展空間。

1 橋式起重機輕量化技術(shù)的具體應(yīng)用

1.1 橋架輕量化技術(shù)

針對于新型輕量化起重機橋架，四梁結(jié)構(gòu)形式得到了廣泛應(yīng)用，在其主梁，窄翼緣全偏軌焊接箱型梁結(jié)構(gòu)比較常見，小車輪壓力在軌道的帶動下，可以順利傳遞到上蓋板和主腹板的焊縫上。相比于傳統(tǒng)半偏軌形式，全偏軌箱型梁在主、副腹板受力方面有著明顯的差異性，與主腹板進行對比，副腹板板厚應(yīng)小一些，而且在半偏軌箱形梁內(nèi)部，諸多小隔板應(yīng)進行適度取消。通過該結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用，可以將主梁上蓋板的焊接變形改善至最佳，并控制好焊接下?lián)献冃瘟骸４髧嵨黄壪湫瘟合祵捫瘟?，可省略走臺，從而不斷簡化制造工藝，影響總體質(zhì)量的提升。不同于傳統(tǒng)起重機采用壓板固定的軌道，輕量化起重機小車軌道在主梁上的焊接方面，主要采取方鋼，密切融合軌道和箱型梁，使之成為整體結(jié)構(gòu)，發(fā)揮出在承受載荷方面的作用，確保主梁的強度和剛度的穩(wěn)步提升。四梁橋架結(jié)構(gòu)形式、全偏軌焊接軌道箱形主梁的應(yīng)用，應(yīng)對其材料進行合理選擇和搭配，加強主梁模塊化等設(shè)計思想的應(yīng)用，確保結(jié)構(gòu)方案與輕量化需求相一致。

1.2 小車架輕量化技術(shù)

超靜定結(jié)構(gòu)的布局方式，在傳統(tǒng)起重小車架中的應(yīng)用價值顯著，所選的零部件技術(shù)并不先進，布置優(yōu)化力度也明顯不足，一定程度上加劇了起升機構(gòu)的笨重程度。其承載起升機構(gòu)的小車架，在超靜定剛性框架結(jié)構(gòu)形式中，主要借助于2 根端梁、多根橫梁以及多處加強筋焊接而成，在框架上面，還要對厚重的鋼板進行鋪設(shè)。由此了解到，傳統(tǒng)小車架結(jié)構(gòu)的缺陷明顯，成本高、焊接工藝復(fù)雜，而且在不良情況的影響下，如輪壓分配的均衡性缺失、車輪啃軌等，對作業(yè)安全性目標的實現(xiàn)造成了嚴重的影響[1]，甚至威脅到其使用壽命。

輕量化起重機中工字形三梁小車架的應(yīng)用，其橫梁主要以開口滑輪梁為主。該型小車架基于垂直方向的剛度明顯，以此來將起吊重物的振動控制在合理范圍內(nèi)。在水平扭轉(zhuǎn)方面，憑借其柔性功能，小車架在扭轉(zhuǎn)變形方面具有一定的承受力，從而保證四輪支點與主梁的變形保持高度的適應(yīng)性。

1.3 起升機構(gòu)輕量化技術(shù)

在起重機整機的輕量化指標中，尤其對于主梁質(zhì)量和整機凈空高度等，起升機構(gòu)自身的相關(guān)參數(shù)為重要的影響因素。針對于傳統(tǒng)起重機起升機構(gòu)，兩個軸承座支撐在其卷筒兩端得到了充分體現(xiàn)，卷筒通過卷筒聯(lián)軸器與減速器的低速軸連接在一起。卷筒的兩個軸承座、電機以及制動器的支座固定在小車架上，主要借助于地腳螺栓來進行固定。該起升機構(gòu)傳承鏈尺寸較大[2]，而且結(jié)構(gòu)形式的復(fù)雜性突出，整體小車架剛性明顯，對其整體質(zhì)量造成影響。

優(yōu)化的新型起升機構(gòu)，通過工字形梁、無整體安裝平臺結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，卷筒布置在兩個車輪梁之間，主要采用一個卷筒軸承座和一個減速器簡支座半臥式。整個起升機構(gòu)的減速器簡支座僅僅為一個，以此來連接小車架端梁，支承形式并不復(fù)雜，受力突出。該結(jié)構(gòu)在傳動鏈優(yōu)化的帶動下，可以將起升高度提升上來，不斷增強空間利用效率，凸顯出起重小車整體結(jié)構(gòu)的緊湊性。

2 橋式起重機智能化技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 精確定位和防搖擺技術(shù)

起重機防電氣搖擺自動定位控制技術(shù)，綜合懸掛物搖擺的物理特性，經(jīng)過建模和計算了解到，可以為載荷搖擺的幅值和相位的預(yù)測提供可行依據(jù)。通過對智能化防搖擺自動定位控制理論的應(yīng)用，靈活采用現(xiàn)代化電氣控制技術(shù)，不斷提高起重機運行效率，發(fā)揮出實時性和控制性優(yōu)勢。

在精確定位和防搖擺技術(shù)的研究中，檢測裝置的選用和信號傳輸方式的確定等非常重要。加強新型實用起重機防搖擺控制、自動精確定位控制理論和方法的開發(fā)，并基于推廣應(yīng)用角度，加強起重機電氣防搖擺自動定位控制系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)。借助電氣防搖擺自動定位系統(tǒng)[3]，可以引導(dǎo)人們正確認識起重機載荷搖擺問題，實現(xiàn)起重機向新型“空中機器人”的順利轉(zhuǎn)變。

2.2 故障診斷及安全保護系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集、控制以及遠程監(jiān)視平臺等單元，在智能故障診斷和安全保護系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。在起重機械運行方面，要想實現(xiàn)安全性目標，應(yīng)提高對動態(tài)運行狀態(tài)、部件監(jiān)測等內(nèi)容的重視程度。分析其具體內(nèi)容，既要對數(shù)據(jù)采集范圍和控制方案進行合理規(guī)劃，確保數(shù)據(jù)處理、儲存等要求的針對性，同時也要對遠程監(jiān)視平臺功能要求予以明確化。

2.3 自動控制系統(tǒng)

分析智能自動控制的作用，體現(xiàn)在起重機械可以與不同環(huán)境相互適應(yīng)，其運行過程具有較高的靈活性、安全性以及自動化等趨勢。在現(xiàn)代化控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，起重機智能自動控制運行比較成型化，作用于諸多領(lǐng)域，如垃圾起重機、全自動冶金起重機等。在研究起重機自動控制方面，在線運行空間檢測、物料掃描等不容忽視。對于研究人員來說，應(yīng)對現(xiàn)場生產(chǎn)工藝布局進行深入分析，了解施工路線，密切融合于智能故障診斷系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)等，不斷提高智能控制系統(tǒng)自動化運行效率[4]。

2.4 在線監(jiān)測及安全評估技術(shù)

在該項技術(shù)中，起重機安全光纖光柵傳感數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)占據(jù)著舉足輕重的地位。對于研發(fā)人員來說，應(yīng)從大型橋式起重機結(jié)構(gòu)特點和在線監(jiān)測要求出發(fā)，合理設(shè)計起重機專用光纖光柵傳感器設(shè)計方法，并靈活運用封裝和埋設(shè)工藝。除此之外，研發(fā)人員應(yīng)對大型橋式起重機結(jié)構(gòu)特點充分考慮，基于光纖光柵傳感技術(shù)，對于構(gòu)建應(yīng)變監(jiān)測和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測評價系統(tǒng)也具有一定的幫助[5]。通常來說，橋式起重機運行時動態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)信息量大，系統(tǒng)頻響也比較迅速，加強3D 建模技術(shù)的應(yīng)用，可以對橋式起重機動態(tài)作業(yè)過程進行自動化模擬，實現(xiàn)人機交互環(huán)境的順利構(gòu)建。

2.5 材料損傷壽命評價技術(shù)

在該技術(shù)中，聲發(fā)射檢測技術(shù)具有較高的應(yīng)用優(yōu)勢，其中應(yīng)對起重機金屬結(jié)構(gòu)材料的過載形變損傷的信號特征進行深入分析，并基于測試數(shù)據(jù)，對橋式起重機械材料的損傷狀態(tài)進行合理預(yù)測。該技術(shù)應(yīng)根據(jù)斷裂力學(xué)開始進行，加強聲發(fā)射能量理論的滲透，并從實驗室或現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)出發(fā)，確保缺陷尺寸和增長狀態(tài)預(yù)測的科學(xué)性、合理性。然后結(jié)合上述模型預(yù)測缺陷擴張情況，并根據(jù)臨界缺陷尺寸，給予金屬結(jié)構(gòu)剩余壽命的合理預(yù)測一定的保障。

3 結(jié)束語

在物料運輸中，橋式起重機設(shè)備的作用突出，要想實現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)目標，應(yīng)加強輕量化技術(shù)和智能化技術(shù)的融合，致力于橋式起重機運行水平的提升，并滿足其質(zhì)量保障需求。