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“塔式起重機(jī)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展研討會(huì)”首次會(huì)議在長(zhǎng)沙召開:中聯(lián)重科提出將塔機(jī)30年當(dāng)量設(shè)計(jì)壽命、數(shù)字化安全控制等納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
我國(guó)塔機(jī)行業(yè)規(guī)模占全球2/3以上,隨著國(guó)內(nèi)塔機(jī)行業(yè)在智能化等領(lǐng)域研究與實(shí)踐的不斷深入,部分領(lǐng)域技術(shù)水平已位居國(guó)際前沿,但是塔機(jī)行業(yè)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)水平仍落后于歐洲,亟待提升。因此需要增強(qiáng)塔機(jī)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)硬實(shí)力,帶動(dòng)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化,促進(jìn)行業(yè)整體技術(shù)水平提升,從而形成以技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量、品牌、服務(wù)為核心的競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)。
2021年6月17日,由全國(guó)起重機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)塔式起重機(jī)分技術(shù)委員會(huì)組織的“塔式起重機(jī)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展研討會(huì)”在長(zhǎng)沙召開。由哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中聯(lián)重科股份有限公司、北京建筑機(jī)械化研究院共同發(fā)起,以陸念力教授為組長(zhǎng)組成的專家評(píng)審組針對(duì)中聯(lián)重科提議的將塔機(jī)30年當(dāng)量設(shè)計(jì)壽命、數(shù)字化安全控制、塔機(jī)水平靜位移調(diào)整納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的提案進(jìn)行了審查研討并對(duì)提案進(jìn)行修訂,認(rèn)為有必要就此展開進(jìn)一步研究,修訂標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容,提升行業(yè)技術(shù)水平,促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展。
以下為經(jīng)過專家組討論并修訂后的提案
中聯(lián)重科針對(duì)起重機(jī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的三個(gè)修訂提案(評(píng)審修訂版)
塔式起重機(jī)安全使用是制造廠家、用戶和監(jiān)管部門共同關(guān)注的焦點(diǎn)。目前塔機(jī)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在壽命管理、安全控制技術(shù)方面與歐洲標(biāo)準(zhǔn)水平仍存在差距,行業(yè)對(duì)于塔機(jī)安全使用壽命的認(rèn)知理解存在分歧,不利于現(xiàn)代科學(xué)管理手段的提升。
塔機(jī)壽命管理不足體現(xiàn)在缺乏壽命設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),保證與驗(yàn)證手段不規(guī)范,年限管理不完善。安全控制技術(shù)的不足體現(xiàn)在一直沿用傳統(tǒng)的機(jī)械式安全裝置(本提案專指起升、變幅、回轉(zhuǎn)三個(gè)限位器和起重量、起重力矩兩個(gè)載荷限制器),先進(jìn)的數(shù)字化安全控制裝置很少采用。同時(shí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)塔機(jī)水平靜位移提出了要求,部分地方法規(guī)的引用制約了行業(yè)的發(fā)展。
從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)入手,通過修訂標(biāo)準(zhǔn),推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步,實(shí)現(xiàn)塔機(jī)行業(yè)的數(shù)字化升級(jí)、綠色化發(fā)展,中聯(lián)重科提出三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)修訂提案。
提案1【塔機(jī)30年當(dāng)量設(shè)計(jì)壽命】
建議GB/T13752建設(shè)施工用組裝式塔機(jī)當(dāng)量設(shè)計(jì)壽命明確為30年,并統(tǒng)計(jì)循環(huán)次數(shù);通常塔機(jī)工作級(jí)別按噸位區(qū)別定義:小型塔機(jī)(額定起重力矩≤2500kN.m)A4(使用等級(jí)U4、載荷狀態(tài)Q2),中型塔機(jī)(2500kN.m<額定起重力矩≤6300kN.m)A3(使用等級(jí)U4、載荷狀態(tài)Q1),大型塔機(jī)(額定起重力矩>6300kN.m)不高于A3;同時(shí)塔機(jī)載荷譜系數(shù)統(tǒng)計(jì)采用起重力矩(kN.m)代替起重機(jī)通用的起升載荷(N),焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命評(píng)價(jià)采用應(yīng)力幅法代替應(yīng)力比法。
GB/T 13752-2017規(guī)定的建設(shè)施工用組裝式塔機(jī)工作級(jí)別A4(使用等級(jí)U4、載荷狀態(tài)Q2)要求過于籠統(tǒng),不符合塔機(jī)實(shí)際應(yīng)用情況;沒有定義標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)年限,不利于社會(huì)對(duì)塔機(jī)壽命的直觀認(rèn)知。
另外,行業(yè)對(duì)塔機(jī)壽命缺乏概念,缺乏信心,缺乏執(zhí)行,缺乏監(jiān)控,缺乏技術(shù)管理手段。
為保障塔機(jī)設(shè)計(jì)壽命,塔機(jī)制造商應(yīng)強(qiáng)化壽命的定義,并具備壽命驗(yàn)算、驗(yàn)證、管理等方面的能力。
1 定義30年當(dāng)量設(shè)計(jì)壽命
塔機(jī)結(jié)構(gòu)對(duì)整機(jī)壽命影響最大,將標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、上支座、下支座、塔頭(或者塔頂、回轉(zhuǎn)塔身)、起重臂等作為塔機(jī)疲勞壽命關(guān)鍵部件,定義30年的當(dāng)量設(shè)計(jì)壽命。
額定起重力矩≤6300kN.m塔機(jī)總循環(huán)次數(shù)207000次=(30年壽命)×(工作230天/年)×(工作10小時(shí)/天)×(循環(huán)3次/小時(shí));
工作230天/年=365天/年×70%(年出租率)×90%(工地利用率);
載荷譜系數(shù)采用起重力矩定義,小型塔機(jī)(額定起重力矩≤2500kN.m)載荷狀態(tài)定義為Q2(0.125<Kp≤0.25);中型塔機(jī)(2500kN.m<額定起重力矩≤6300kN.m)載荷狀態(tài)定義為Q1(Kp≤0.125)。
——國(guó)內(nèi)建設(shè)施工用塔機(jī)的工作時(shí)長(zhǎng)和頻次都較高。根據(jù)分布在全國(guó)范圍內(nèi)超過2000臺(tái)塔機(jī)一年的遠(yuǎn)程大數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),塔機(jī)每天平均工作10小時(shí),每小時(shí)平均3個(gè)循環(huán)次數(shù),小型塔機(jī)經(jīng)常吊運(yùn)中等載荷,中型塔機(jī)經(jīng)常吊運(yùn)較輕載荷。根據(jù)GB/T 13752-2017之表3,小型塔機(jī)使用等級(jí)U4,載荷狀態(tài)Q2,工作級(jí)別A4;中型塔機(jī)使用等級(jí)U4,載荷狀態(tài)Q1,工作級(jí)別A3;對(duì)于額定起重力矩大于6300kN.m的大型塔機(jī),工作級(jí)別一般不高于A3。當(dāng)量設(shè)計(jì)壽命與載荷狀態(tài)、載荷譜系數(shù)強(qiáng)相關(guān),用戶實(shí)際使用年限要根據(jù)實(shí)際作業(yè)的載荷譜系數(shù)進(jìn)行等效折算。
摘自GB/T13752-2017表3
——prEN 14439:2018、ISO 4301-3:2021規(guī)定,非自行架設(shè)式塔機(jī)設(shè)計(jì)級(jí)別A3;
GB/T 3811-2008、GB/T 13752-2017規(guī)定,采用起升載荷(N)統(tǒng)計(jì)起重機(jī)的載荷譜系數(shù)Kp。但不同于汽車起重機(jī)、橋門式起重機(jī)等用起重量作為主參數(shù),塔式起重機(jī)以起重力矩為主參數(shù),主要部件受載與起重力矩直接相關(guān)。因此,塔機(jī)載荷譜系數(shù)采用起重力矩(kN.m)定義更加合理,而不是起重機(jī)通用的起升載荷(N)。
2 結(jié)構(gòu)壽命設(shè)計(jì)驗(yàn)算能力
2.1塔機(jī)結(jié)構(gòu)抗疲勞設(shè)計(jì)能力
塔機(jī)結(jié)構(gòu)的剛性匹配、局部的應(yīng)力集中程度、連接型式等直接影響設(shè)計(jì)疲勞壽命。企業(yè)應(yīng)有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)貫徹抗疲勞標(biāo)準(zhǔn),保障塔機(jī)結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)壽命要求。
2.2先進(jìn)科學(xué)的結(jié)構(gòu)壽命計(jì)算方法
采用更先進(jìn)的應(yīng)力幅法開展塔機(jī)焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命評(píng)價(jià),建立產(chǎn)品材料疲勞性能基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。
——大量焊接結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)以及國(guó)際知名學(xué)者研究證明,應(yīng)力幅值是焊接結(jié)構(gòu)壽命的影響主因。目前國(guó)際起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)ISO 20332:2016、歐洲起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)EN 13001-3-1:2012+A2:2018、國(guó)際焊接協(xié)會(huì)IIW標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB/T 50017-2017等均采用應(yīng)力幅法計(jì)算焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命。
——基于應(yīng)力幅法,根據(jù)實(shí)際焊接工藝和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié),開展焊接接頭S-N曲線試驗(yàn)并建立數(shù)據(jù)庫。
2.3一支精通塔機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞壽命計(jì)算隊(duì)伍
企業(yè)應(yīng)培養(yǎng)或者外聘一支涉及力學(xué)、材料、機(jī)械等多學(xué)科交叉、對(duì)塔機(jī)產(chǎn)品有深入研究的專業(yè)化隊(duì)伍,解決塔機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞壽命問題。
3 制造技術(shù)保障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命
塔機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度與加工工藝、制造水平息息相關(guān)。焊接缺陷的控制能力和檢驗(yàn)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(yīng)的設(shè)備,保障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命。
——國(guó)際起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)ISO 20332:2016、歐洲起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)EN 13001-3-1:2012+A2:2018,對(duì)焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量進(jìn)行了分級(jí)。
——塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)制造與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 11157-2011對(duì)塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的加工制造質(zhì)量進(jìn)行了規(guī)定和分類。
4 結(jié)構(gòu)壽命試驗(yàn)驗(yàn)證
為保障塔機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命滿足設(shè)計(jì)要求,需要開展塔機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞壽命驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)既可以直接驗(yàn)證結(jié)構(gòu)壽命,也可以驗(yàn)證和完善疲勞計(jì)算方法。塔機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)分為整機(jī)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和關(guān)鍵零部件試驗(yàn),相互結(jié)合。
5 塔機(jī)壽命管理
生產(chǎn)廠商應(yīng)向用戶準(zhǔn)確告知設(shè)備的當(dāng)量設(shè)計(jì)壽命及對(duì)應(yīng)載荷狀態(tài)。
每臺(tái)塔機(jī)應(yīng)安裝載荷數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),例如安全監(jiān)控系統(tǒng),記錄并遠(yuǎn)程傳輸作業(yè)循環(huán)次數(shù)、工作載荷等信息,以便準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)和管理塔機(jī)結(jié)構(gòu)的服役狀態(tài);精準(zhǔn)評(píng)估塔機(jī)結(jié)構(gòu)剩余壽命以利于再制造、報(bào)廢。
將塔機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞壽命關(guān)鍵部件進(jìn)行身份永久標(biāo)識(shí),便于T/CCIAT0026-2020《建筑起重機(jī)械安全評(píng)估規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施,對(duì)塔機(jī)結(jié)構(gòu)的報(bào)廢以及行業(yè)選型具有重要意義。
提案2【塔機(jī)數(shù)字化安全控制】
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)引領(lǐng)行業(yè)進(jìn)步及技術(shù)發(fā)展,建議向歐標(biāo)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(jī)械式安全裝置的條款,推薦優(yōu)先使用數(shù)字化安全控制裝置。
當(dāng)今中國(guó)塔機(jī)基于傳統(tǒng)應(yīng)用,大多只采用傳統(tǒng)的開關(guān)信號(hào)類機(jī)械式安全裝置,無電子式,安全信號(hào)數(shù)據(jù)不連續(xù),有的雖然配置具有連續(xù)數(shù)據(jù)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(shù)字化控制,只有電子式安全裝置,無機(jī)械式。
具有連續(xù)數(shù)據(jù)的電子式安全裝置的數(shù)字化控制,可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制、實(shí)時(shí)監(jiān)視、實(shí)時(shí)校驗(yàn)、實(shí)時(shí)反饋??蓪?shí)現(xiàn)失效保護(hù)、標(biāo)定方便、控制精準(zhǔn)等機(jī)械式難以實(shí)現(xiàn)的功能,安全性能更優(yōu)。
——prEN 14439:2018之5.4.2.2.1明確安全裝置可采用機(jī)械式,或者是有校驗(yàn)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(diǎn)或控制定幅變碼的觸點(diǎn)應(yīng)分別設(shè)置,且能分別調(diào)整?!苯ㄗh修改“觸點(diǎn)”所限制的機(jī)械式條款。
——GB 5144-2006之6.3.2.1“小車變幅的塔機(jī),應(yīng)設(shè)置小車行程限位開關(guān)。”建議修改“開關(guān)”要求,改為“裝置”或其他術(shù)語。
——GB/T 3811-2008之7.5.1.2 “對(duì)用于安全保護(hù)的聯(lián)鎖信號(hào),如極限限位、超速限制等,應(yīng)具有直接的繼電保護(hù)聯(lián)鎖線路?!逼渲兄苯拥睦^電保護(hù)聯(lián)鎖線路是基于傳統(tǒng)塔機(jī)控制所做的規(guī)定,電子式控制能起到同樣的保護(hù)效果。建議修訂。
提案3【塔機(jī)水平靜位移】
EN、ISO沒有對(duì)塔機(jī)水平靜位移提出要求,說明水平靜位移非剛性約束指標(biāo)。為適應(yīng)新材料的應(yīng)用,在考慮二階效應(yīng)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(dāng)放寬。
隨著現(xiàn)代新技術(shù)、新材料在塔機(jī)行業(yè)的使用,塔機(jī)結(jié)構(gòu)水平靜位移強(qiáng)制要求成為新時(shí)代塔機(jī)輕量化、經(jīng)濟(jì)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(duì)起重機(jī)水平靜位移均沒有要求。
——GB/T 13752-2017之5.6.2“塔身處于獨(dú)立狀態(tài)的塔式起重機(jī),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(shí)還應(yīng)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(zhuǎn)柱的連接處)產(chǎn)生的水平靜位移ΔL與塔身自由獨(dú)立高度H的關(guān)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(jī)起重臂根部連接處的水平靜位移應(yīng)不大于1.34H%(H為最大獨(dú)立狀態(tài)下起重臂根部連接處至塔機(jī)基準(zhǔn)面的垂直距離)”。
——在標(biāo)準(zhǔn)中,對(duì)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(dāng)塔機(jī)在自重作用下將產(chǎn)生一個(gè)水平靜位移Δ自重,而當(dāng)塔機(jī)在額定載荷作用下,將產(chǎn)生變形ΔL。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)為水平靜位移為ΔL-Δ自重,有的則認(rèn)為水平靜位移為ΔL。
塔身剛性對(duì)于既有塔身是確定值,不應(yīng)受配重和自重等因素影響。應(yīng)明確定義塔身剛性,以便制造企業(yè)與檢測(cè)機(jī)構(gòu)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)塔機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)和檢測(cè)。本提案認(rèn)定為圖中的ΔL。
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2021年6月17日