淺析自動配料起重機工作級別校核

唐艷同，沈國炎，余煥偉，梁玉成

（1.紹興市特種設備檢測院；2.紹興市質量技術監督檢測院；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展的趨勢。相比傳統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，提高生產穩定性及生產效率。出廠具有自動控制系統的起重機從研發、設計、制造、安裝考慮了其以生產率為基礎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風險點會導致起重機壽命縮短、不滿足生產工藝、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，該起重機是為生產發動機缸體鑄件的中頻無芯感應熔煉電爐自動配料系統中安裝的起重機，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圖。起重機的自動控制系統主要由起重機PLC、主控PLC、地面上位機管理系統三大部分組成。驅動系統采用變頻調速并利用旋轉編碼器進行大車、小車、起升機構位置采集。地面上位機管理系統根據用戶參數設置生成系統流程，并按流程產生控制指令，主控PLC 接受地面上位機控制指令，控制起重機PLC 執行操作指令自動運行。自動配料流程如圖2 所示。

根據自動配料起重機基本運行參數、自動化系統圖、自動配料流程得出自動配料起重機的運行特點：（1）按照設定參數執行固定程序，工作循環相對固定且比人工操作強度大。（2）生產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級別。

圖1 自動化系統圖

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效率與上位機配料程序去執行工作循環的。起重機的工作級別與機構工作級別、結構件的工作級別、整機靜態剛性、控制精度、主要零部件的安全系數、設計預期壽命等有著非常密切的聯系，起重機工作級別符合要求，才能滿足生產效率、安全系數與預期壽命的要求。

據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，起重機的設計壽命、起重機全年工作循環確定起重機總工作循環數；自動配料的生產工藝流程確定各個有代表性的起重量的工作循環數，進而確定起重機的載荷譜系數與載荷級別。通過起重機的使用等級與載荷狀態級別最終確定該起重機工作級別能否滿足生產要求。

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數CT。

表2 起重機的使用等級

2.2 載荷狀態級別

式中，Ci代表與起重機各個有代表性的起升載荷相應的工作循環數；CT代表起重機總工作循環數；PQi代表能表征起重機在預期壽命內工作任務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。兩種料的配料循環數比為3:1，則起重機載荷譜系數。

表3 為起重機的載荷狀態級別及載荷譜系數表。

載荷譜系數，得出該起重機的載荷狀態級別為Q1，說明很少吊運額定載荷，經常吊運較輕載荷。

綜合上所述，該起重機使用等級為U6，載荷狀態級別為Q1。據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符合A5級別要求，其設計工作級別為A6，符合改造需求。

表3 起重機的載荷狀態級別及載荷譜系數

表4 起重機整機的工作級別

2.3 校核不符合處理

假設本起重機整機工作級別低于A5（如為A4），則其不適合按照現行的生產要求進行自動化升級改造。如果仍繼續改造，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Kp與起重機工作循環數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，調整生產工藝參數將不能滿足生產品質的要求，故只能從調整生產率的角度去改變。該起重機工作級別為A4 時，載荷狀態級別為Q1，則使用等級要降低為U5，即起重機總工作循環數CT滿足2.50×105＜CT≤5.00×105。據CT=設計工作年限×每年平均工作日數×每天平均工作循環，得：每年平均工作日數×每天平均工作循環=1.25×104~2.50×104。只有將起重機每年平均工作日數與每天平均工作循環數即生產率下降才能滿足該類起重機自動化生產的要求。

3 結語

隨著工業4.0 與中國制造2025 的發展規劃，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的起重機也會大量增加。企業的自動化和智能化設備越多，其狀態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的起重機在施工之前應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效率與自動化生產的需求，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工作級別、靜態剛性、控制系統兼容性、抗電磁干擾性，滑觸線供電電源容量等也進行考慮與校核。