起重机的轻量化和智能化发展
发布时间：2018-03-19
起重机是一种集物料起重、运输和装卸为一体的输送设备和工业安装设备，在现代化生产中起着不可或缺的作用。长期以来，我国对起重机的设计质量和设计水平的衡量通常侧重于技术角度，而对经济性、环保性等方面的要求考虑较少，致使起重机能耗高、自重及体积较大且安全系数裕量也较大，造成资源的浪费，并且针对目前起重机行业单一起重机设备价格过于低廉和低端起重机产品过剩，造成恶性竞争的现状，产品的技术含量不断升级，产品附加值和业务拓展范围随之扩大。对于用户来说，人力成本的增加占企业成本比重越来越大，这就促成了一部分市场的需求。起重机的轻量化和智能化技术正好符合了目前的市场潮流，也响应了国家号召的工业4.0战略，提高了用户的现代化管理，节省用工数量和成本，又为起重机企业提供了设备升级和利润增长点，为今后起重机行业发展方向指明了通道。
为了满足实际需求，现代起重机械正向着大起重量的方向发展。轻量化技术就是在保证起重重量的同时，减少起重机的自重。我国的起重机自重普遍比国外先进的起重机重 20%-50%以上，据此可看出我国起重机自重与欧式起重机之间的巨大差距，在起重机的轻量化设计方面，我国还有很大的提升空间。起重机轻量化主要体现在五个方面：
（1）我国起重机的设计方法通常为许用应力法，为保证起重机产品使用的安全性，在实际设计中通常采用较大的安全系数，从而导致起重机产品自重增加，尺寸偏大，造成资源的浪费。应广泛使用极限状态的设计法，提高计算精度，使计算结果更逼近金属结构在实际工作中的状态；应用有限元法、模糊优化设计等现代设计方法，深入剖析并动态模拟钢材结构的力学和材料性能；目前世界各国都在充分利用别国的科技成果加以消化吸收与创新，并进一步发展自己的新技术和新产品。反求工程设计是针对消化吸收先进技术的一系列方法和应用技术的组合。反求工程设计通过实物或技术资料对已有的先进产品进行分析、研究、解剖和试验，了解其参数、性能、构造和功能，掌握其关键技术、工作原理和工艺原理，以进行仿制、改进或发展创造新产品的一种方法。
（2）对于起重机中的非主要受力构件，可采用工字钢、槽钢等；可多采用焊接结构代替铸件，运用机器人焊接等先进焊接技术，与人工焊接相比，在保证焊接质量的同时可减少对焊料的使用；运用热处理等工艺提高起重机齿轮等构件的表面强度，确保结构优化的情况下起重机具有足够的安全性。
（3）国内起重机材料多为 Q235 和 Q345，而较少采用高分子材料、高强钢等材料。为了保证设计出的产品足够安全，设计者往往增加钢板厚度，并额外设计加强结构，从而提高了起重机的自重。国外的相关起重机企业采用铝合金材料制造起重机的主要构件，与钢制起重机相比，铝合金材料起重机可减重 30%以上；针对不同类型的构件了采用不同的材料，尽可能用 H 型钢材代替板材，节约结构钢材，并提高结构的抗弯强度。（
（4）传统的起重机可分为桁架式和箱形结构，通常以型钢和钢板作为主要组成构件，通过焊接或螺纹连接的方法实现不同构件的连接，这些结构偏重于稳定性和安全性，而对经济性考虑较少，使用型钢代替焊接横梁；采用柔性小车架，将“井字型”4 梁结构改为“工字型”梁结构；降低小车的总体高度，并采用“多合一”小车运行机构，这样在保证结构稳定性和安全性的前提下，对起重机的部分结构进行了改进，减小了起重机的自重。
（5）国内起重机的起升机构零部件的加工质量粗糙，传动系统效率低下，电气控制系统性能差，对起重机构和电气系统改进，采用紧凑型起升机构，选用高速电机并配用制动力矩小的制动器；采用变频调速技术，提高起重机的节能效果；起升机构可采用电动葫芦；根据起升高度和起升速度的不同选择合适的倍率。
起重机智能化研究的总体目标，是突破复杂环境下人工智能、作业空间识别、复杂装备全寿命周期管理等智能化技术等关键技术，开发出面向具有高智能化、带操作安全管理系统的智能装备，实现单机与机群智能化控制，并使我国重大施工装备、技术达到国际领先水平。智能化起重机应具有检测和识别工作对象与工作条件的功能，具有根据吊装目标自行决策的功能，具有响应决策、执行预定动作的伺服功能，具有自动监测吊装过程与及时修正的功能，具有自我安全防护及排除故障的功能。综合来看，起重机智能化的发展趋势包括以下 8个方面：
（1）机器人化的精准操作
智能起重机应具备全面感知、自动规划、主动动作、多机协同、自主学习以及决策控制等能力，为此采用环境自识别、轨迹规划、自动避障碍、远程操控、自主作业、故障诊断等智能化技术，将是起重机智能化的目标。这将使起重机的操作更安全、更舒适、更方便、更精准，操作人员可以在远离施工现场的情况下，远距离监控起重机械，完成指定吊装工程。同时应加大力度研究恶劣环境下的嵌入式系统开发，与单机智能化形成具有自动化操作、智能化作业规划和自适应环境识别的工程机械机器人系统，解决工程机械安全、高效、精准作业的问题。智能化起重机的另一方向是研究具有人工智能的吊装作业动作，融入人的经验，从而在快捷的基础上实现吊装作业安全、平稳、高效。可根据起重机工作典型特性，将汽车与航天的导航、环境识别、人工智能、精密遥控等融入进来，以固定模式、方法来简化操作人员技能要求，从而提高操作安全性。目前来看，应重点研究具有人工智能的起重机臂架技术，形成面向风电拆装工况的技术方案及装备，解决安全、高效、精准吊装的行业难题。在起重量大、起重臂架长、作业环境复杂、作业对象不确定等各种条件限制下，起重机将无法进行设备对作业环境和吊装对象的识别，从而造成精准对接困难。机器人领域在多关节运动轨迹控制技术、人工智能、环境识别等方向的深入研究成果，可应用于起重机臂架智能化控制。随着人工智能的介入，起重机现代化进程将会进一步加快，未来起重机将从目前的局部自动化向全面自动化过渡，并向远距离操控甚至无人驾驶的方向发展。
（2）作业环境自识别
开发具备环境识别能力并具有自我安全防护意识的起重机，能大大降低起重机故障，人员伤亡等事故的发生率。基于以上目的，需采用更多传感器系统及电子设备来持续监控起重机实际操作情况，提高起重机作业安全性和操作简便性。智能起重机要能在不同环境精确灵活地进行作业，高性能传感器的研究开发是必不可少的。智能系统完善和传感器性能改善是增强起重机智能化的重要手段，而来自传感器的信息如何组合，即传感器的信息融合问题必须解决。具体来讲，可通过图像识别技术及高精度差分 GPS 定位技术，准确定位吊重物位置，通过控制软件引导用户准确将起重姿态调整到最佳。而通过影像、声波、电磁感应、温度、压力等多传感技术实现吊装行驶路况规划、作业环境的自识别，可使起重机在千变万化的作业环境中实现安全精准作业。
（3）多机协同作业
随着工程建设中吊装的结构物不断向大型化发展，单台起重机的起重性能很难满足吊装要求，而应用多台起重机协同作业的需求日益增多。目前起重机多机协同作业时，由于需要多人采用对讲系统协调指挥，再依据指挥员主观判断来协调各起重机动作，为此吊装作业效率低、安全隐患较大。为有效提高起重机多机协同作业的工作效率及安全性，必须开展无线监控系统的研究课题。应用成熟的检测系统、无线通讯技术及监控终端，可实现多台起重机工作参数的实时监测、动作精准控制及动态报警，从而实现多机协同控制功能。具体上，多台起重机协同作业的通讯方式、载荷分配、动力学分析、协同控制算法、数据管理及检测均课题的研究重点。
（4）系统在线故障自诊断
大吨位起重机普遍采用机械、液压、电气综合控制，由大量的动力元件、检测元件、控制元件及执行元件有机组合而成。系统内部各元件之间呈现高度耦合性，出现的故障往往具有多样性、偶然性、复杂性、模糊性等特点，故障状态与原因间不具备可遵循的线性关系。目前国内起重机诊断能力弱，挖掘深度不够，处理方法简单，传统的故障诊断方法如故障库、专家诊断等均难以满足要求。针对起重机系统错综复杂的故障现象，利用新技术手段、研究新诊断方法将是起重机智能化的重要研究方向之一。对于起重机故障诊断技术，将从传统的人工诊断向以集成多传感器融合技术、信号分析处理技术、动态监控技术于一体的现代诊断技术发展。对于起重机故障诊断方式，将从以往的事后故障维修模式向按设备监控参数状态的维修模式转变。
（5）人机交互功能
国产起重机整机人性化水平较弱，未充分体现人性化，常顾此失彼。随着“以人为中心”设计思想逐渐被认可，传统的人机关系也在发生改变，人机系统的重心从“机”的因素转移到了“人”的因素上。在人机交互方面，近期的研究方向应考虑以下 4 点：一是将汽车、航天的导航、环境识别、人工智能、精密遥控等技术根据起重机工作典型特性融入进来，以简化对操作人员技能要求，降低劳动强度，提高操作安全性。二是使用人机工程软件，例如利用 PROE、UG 等三维设计软件自带的人机模块指导产品设计。三是搭建专有人机实验验证系统，利用眼动仪、数据手套等电子设备，通过数据采集判断产品显示、攀爬、维修、拆装等装置设置的合理性。四是搭建虚拟操作平台，系统评判起重机操纵系统的人性化水平。其中重点是考虑整机人性化，提高与人相关的视、听、说、触、做等各方面的人性化水平，并搭建参数化的测评系统，给出具体测评指标。
随着起重机市场的竞争越趋激烈，，起重机产品的利润空间进一步被压缩，轻量化.智能化设计已成为很多起重机企业提高市场竞争力、减少生产成本的重要举措。而且起重机械制造行业正在进入新的技术革命时代，大量新技术出现，知识的不断更新，生产达到高度柔性化阶段，作为学生的我们，响应国家号召的工业4.0战略，努力学习先进技术，时刻了解起重机前沿技术，不断创新，为起重机的轻量化和智能化贡献自己的一份力量，为我国的社会主义经济建设做出贡献。
靖江起重设备厂，唐经理：13905261605
上一页:龙门吊行走机构常见故障及检查
下一页:环链电动葫芦和钢丝绳电动葫芦有什么区别（一）
