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起重機是一種集(ji)物料起重起重機的轻量化(hua)和智能化发展
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起重機
是(shi)一種集物料起重、運輸和裝卸為一體的(de)輸送設(she)備和工業安裝設備,在現代化生產(chan)中起着不可或缺的(de)作用。长(zhang)期(qi)以來,我國對起重(zhong)機的設計質量和設計水平的衡量通常(chang)侧重於技術角度,而對經濟性、環保性等方面(mian)的要求考虑较少(shao),致使起重機能耗高、自重及體积较大且安(an)全系数裕量也(ye)较大,造成(cheng)资源的浪費,並且针對目前起重機(ji)行業單一起重機設備价格過於低(di)廉和低端起重機產品過剩,造成恶性(xing)竞争的現状,產(chan)品的技術含量(liang)不断升級,產(chan)品附加值(zhi)和業務拓展範围随之擴大。對(dui)於用戶來說,人力(li)成本的增(zeng)加占企業成本比重越來越大,这就促成了一(yi)部分市場(chang)的需求。起重機的轻(qing)量化和智能化技術正好(hao)符合了目前的市場潮流,也響應了(le)國家號(hao)召的工業4.0战略,提高了(le)用戶的現代(dai)化管理,節省用工数量和成本,又為起重機企業提供了設備升級和(he)利润增(zeng)长點,為今后起重機行業发(fa)展(zhan)方向指明了通道。
為了满足實(shi)际需(xu)求,現代起重機械正向着大起重量的(de)方向发展。轻量化技(ji)術就是在保證起重重量(liang)的同時,减少起(qi)重機的自重(zhong)。我國的起重機自重普遍(bian)比國外先進的起重(zhong)機重 20%-50%以上(shang),據此可(ke)看出我國起重機自重與欧式起重機之間的巨大(da)差距,在起重機的轻量化設計方面,我國還(hai)有很大的提升空間。起重機轻量化主要體現在五個(ge)方(fang)面:
(1)我國起重機的設計方法通常為許用應(ying)力法(fa),為保證起重機(ji)產品使用的安全性(xing),在實(shi)际設計中通常采用较大的安(an)全系数,从而导致起重機(ji)產品自重增加,尺(chi)寸偏大,造成(cheng)资源的浪費。應(ying)廣泛使(shi)用限状態的設計法,提高計算精度,使計算結果更逼近金屬結構在實际工作中的状態;應用有限(xian)元法、模糊優化設計(ji)等(deng)現代設計方法,深入剖析並動態模擬鋼材結構的力(li)學和材(cai)料性能;目前(qian)世界各國都(dou)在充分利用別國的科技成果加以消化吸收與创新,並進(jin)一步发展自己的新技術和新產品。反求工程設計是针對消化吸收先進技術的一(yi)系列方法和應用技術(shu)的組合。反求工程設計通過實物(wu)或技術资(zi)料對已有的先進產品進行分析、研究、解(jie)剖和試驗,了解其參数、性能、構造(zao)和功能,掌握其關键技術(shu)、工作(zuo)原理和工藝原理,以(yi)進行(xing)仿製、改進或发展创造新產(chan)品的一種方(fang)法。
(2)對於起(qi)重機中的非主要(yao)受力構件,可采用(yong)工字鋼、槽(cao)鋼(gang)等;可多采用焊接結構(gou)代替鑄件,運用機器人焊(han)接(jie)等先進焊接技術,與人工焊(han)接相比,在(zai)保證焊接質量的同時可(ke)减少對焊料的使用;運用熱處理等工藝提高起(qi)重機齒轮等構件的(de)表面強度,確(que)保結構優化的情况下起重機具有足够的安(an)全性。
(3)國内起重(zhong)機材(cai)料多為 Q235 和 Q345,而较少采用高分子材(cai)料、高(gao)強鋼等材料。為了保證設計出的產品(pin)足够安全,設計者往往增加鋼(gang)板厚(hou)度,並(bing)额外設計加強結構,从而提高了起(qi)重機的自重(zhong)。國外的(de)相關起重機企業采用铝合金材料製造起重機的主要構件,與鋼製起重(zhong)機相比,铝合(he)金材料起重機可减(jian)重 30%以上(shang);针(zhen)對不同類型的(de)構件了采用不同的材料,盡可能(neng)用 H 型鋼材代替(ti)板材,節約結構鋼材,並提(ti)高結構的抗弯強度。(
(4)傳統的起重機可分(fen)為桁(heng)架式和箱形結構,通常以(yi)型鋼和鋼板作為主要組成構(gou)件,通過焊接或螺(luo)纹连(lian)接的方法實現不同構件的连接,这些結構偏重於稳(wen)定性和安全性(xing),而對經濟性考虑较少(shao),使用型鋼(gang)代替(ti)焊接橫梁;采用柔性(xing)小车(che)架,將“井字型”4 梁結構改為(wei)“工(gong)字型”梁結構;降低(di)小车的总體高(gao)度,並采用“多合一”小车運行機構,这樣在保證結構(gou)稳定性和安全性的前提下,對起重機的部分(fen)結構進行了(le)改進,减小了起(qi)重機的自重(zhong)。
(5)國内起重機的起升機(ji)構零部件的加工質量粗糙(cao),傳動系統效(xiao)率(lv)低下,電氣控(kong)製系統性能差,對起重機構(gou)和電氣系統(tong)改進,采用紧凑型起升機構,選用高速電機並配用製動力矩小的製動器;采用變(bian)頻調速技術,提高起(qi)重機的節能效(xiao)果;起升(sheng)機構(gou)可采用電動葫芦;根據起升高度(du)和起升速度的不同選擇合適的倍率(lv)。
起重機智能化研究的总體目標,是突破复雜環境(jing)下人工智(zhi)能、作業空間识別、复雜裝備全寿命周期管理等(deng)智能化技術等關键技(ji)術,開发出面向具有高智能(neng)化、带操作安全管理系統的智(zhi)能裝(zhuang)備,實(shi)現單機與(yu)機群智能化控製,並使我國重大(da)施工裝備(bei)、技術達到國际领/先水平。智(zhi)能化起重機應具有檢測和识別工作對象與工作条件的功能,具有(you)根據吊裝目標自行決策的功能,具有響應(ying)決策、執行预定(ding)動作(zuo)的伺服功能,具有自動监測吊裝過程與及時修(xiu)正的功能(neng),具有自我安全防護及排除(chu)故障(zhang)的功能。綜合來看,起重機智能化的(de)发展趨勢包括以(yi)下 8個方面:
(1)機器人化的精/準操作
智能起重機應具備全/面(mian)感知、自動規(gui)劃、主動動作、多機协同、自主學習以及決策控製等能力,為此采用環境自识(shi)別(bie)、轨(gui)迹(ji)規劃、自動避障(zhang)碍、远程操控、自(zi)主作(zuo)業、故障诊断(duan)等智能化技(ji)術,將是起重機智(zhi)能化的目標。这將使起重(zhong)機的操作更(geng)/安全、更舒/適、更方便、更精(jing)/準,操作人(ren)員可以在远离施(shi)工現場的情况下,远距离监控(kong)起重(zhong)機械,完成指定吊裝工(gong)程。同時應加大力度研究恶劣環境(jing)下的嵌入式系(xi)統開发,與單機(ji)智能化形成具(ju)有自動化操作、智能化作業規劃和自適應環境识別的工程機(ji)械機(ji)器人系統,解決工程機械安全、高/效、精/準作業的問題(ti)。智(zhi)能化(hua)起重機的另一方向是研究具有人工智能的吊裝作業動作,融入人的經驗,从而在快捷的基礎上(shang)實現吊裝作業安全、平稳、高/效。可根據起重機工作典型特性,將汽车(che)與(yu)航天的导航、環境识別、人(ren)工智能、精/密遥(yao)控等融入進來,以固(gu)定模式、方(fang)法來簡化操作人員技能要求,从而提高操作安全(quan)性。目前來看(kan),應重/點研究具有人工智能的起重(zhong)機臂架技(ji)術,形成面向風(feng)電拆裝工况的技(ji)術方案及裝備,解決安全、高/效、精/準(zhun)吊裝的(de)行業难題。在起重量大、起重臂架长、作業環境复雜(za)、作業(ye)對象不確定等(deng)各種条件限製下,起重機將无法(fa)進行設備對作業環境和吊(diao)裝對象的识別,从而造(zao)成(cheng)精/準對接困难(nan)。機器人领域在多關節運動轨迹控製技術、人(ren)工智能、環(huan)境识別等方向的深入研究成(cheng)果,可應用於(yu)起重機臂架智能化控製。随着人工(gong)智能的(de)介入,起重機現代化進程將會進一步加快(kuai),未來起重(zhong)機將从目前的局部自動化向全/面自動化過渡,並向远距离操控甚至无人駕驶的方向发展。
(2)作業環境自识別
開(kai)发具備環境识別能力(li)並具有自我安全防護意识的起重機,能(neng)大大(da)降低起重機故障,人員伤亡等事故的发生(sheng)率(lv)。基於以上(shang)目的,需采用更多傳感(gan)器系統及電子設備來持(chi)續监控起重機實际操作情况,提高起重機作(zuo)業安全性和操作簡便性。智能(neng)起重機要能在不同環(huan)境精/確灵活地進行(xing)作(zuo)業,高性能傳感器的研究開发是必不(bu)可少的(de)。智能系統(tong)完善和傳感器性能改善是增強起重機智能(neng)化的重要手段,而來自(zi)傳感器的信息如何組合(he),即傳感器的(de)信息融合問題须解決。具體來講,可通過圖像识(shi)別技術及高精度差分 GPS 定(ding)位技(ji)術,準確(que)定(ding)位吊重物位置,通(tong)過控製软件引导用戶準確將起重姿態調整到较佳。而(er)通過影像(xiang)、聲波、電(dian)磁感應(ying)、温度、壓(ya)力等多傳感技術(shu)實現吊裝行驶路况規劃、作業(ye)環境的(de)自识別,可使起(qi)重機在千變萬(wan)化的作業環境中實現安全精/準作業(ye)。
(3)多機协同作業
随着工(gong)程建設中吊裝的結構物不断向(xiang)大型化发展,單(dan)臺起重機的起(qi)重性能很难满足吊裝要求,而應用多臺起重機协(xie)同(tong)作業的需求日益增多。目前起重機(ji)多機协同作(zuo)業時,由於需要多人采用對講系統协(xie)調指挥,再依據指挥員主觀(guan)判断(duan)來协調各起重機動作,為此吊裝作(zuo)業效率(lv)低、安全(quan)隐患(huan)较大。為有效提高起重機多機协同作業(ye)的工作(zuo)效率及安全性,须開展无線监控系統的研究課題。應用成熟的檢測(ce)系統、无(wu)線通(tong)訊技術及监控終端,可實現多臺(tai)起重機工作參数的實時监測、動作精/準控製及動(dong)態報警,从而實現(xian)多機协同控製功能(neng)。具體上,多臺起重機协同作業的通(tong)訊方式、载(zai)荷分配、動力學分析、协同控製(zhi)算法(fa)、数據管理及檢測均課(ke)題的(de)研究重/點。
(4)系統在線故障自诊断
大吨位起重(zhong)機普遍采用機械、液壓、電(dian)氣綜合控製,由大量的動力(li)元件、檢測元件、控製元件及執行元件有機組合而成。系統(tong)内部各元件(jian)之間呈現高度耦合性,出現的故障往往具有多樣性、偶然性、复雜性(xing)、模糊性(xing)等特點(dian),故障状態與原因間不具備可遵循(xun)的線(xian)性關系。目(mu)前國(guo)内起重機诊断能力弱,挖掘深(shen)度不够,處理方法簡單,傳統的故障诊断方法如(ru)故障库(ku)、專家诊(zhen)断等(deng)均难以满足要求。针對起重機系(xi)統错綜复雜的故(gu)障現象,利用新技(ji)術手段(duan)、研究新诊断方法將是起重機智能化的重要研究方向(xiang)之(zhi)一。對於起重機(ji)故障诊断技(ji)術,將从傳統的人工诊断向以集成多傳感器融合技(ji)術、信號分析處(chu)理技(ji)術、動(dong)態监控技術於一(yi)體的現代诊断技術发展。對(dui)於起(qi)重機故障诊断方式,將从以往的事后故障維修模式(shi)向按設備监(jian)控參数状態的維修模式轉變。
(5)人機交互功能
國產起重機整機人性化水平较弱,未(wei)充分體現人性化(hua),常顧此失彼。随着“以人為(wei)中(zhong)/心”設(she)計思想(xiang)逐渐被認可,傳統的人機關系也在发生(sheng)改變(bian),人機系統的重/心从“機”的因素轉移到了“人”的因素上(shang)。在人機交互方面,近期的研究方向應(ying)考虑以下 4 點:一是將汽(qi)车、航天的导(dao)航、環境识別、人(ren)工智能、精/密遥(yao)控(kong)等技術根據起重機工作典型特性融入進來,以(yi)簡化對操作(zuo)人員技能要求,降低劳動強度,提高操(cao)作安全性。二(er)是使用人機(ji)工程软件,例如利用 PROE、UG 等三維設計软件自带的(de)人機模块指导產品(pin)設計。三是(shi)搭建專有人(ren)機實驗驗證系統,利用眼(yan)動儀(yi)、数(shu)據手套等(deng)電子設備,通過数據采集判断產品(pin)顯(xian)示、攀爬、維修、拆裝等裝置設置的合理性(xing)。四是搭(da)建虚(xu)擬操作平臺,系統評判起重機操縱(zong)系統(tong)的人性化水平。其(qi)中重/點是考(kao)虑(lv)整機人性化,提高與人相(xiang)關的(de)視、聽、說、触、做(zuo)等各方面的人(ren)性化水平,並搭建參数化的(de)測評系統,給出具體測評指標。
随着起重機市場的竞争越趨(qu)激烈,,起重機產品(pin)的利润(run)空間進一步被壓縮,轻量化.智能化設計已成為(wei)很多起重機企業提高市場(chang)竞争力、减少生產成(cheng)本的重要舉措。而且起重機械製造行(xing)業正在進入新的技術革命(ming)時代,大量新技術出現(xian),知识的不断(duan)更新(xin),生產達(da)到高度(du)柔性化阶段,作為學生的(de)我們,響應國(guo)家(jia)號召的工業4.0战略,努力學習先進技術,時刻了解起重機前(qian)沿技術,不断创新,為起重機的轻量化(hua)和智能化貢献自己的一份力量,為(wei)我國的社會主義經(jing)濟建設做出貢献。
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造成起重機設(she)備(bei)行走跑偏的原因有哪些
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起重機械按國家規定屬八大類特種設備之一
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