桥式起重机轻量化技术与智能化技术运用实践

2022-06-24刘跃洋

设备管理与维修 2022年10期

关键词：起重机轻量化小车

刘跃洋

（河北省特种设备监督检验研究院廊坊分院，河北廊坊 065000）

0 引言

桥式起重机广泛使用在冶金行业和制造业以及物流业等行业中，在实际应用中具有广泛性和通用性优势。在创新桥式起重机应用的过程中，需要综合利用轻量化技术和智能化技术，实现桥式起重机节能降耗的目标，推动桥式起重机可持续发展。

1 概述

在仓库或者车间以及料场上方横架的起重设备就是桥式起重机，主要负责运输物料，桥式起重机的两端坐落在金属支架或者水泥柱上，因为形状像桥被称为桥式起重机（图1）。桥式起重机在实际运行阶段，桥架沿着两侧轨道纵向运行，可以利用桥架下方空间完成物料输送工作，避免地面设备干扰到物料运输工作。桥式起重机具有广泛的使用范围，因此整体使用频率也比较高。桥式起重机主要是利用电力驱动运行，工作人员在司机室操作桥式起重机运行，还可以实现远距离控制[1]。

图1 桥式起重机

2 自重现状

桥式起重机的重要技术指标是自重，当前各种起重机不断实现大起重量目标，也逐渐增加起重机的重量，因此起重机行业每年需要耗费较多的金属材料。如果起重机具有较大的自重，将会增大轮压，还要求提高厂房和码头等建筑物的承载力。在设计工作阶段不仅要考虑起重机的起重能力，还要降低起重机的自重[2]。

以形式为基础，可以划分起重机自重为结构重量和机构重量，起重机金属结构重量通常占据70%以内的比例，而大型起重机金属结构占比大约是90%。对比国外的起重机，国内起重机自重普遍较高。

3 轻量化技术实现措施

3.1 改进设计方法和计算方法

当前在设计过程中主要是利用许用应力法，虽然这种方法应用过程比较简单，但是无法针对不同的途径采取不同的安全系数，无法保障安全系数的准确性。利用许用应力法设计桥式起重机金属结构，将会消耗较多的金属材料，无法保障整体安全。在计算荷载的过程中主要是参考设计手册，并根据工作经验最终选取荷载系数。因为荷载系数缺乏准确性，导致设计人员无法准确的预计设计结果，产生过大的安全系数裕量，增大起重机自重。利用极限状态计算法可以保障计算准确性，符合金属结构工作情况，同时可以充分利用钢材，节省材料应用量[3]。

在设计过程中可以利用有限元法和等强度设计方案，在最大程度上降低桥式起重机的自重，大型桥式起重机可以利用计算机仿真和动态模拟方法等。在桥式起重机设计中可以利用预应力法，合理改进桥式起重机金属结构受力状态，节省钢材应用量。

在设计工作中需要考虑材料力学性能，针对桥式起重机，增加板厚也会随之降低钢板的强度，如果结构要求板厚较厚，可以叠加两块板，使许用应力提高，从而降低桥式起重机的自重[4]。

3.2 选用轻质材料

利用H 形钢取代板材，可以节省结构材料，同时提高整体抗弯能力。设计桥式起重机主梁强度的过程中，可以利用高强度钢材，节省桥式起重机材料的重量，整体设备的重量因此降低。针对小车运行机构，可以利用尼龙柱销联轴器代替传统的齿轮联轴器，也可以有效降低桥式起重机的自重。

3.3 改进结构

（1）桥架轻量化技术。轻量化的桥式起重机主梁是利用四梁结构，主梁利用全偏轨焊接箱型梁，利用轨道向上盖板和主腹板焊缝中传递小车轮的压力。对比传统结构，里箱型梁主腹板和副腹板具有不同的受力，在选择副腹板板厚的过程中，厚度要小于主腹板的厚度。利用这一形式，可以解决主梁改版焊接变形等问题，同时可以控制焊接下挠变形问题。如果偏轨箱型梁的吨位较大，可以利用宽形梁，省略走台这一工作环节，简化整体制造工艺，整体质量因此降低[5]。

对比传统形式，轻量化桥式起重机的压板固定轨道方式具有一定的不同，轻量化桥式起重机的小车轨道是直接焊接在主梁上，保障轨道和箱型梁结构共同承受荷载力，使主梁的强度和刚度因此提高，降低主梁的高度和重量。

（2）小车架轻量化技术。传统的小车架利用超静定结构形式，选用陈旧的零部件技术，整体布局形式也不够合理，导致结构过于笨重。此外传统的小车架重量和成本都比较高，同时还会发生车轮啃轨等问题，影响到实际操作的安全性，最终减少设备使用寿命。轻量化桥式起重机的小车架主要是利用端梁和横梁以及加强筋等，通过焊接形成超静定刚性框架结构，并将钢板铺设在框架上方，因此提高桥式起重机的承载力。此外利用小车架轻量技术可以减少啃轨问题，保障实际运行的稳定性，使桥式起重机使用寿命得到保障。

（3）改进起升机构。推广利用电动葫芦作为起升机构，可以降低桥式起重机起升结构的重量，同时可以降低小车重量，还可以实现节能目标。新型电动葫芦桥式起重机的工作级别可以达到A7 级，额定重量超过200 t。针对桥式起重机的零部件要利用焊接方式，代替原来的铸造方式，例如减速器和滑轮等可以选用焊接结构。此外要利用高转速电机，有效减小整体外形尺寸，同时配置制动器[6]。

4 智能化技术应用措施

4.1 防摆动技术和准确定位技术

在桥式起重机中利用防摆动技术和准确定位技术，在实际应用阶段需要收集荷载摇摆测量信息，并且需要结合悬挂物的摇摆性质，通过建模测量相位和荷载摇摆幅值。利用防摆动技术和准确定位技术可以动态测量工作速度。为了发挥出防摆动技术和准确定位技术作用，首先需要利用检测仪器，其次要把握信息传输方式，完善检测系统结构，最后可以有效整合PLC 控制技术和可视化操作技术。不仅要加强开发起重机防摇摆技术，还需要开发起重机精确定位技术，进一步完善电气防摇摆自动定位系统。

4.2 故障诊断和安全保护系统

在桥式起重机智能化技术中，故障诊断和安全保护系统发挥着重要的作用，主要包括信息搜集、信息处理以及信息存储等模块，有利于桥式起重机运行的稳定性，同时可以优化后期维护效果。在实际工作中，首先要扩大信息数据收集范围，提高工作方案的规范性。其次需要完善远程监视平台，全面监控桥式起重机运行状态，降低故障发生率。最后要利用智能化技术的优势，完善故障诊断和安保系统，提高桥式起重机运行的安全性。

4.3 自动控制系统

智能化控制桥式起重机，保障起重机械适用于各种工作环境，可以灵活的操作，保障整体运行的安全性。现代化技术不断发展，国内也逐渐完善桥式起重机智能自动化控制技术，并且开始研发利用垃圾起重机和全自动冶金起重机。在桥式起重机自动控制阶段，可以利用在线运行夜间检测技术和物料扫描技术等，研究人员需要勘察作业现场的实际情况，融合利用吊钩定位技术和智能故障诊断技术，进一步完善智能化控制系统，实现桥式起重机运行的自动化目标[7]。

4.4 安全评估和在线监测技术

安全评估和在线监测技术的基础是起重机光纤、光栅监测系统，利用光纤、光栅安全监测系统，并且配置起重机光纤、光栅传感器和高速调节器等设备。研发人员需要结合桥式起重机结构特征，合理设计和埋设光纤、光栅、高速调节器以及传感器。研发人员还要结合桥式起重机结构特征，利用光纤、光栅传感技术完善监测系统，建立3D 模型，动态化模拟桥式起重机实际作业过程，实现人机交互的目标。

4.5 寿命评价技术

寿命评价技术的基础是发射监测技术，可以全面评估桥式起重机结构材料的损伤，合理预测桥式起重机剩余年限和实际损伤情况。寿命评价技术利用断裂力学和声发射理论等，结合实验室和现场监测信息，确定缺陷尺寸和结构失效概率等，构建神经网络模型和概率预测模型等，以此为依据预测缺陷发展情况，同时可以分析临界缺陷的具体尺寸等。