淺析自動(dòng)配料起重機(jī)工作級(jí)別校核

唐艷同，沈國(guó)炎，余煥偉，梁玉成

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

智能化與自動(dòng)化起重機(jī)是未來起重機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)。相比傳統(tǒng)人工操作配料起重機(jī)，自動(dòng)配料起重機(jī)可以代替人工操作，提高起重機(jī)的安全性、可靠性，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性及生產(chǎn)效率。出廠具有自動(dòng)控制系統(tǒng)的起重機(jī)從研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝考慮了其以生產(chǎn)率為基礎(chǔ)嚴(yán)格按照程序周期運(yùn)行的特點(diǎn)，而在用起重機(jī)加裝自動(dòng)控制系統(tǒng)就要考慮該類起重機(jī)工作級(jí)別能否滿足自動(dòng)化運(yùn)行需求，如果不提前考慮相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致起重機(jī)壽命縮短、不滿足生產(chǎn)工藝、運(yùn)行故障等問題。本文研究分析了起重機(jī)實(shí)施自動(dòng)化改造之前宜對(duì)工作級(jí)別進(jìn)行校核與確認(rèn)，并給出了校核不符合時(shí)的建議與解決方法。

1 自動(dòng)配料起重機(jī)概況

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

表1 起重機(jī)基本情況

圖1 是該起重機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)圖。起重機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由起重機(jī)PLC、主控PLC、地面上位機(jī)管理系統(tǒng)三大部分組成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速并利用旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行大車、小車、起升機(jī)構(gòu)位置采集。地面上位機(jī)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(jī)控制指令，控制起重機(jī)PLC 執(zhí)行操作指令自動(dòng)運(yùn)行。自動(dòng)配料流程如圖2 所示。

根據(jù)自動(dòng)配料起重機(jī)基本運(yùn)行參數(shù)、自動(dòng)化系統(tǒng)圖、自動(dòng)配料流程得出自動(dòng)配料起重機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)：（1）按照設(shè)定參數(shù)執(zhí)行固定程序，工作循環(huán)相對(duì)固定且比人工操作強(qiáng)度大。（2）生產(chǎn)率可以確定起重機(jī)使用等級(jí)。（3）工藝流程可以確定起重機(jī)載荷狀態(tài)級(jí)別。

圖1 自動(dòng)化系統(tǒng)圖

圖2 自動(dòng)配料流程圖

2 工作級(jí)別校核

對(duì)起重機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化改造之前，筆者提出宜對(duì)起重機(jī)工作級(jí)別進(jìn)行校核與確認(rèn)，使起重機(jī)的工作性能與試驗(yàn)條件滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。與人工操作起重機(jī)不同，自動(dòng)化起重機(jī)的運(yùn)行是嚴(yán)格按照生產(chǎn)效率與上位機(jī)配料程序去執(zhí)行工作循環(huán)的。起重機(jī)的工作級(jí)別與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別、結(jié)構(gòu)件的工作級(jí)別、整機(jī)靜態(tài)剛性、控制精度、主要零部件的安全系數(shù)、設(shè)計(jì)預(yù)期壽命等有著非常密切的聯(lián)系，起重機(jī)工作級(jí)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(jī)整機(jī)的工作級(jí)別與使用等級(jí)和載荷級(jí)別有關(guān)，起重機(jī)的設(shè)計(jì)壽命、起重機(jī)全年工作循環(huán)確定起重機(jī)總工作循環(huán)數(shù)；自動(dòng)配料的生產(chǎn)工藝流程確定各個(gè)有代表性的起重量的工作循環(huán)數(shù)，進(jìn)而確定起重機(jī)的載荷譜系數(shù)與載荷級(jí)別。通過起重機(jī)的使用等級(jí)與載荷狀態(tài)級(jí)別最終確定該起重機(jī)工作級(jí)別能否滿足生產(chǎn)要求。

2.1 使用等級(jí)

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

表2 起重機(jī)的使用等級(jí)

2.2 載荷狀態(tài)級(jí)別

式中，Ci代表與起重機(jī)各個(gè)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(jī)總工作循環(huán)數(shù)；PQi代表能表征起重機(jī)在預(yù)期壽命內(nèi)工作任務(wù)的各個(gè)代表性的起升載荷；PQmax代表起重機(jī)額定起升載荷。

本起重機(jī)電磁吸盤自重3200kg，按照生產(chǎn)工藝流程，配A 種料一次吊運(yùn)1100kg，每天配料84 次；配B 種料一次吊運(yùn)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(jī)載荷譜系數(shù)。

表3 為起重機(jī)的載荷狀態(tài)級(jí)別及載荷譜系數(shù)表。

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

綜合上所述，該起重機(jī)使用等級(jí)為U6，載荷狀態(tài)級(jí)別為Q1。據(jù)起重機(jī)整機(jī)工作級(jí)別分類如表4 所示，該起重機(jī)整機(jī)工作級(jí)別應(yīng)符合A5級(jí)別要求，其設(shè)計(jì)工作級(jí)別為A6，符合改造需求。

表3 起重機(jī)的載荷狀態(tài)級(jí)別及載荷譜系數(shù)

表4 起重機(jī)整機(jī)的工作級(jí)別

2.3 校核不符合處理

假設(shè)本起重機(jī)整機(jī)工作級(jí)別低于A5（如為A4），則其不適合按照現(xiàn)行的生產(chǎn)要求進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造。如果仍繼續(xù)改造，將會(huì)減少該起重機(jī)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(jìn)行自動(dòng)化改造，則要從使用等級(jí)與載荷狀態(tài)級(jí)別兩方面考慮。起重機(jī)工作級(jí)別的劃分是遵從“對(duì)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(duì)角線上，工作級(jí)別是相同的；在對(duì)角線上，載荷譜系數(shù)Kp與起重機(jī)工作循環(huán)數(shù)CT的乘積也是相同的，說明起重機(jī)工作級(jí)別的分類原則是基于。該起重機(jī)屬于專用起重機(jī)，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(jī)工作級(jí)別為A4 時(shí)，載荷狀態(tài)級(jí)別為Q1，則使用等級(jí)要降低為U5，即起重機(jī)總工作循環(huán)數(shù)CT滿足2.50×105＜CT≤5.00×105。據(jù)CT=設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。

3 結(jié)語

隨著工業(yè)4.0 與中國(guó)制造2025 的發(fā)展規(guī)劃，智能工廠會(huì)越來越多普遍，采用自動(dòng)化專用吊具與自動(dòng)化控制系統(tǒng)的起重機(jī)也會(huì)大量增加。企業(yè)的自動(dòng)化和智能化設(shè)備越多，其狀態(tài)的可靠性和運(yùn)作的效率化問題也就越重要。涉及改造加裝自動(dòng)化專用吊具與自動(dòng)化控制系統(tǒng)的起重機(jī)在施工之前應(yīng)該對(duì)待改造起重機(jī)工作級(jí)別進(jìn)行專項(xiàng)校核，研判是否滿足改造的生產(chǎn)效率與自動(dòng)化生產(chǎn)的需求，此外，在校核整機(jī)工作級(jí)別的同時(shí)，建議對(duì)待改造起重機(jī)的機(jī)構(gòu)工作級(jí)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(jìn)行考慮與校核。