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重磅丨中聯(lián)重科提出塔機(jī)30年壽命納入國家標(biāo)準(zhǔn)
18/06.2021
△塔式起重機(jī)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展研討會首次會議在長沙召開
6月17日，由中聯(lián)重科牽頭承辦的“塔式起重機(jī)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展研討會”在長沙召開。來自全國產(chǎn)學(xué)研用相關(guān)單位的近30名專家共聚長沙，共話行業(yè)關(guān)注的熱點話題。會上，專家評審組針對中聯(lián)重科提議的將塔機(jī)30年當(dāng)量設(shè)計壽命、數(shù)字化安全控制、塔機(jī)水平靜位移調(diào)整納入國家標(biāo)準(zhǔn)的提案進(jìn)行了審查研討。與會專家一致認(rèn)為中聯(lián)重科的提案具有重要意義，該提案的提出將進(jìn)一步推動塔機(jī)行業(yè)數(shù)字化升級、綠色化發(fā)展。
?“塔式起重機(jī)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展研討會”由全國起重機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會塔式起重機(jī)分技術(shù)委員會組織，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。本次與會的專家來自該委員會委員、高等院校、科研院所以及全國塔機(jī)制造、租賃領(lǐng)域的龍頭企業(yè)。
據(jù)了解，我國塔機(jī)行業(yè)規(guī)模占全球2/3以上，隨著國內(nèi)塔機(jī)行業(yè)在智能化等領(lǐng)域研究與實踐的不斷深入，部分領(lǐng)域技術(shù)水平已位居國際前沿。但是塔機(jī)行業(yè)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)水平仍落后于歐洲，亟待提高。因此需要增強(qiáng)塔機(jī)中國標(biāo)準(zhǔn)硬實力，帶動創(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)為核心的競爭新優(yōu)勢。
會議上，中聯(lián)重科提議將塔機(jī)30年當(dāng)量設(shè)計壽命、數(shù)字化安全控制、塔機(jī)水平靜位移調(diào)整納入國家標(biāo)準(zhǔn)。以哈爾濱工業(yè)大學(xué)陸念力教授為組長的專家評審組針對三項提案進(jìn)行了審查研討，并對提案進(jìn)行修訂。專家評審組一致認(rèn)為有必要就此展開進(jìn)一步研究，并修訂現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容，以促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。
△評審組組長及部分組員
△專家評審會議
相關(guān)專家表示，此次中聯(lián)重科三項提案聚焦塔機(jī)壽命管理、安全控制技術(shù)等方面，為目前塔機(jī)行業(yè)制造廠家、用戶和監(jiān)管部門等多方關(guān)注的焦點；并以前沿的視角對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的不足提出了針對性的提案，在助推塔機(jī)行業(yè)數(shù)字化升級、綠色化發(fā)展、推動行業(yè)技術(shù)進(jìn)步、提升我國塔機(jī)行業(yè)國際競爭力皆大有裨益。
據(jù)了解，中聯(lián)重科一直積極參與國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作，近年來，中聯(lián)重科作為ISO/TC96（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織起重機(jī)技術(shù)委員會）秘書處承擔(dān)單位和全國起重機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會流動式起重機(jī)分技術(shù)委員會主任委員單位，主持制修訂的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量已達(dá)400余個。
附：
中聯(lián)重科針對起重機(jī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的三個修訂提案（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。目前塔機(jī)國家標(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)計標(biāo)準(zhǔn)，保證與驗證手段不規(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)三個限位器和起重量、起重力矩兩個載荷限制器），先進(jìn)的數(shù)字化安全控制裝置很少采用。同時國家標(biāo)準(zhǔn)對塔機(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。
從國家標(biāo)準(zhǔn)入手，通過修訂標(biāo)準(zhǔn)，推動行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，實現(xiàn)塔機(jī)行業(yè)的數(shù)字化升級、綠色化發(fā)展，中聯(lián)重科提出三個標(biāo)準(zhǔn)修訂提案。
提案1【塔機(jī)30年當(dāng)量設(shè)計壽命】
建議GB/T13752建設(shè)施工用組裝式塔機(jī)當(dāng)量設(shè)計壽命明確為30年，并統(tǒng)計循環(huán)次數(shù)；通常塔機(jī)工作級別按噸位區(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；同時塔機(jī)載荷譜系數(shù)統(tǒng)計采用起重力矩（kN.m）代替起重機(jī)通用的起升載荷（N），焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命評價采用應(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)工作級別A4（使用等級U4、載荷狀態(tài)Q2）要求過于籠統(tǒng)，不符合塔機(jī)實際應(yīng)用情況；沒有定義標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計年限，不利于社會對塔機(jī)壽命的直觀認(rèn)知。
另外，行業(yè)對塔機(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)計壽命，塔機(jī)制造商應(yīng)強(qiáng)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(dāng)量設(shè)計壽命
塔機(jī)結(jié)構(gòu)對整機(jī)壽命影響**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/天）×（循環(huán)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(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)。
——prEN 14439:2018、ISO 4301-3:2021規(guī)定，非自行架設(shè)式塔機(jī)設(shè)計級別A3；
——國內(nèi)建設(shè)施工用塔機(jī)的工作時長和頻次都較高。根據(jù)分布在全國范圍內(nèi)超過2000臺塔機(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，每小時平均3個循環(huán)次數(shù)，小型塔機(jī)經(jīng)常吊運中等載荷，中型塔機(jī)經(jīng)常吊運較輕載荷。根據(jù)GB/T 13752-2017之表3，小型塔機(jī)使用等級U4，載荷狀態(tài)Q2，工作級別A4；中型塔機(jī)使用等級U4，載荷狀態(tài)Q1，工作級別A3；對于額定起重力矩大于6300kN.m的大型塔機(jī)，工作級別一般不高于A3。
摘自GB/T13752-2017表3
當(dāng)量設(shè)計壽命與載荷狀態(tài)Q、載荷譜系數(shù)Kp強(qiáng)相關(guān)。用戶預(yù)期使用年限要根據(jù)預(yù)期作業(yè)的載荷譜系數(shù)進(jìn)行等效計算，參照以下公式。
Y使用=Y設(shè)計×Kp設(shè)計/ Kp使用
式中：Y使用-預(yù)期使用年限；
Y設(shè)計-當(dāng)量設(shè)計年限；
Kp設(shè)計-當(dāng)量設(shè)計載荷譜系數(shù)；
Kp使用-預(yù)期使用載荷譜系數(shù)。
如：小型塔機(jī)，工作級別A4，預(yù)期使用年限如下表：
|
預(yù)期使用年限Y使用/年 |
總工作循環(huán)數(shù)CT /次 |
預(yù)期使用載荷譜系數(shù)Kp使用 |
載荷狀態(tài) |
|
30 |
207000 |
0.15 |
Q2 |
|
15 |
103500 |
0.3 |
Q3 |
|
7.5 |
51750 |
0.6 |
Q4 |
載荷譜系數(shù)Kp按照如下公式計算：
KP=CiCT(MiMj)3
式中：Ci-大小為Mi起重力矩的工作循環(huán)數(shù)；
CT-總工作循環(huán)數(shù), CT = C1＋C2＋C3＋…+Cn；
Mi-在預(yù)期壽命期限內(nèi)作業(yè)時每次吊裝作業(yè)起重力矩值，單位為kN.m；
Mj-每次吊裝對應(yīng)幅度的額定起重力矩值，單位為kN.m。
GB/T 3811-2008、GB/T 13752-2017規(guī)定，采用起升載荷（N）統(tǒng)計起重機(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)計驗算能力
2.1塔機(jī)結(jié)構(gòu)抗疲勞設(shè)計能力
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)計疲勞壽命。企業(yè)應(yīng)有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計貫徹抗疲勞標(biāo)準(zhǔn)，保障塔機(jī)結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計壽命要求。
2.2先進(jìn)科學(xué)的結(jié)構(gòu)壽命計算方法
采用更先進(jìn)的應(yīng)力幅法開展塔機(jī)焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命評價，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)疲勞試驗以及國際知名學(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。目前國際起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)ISO 20332:2016、歐洲起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)EN 13001-3-1:2012+A2:2018、國際焊接協(xié)會IIW標(biāo)準(zhǔn)、國家鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB/T 50017-2017等均采用應(yīng)力幅法計算焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命。
——基于應(yīng)力幅法，根據(jù)實際焊接工藝和結(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)疲勞壽命計算隊伍
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、對塔機(jī)產(chǎn)品有深入研究的專業(yè)化隊伍，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)計壽命。
——國際起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)ISO 20332:2016、歐洲起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)EN 13001-3-1:2012+A2:2018，對焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量進(jìn)行了分級。
——塔式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)制造與檢驗標(biāo)準(zhǔn)JB/T 11157-2011對塔式起重機(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)壽命試驗驗證
為保障塔機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命滿足設(shè)計要求，需要開展塔機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞壽命驗證試驗。試驗既可以直接驗證結(jié)構(gòu)壽命，也可以驗證和完善疲勞計算方法。塔機(jī)結(jié)構(gòu)疲勞試驗分為整機(jī)結(jié)構(gòu)試驗和關(guān)鍵零部件試驗，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)計壽命及對應(yīng)載荷狀態(tài)。
每臺塔機(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)計和管理塔機(jī)結(jié)構(gòu)的服役狀態(tài)；精準(zhǔn)評估塔機(jī)結(jié)構(gòu)剩余壽命以利于再制造、報廢。
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，便于T/CCIAT0026-2020《建筑起重機(jī)械安全評估規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)的實施，對塔機(jī)結(jié)構(gòu)的報廢以及行業(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)信號類機(jī)械式安全裝置，無電子式，安全信號數(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，可實現(xiàn)實時控制、實時監(jiān)視、實時校驗、實時反饋?？蓪崿F(xiàn)失效保護(hù)、標(biāo)定方便、控制精準(zhǔn)等機(jī)械式難以實現(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(yīng)分別設(shè)置，且能分別調(diào)整。”建議修改“觸點”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 “對用于安全保護(hù)的聯(lián)鎖信號，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。”其中直接的繼電保護(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**大獨立狀態(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)生加載水平靜位移ΔL。對于標(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。
加載水平靜位移與塔身側(cè)向剛性直接相關(guān)，且不受自重等預(yù)加載荷因素的影響。以加載水平靜位移作為塔機(jī)側(cè)向剛性的考量指標(biāo)既合理可行，也易于操作。因此，本提案認(rèn)定塔機(jī)水平靜位移即圖中ΔL。
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