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              “塔式起重機技術創新發展研討會”首次會議在長沙召開:中聯重科提出將塔機30年當量設計壽命、數字化安全控制等納入國家標準

              發布時間:2021-06-19 08:50:24      閱讀次數:1056

              我國塔機行業規模占全球2/3以上,隨著國內塔機行業在智能化等領域研究與實踐的不斷深入,部分領域技術水平已位居國際前沿,但是塔機行業國內標準水平仍落后于歐洲,亟待提升。因此需要增強塔機中國標準硬實力,帶動創新成果轉化,促進行業整體技術水平提升,從而形成以技術、標準、質量、品牌、服務為核心的競爭新優勢。


              2021年6月17日,由全國起重機械標準化技術委員會塔式起重機分技術委員會組織的“塔式起重機技術創新發展研討會”在長沙召開。由哈爾濱工業大學、中聯重科股份有限公司、北京建筑機械化研究院共同發起,以陸念力教授為組長組成的專家評審組針對中聯重科提議的將塔機30年當量設計壽命、數字化安全控制、塔機水平靜位移調整納入國家標準的提案進行了審查研討并對提案進行修訂,認為有必要就此展開進一步研究,修訂標準相關內容,提升行業技術水平,促進行業健康發展。

              以下為經過專家組討論并修訂后的提案

              中聯重科針對起重機相關標準的三個修訂提案(評審修訂版)


              塔式起重機安全使用是制造廠家、用戶和監管部門共同關注的焦點。目前塔機國家標準在壽命管理、安全控制技術方面與歐洲標準水平仍存在差距,行業對于塔機安全使用壽命的認知理解存在分歧,不利于現代科學管理手段的提升。


              塔機壽命管理不足體現在缺乏壽命設計標準,保證與驗證手段不規范,年限管理不完善。安全控制技術的不足體現在一直沿用傳統的機械式安全裝置(本提案專指起升、變幅、回轉三個限位器和起重量、起重力矩兩個載荷限制器),先進的數字化安全控制裝置很少采用。同時國家標準對塔機水平靜位移提出了要求,部分地方法規的引用制約了行業的發展。


              從國家標準入手,通過修訂標準,推動行業技術進步,實現塔機行業的數字化升級、綠色化發展,中聯重科提出三個標準修訂提案。


              提案1【塔機30年當量設計壽命】


              建議GB/T13752建設施工用組裝式塔機當量設計壽命明確為30年,并統計循環次數;通常塔機工作級別按噸位區別定義:小型塔機(額定起重力矩≤2500kN.m)A4(使用等級U4、載荷狀態Q2),中型塔機(2500kN.m<額定起重力矩≤6300kN.m)A3(使用等級U4、載荷狀態Q1),大型塔機(額定起重力矩>6300kN.m)不高于A3;同時塔機載荷譜系數統計采用起重力矩(kN.m)代替起重機通用的起升載荷(N),焊接結構疲勞壽命評價采用應力幅法代替應力比法。


              GB/T 13752-2017規定的建設施工用組裝式塔機工作級別A4(使用等級U4、載荷狀態Q2)要求過于籠統,不符合塔機實際應用情況;沒有定義標準設計年限,不利于社會對塔機壽命的直觀認知。


              另外,行業對塔機壽命缺乏概念,缺乏信心,缺乏執行,缺乏監控,缺乏技術管理手段。


              為保障塔機設計壽命,塔機制造商應強化壽命的定義,并具備壽命驗算、驗證、管理等方面的能力。


              1 定義30年當量設計壽命


              塔機結構對整機壽命影響最大,將標準節、上支座、下支座、塔頭(或者塔頂、回轉塔身)、起重臂等作為塔機疲勞壽命關鍵部件,定義30年的當量設計壽命。


              額定起重力矩≤6300kN.m塔機總循環次數207000次=(30年壽命)×(工作230天/年)×(工作10小時/天)×(循環3次/小時);


              工作230天/年=365天/年×70%(年出租率)×90%(工地利用率);


              載荷譜系數采用起重力矩定義,小型塔機(額定起重力矩≤2500kN.m)載荷狀態定義為Q2(0.125<Kp≤0.25);中型塔機(2500kN.m<額定起重力矩≤6300kN.m)載荷狀態定義為Q1(Kp≤0.125)。


              ——國內建設施工用塔機的工作時長和頻次都較高。根據分布在全國范圍內超過2000臺塔機一年的遠程大數據分析發現,塔機每天平均工作10小時,每小時平均3個循環次數,小型塔機經常吊運中等載荷,中型塔機經常吊運較輕載荷。根據GB/T 13752-2017之表3,小型塔機使用等級U4,載荷狀態Q2,工作級別A4;中型塔機使用等級U4,載荷狀態Q1,工作級別A3;對于額定起重力矩大于6300kN.m的大型塔機,工作級別一般不高于A3。當量設計壽命與載荷狀態、載荷譜系數強相關,用戶實際使用年限要根據實際作業的載荷譜系數進行等效折算。


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              摘自GB/T13752-2017表3


              ——prEN 14439:2018、ISO 4301-3:2021規定,非自行架設式塔機設計級別A3;


              GB/T 3811-2008、GB/T 13752-2017規定,采用起升載荷(N)統計起重機的載荷譜系數Kp。但不同于汽車起重機、橋門式起重機等用起重量作為主參數,塔式起重機以起重力矩為主參數,主要部件受載與起重力矩直接相關。因此,塔機載荷譜系數采用起重力矩(kN.m)定義更加合理,而不是起重機通用的起升載荷(N)。


              2   結構壽命設計驗算能力


              2.1塔機結構抗疲勞設計能力


              塔機結構的剛性匹配、局部的應力集中程度、連接型式等直接影響設計疲勞壽命。企業應有設計標準,結構設計貫徹抗疲勞標準,保障塔機結構滿足設計壽命要求。


              2.2先進科學的結構壽命計算方法


              采用更先進的應力幅法開展塔機焊接結構疲勞壽命評價,建立產品材料疲勞性能基礎數據庫。


              ——大量焊接結構疲勞試驗以及國際知名學者研究證明,應力幅值是焊接結構壽命的影響主因。目前國際起重機鋼結構設計標準ISO 20332:2016、歐洲起重機鋼結構設計標準EN 13001-3-1:2012+A2:2018、國際焊接協會IIW標準、國家鋼結構設計規范GB/T 50017-2017等均采用應力幅法計算焊接結構疲勞壽命。


              ——基于應力幅法,根據實際焊接工藝和結構細節,開展焊接接頭S-N曲線試驗并建立數據庫。


              2.3一支精通塔機結構疲勞壽命計算隊伍


              企業應培養或者外聘一支涉及力學、材料、機械等多學科交叉、對塔機產品有深入研究的專業化隊伍,解決塔機結構疲勞壽命問題。


              3 制造技術保障結構設計壽命


              塔機結構疲勞強度與加工工藝、制造水平息息相關。焊接缺陷的控制能力和檢驗手段,疲勞薄弱位置的工藝手段直接影響疲勞壽命,需要健全的工藝和相應的設備,保障結構設計壽命。


              ——國際起重機鋼結構設計標準ISO 20332:2016、歐洲起重機鋼結構設計標準EN 13001-3-1:2012+A2:2018,對焊接結構質量進行了分級。


              ——塔式起重機鋼結構制造與檢驗標準JB/T 11157-2011對塔式起重機鋼結構的加工制造質量進行了規定和分類。


              4 結構壽命試驗驗證


              為保障塔機結構的疲勞壽命滿足設計要求,需要開展塔機結構疲勞壽命驗證試驗。試驗既可以直接驗證結構壽命,也可以驗證和完善疲勞計算方法。塔機結構疲勞試驗分為整機結構試驗和關鍵零部件試驗,相互結合。


              5 塔機壽命管理


              生產廠商應向用戶準確告知設備的當量設計壽命及對應載荷狀態。


              每臺塔機應安裝載荷數據管理系統,例如安全監控系統,記錄并遠程傳輸作業循環次數、工作載荷等信息,以便準確統計和管理塔機結構的服役狀態;精準評估塔機結構剩余壽命以利于再制造、報廢。


              將塔機結構疲勞壽命關鍵部件進行身份永久標識,便于T/CCIAT0026-2020《建筑起重機械安全評估規程》等標準的實施,對塔機結構的報廢以及行業選型具有重要意義。




              提案2【塔機數字化安全控制】


              國家標準應引領行業進步及技術發展,建議向歐標EN14439看齊,允許使用有互校功能的電子式安全裝置,修改必須使用機械式安全裝置的條款,推薦優先使用數字化安全控制裝置。


              當今中國塔機基于傳統應用,大多只采用傳統的開關信號類機械式安全裝置,無電子式,安全信號數據不連續,有的雖然配置具有連續數據的電子式安全裝置,但無互校功能。


              歐洲主流廠家LIEBHERR等為純數字化控制,只有電子式安全裝置,無機械式。


              具有連續數據的電子式安全裝置的數字化控制,可實現實時控制、實時監視、實時校驗、實時反饋??蓪崿F失效保護、標定方便、控制精準等機械式難以實現的功能,安全性能更優。


              ——prEN 14439:2018之5.4.2.2.1明確安全裝置可采用機械式,或者是有校驗的電子式。


              ——GB 5144-2006之6.2.3“力矩限制器控制定碼變幅的觸點或控制定幅變碼的觸點應分別設置,且能分別調整?!苯ㄗh修改“觸點”所限制的機械式條款。


              ——GB 5144-2006之6.3.2.1“小車變幅的塔機,應設置小車行程限位開關?!苯ㄗh修改“開關”要求,改為“裝置”或其他術語。


              ——GB/T 3811-2008之7.5.1.2 “對用于安全保護的聯鎖信號,如極限限位、超速限制等,應具有直接的繼電保護聯鎖線路?!逼渲兄苯拥睦^電保護聯鎖線路是基于傳統塔機控制所做的規定,電子式控制能起到同樣的保護效果。建議修訂。




              提案3【塔機水平靜位移】


              EN、ISO沒有對塔機水平靜位移提出要求,說明水平靜位移非剛性約束指標。為適應新材料的應用,在考慮二階效應影響后,建議GB/T 13752、GB/T 3811、GB/T 5031可取消水平靜位移的控制值要求,或者適當放寬。


              隨著現代新技術、新材料在塔機行業的使用,塔機結構水平靜位移強制要求成為新時代塔機輕量化、經濟化的制約因素。


              ——prEN 14439:2018、EN 13001-3-1:2012+A2:2018、DIN 15018:1984、FEM 1.001:1998等對起重機水平靜位移均沒有要求。


              ——GB/T 13752-2017之5.6.2“塔身處于獨立狀態的塔式起重機,在額定起升載荷作用下,起重臂根部連接處的水平靜位移推薦不大于1.34h/100”。


              ——GB/T 3811-2008之5.5.2.2“在額定起升載荷(有小車時還應包括在臂端的小車自重載荷)作用下,塔身在其與臂架連接處(或臂架與轉柱的連接處)產生的水平靜位移ΔL與塔身自由獨立高度H的關系,推薦為ΔL≤1.34H/100”。


              ——GB/T 5031-2019之5.2.5“在額定載荷作用下,塔機起重臂根部連接處的水平靜位移應不大于1.34H%(H為最大獨立狀態下起重臂根部連接處至塔機基準面的垂直距離)”。


              ——在標準中,對于塔身在臂架連接處的水平靜位移沒有明確的定義。如圖所示,當塔機在自重作用下將產生一個水平靜位移Δ自重,而當塔機在額定載荷作用下,將產生變形ΔL。對于標準中的塔身在臂架連接處的水平靜位移的取值各方有不同看法。有的認為水平靜位移為ΔL-Δ自重,有的則認為水平靜位移為ΔL。


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              塔身剛性對于既有塔身是確定值,不應受配重和自重等因素影響。應明確定義塔身剛性,以便制造企業與檢測機構采用統一標準對塔機進行設計和檢測。本提案認定為圖中的ΔL。


               


              中聯重科股份有限公司


                                                  2021年6月17日 


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