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重磅丨中聯(lián)重科提出塔機30年壽命納入國家標準
18/06.2021
△塔式起重機技術(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“塔式起重機技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展研討會”在長沙召開。來自全國產(chǎn)學研用相關(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30年當量設計壽命、數(shù)字化安全控制、塔機水平靜位移調(diào)整納入國家標準的提案進行了審查研討。與會專家一致認為中聯(lián)重科的提案具有重要意義，該提案的提出將進一步推動塔機行業(yè)數(shù)字化升級、綠色化發(fā)展。
?“塔式起重機技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展研討會”由全國起重機械標準化技術(shù)委員會塔式起重機分技術(shù)委員會組織，由哈爾濱工業(yè)大學、中聯(lián)重科股份有限公司、北京建筑機械化研究院共同發(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制造、租賃領(lǐng)域的龍頭企業(yè)。
據(jù)了解，我國塔機行業(yè)規(guī)模占全球2/3以上，隨著國內(nèi)塔機行業(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。但是塔機行業(yè)國內(nèi)標準水平仍落后于歐洲，亟待提高。因此需要增強塔機中國標準硬實力，帶動創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化，促進行業(yè)整體技術(shù)水平提升，從而形成以技術(shù)、標準、質(zhì)量、品牌、服務為核心的競爭新優(yōu)勢。
會議上，中聯(lián)重科提議將塔機30年當量設計壽命、數(shù)字化安全控制、塔機水平靜位移調(diào)整納入國家標準。以哈爾濱工業(yè)大學陸念力教授為組長的專家評審組針對三項提案進行了審查研討，并對提案進行修訂。專家評審組一致認為有必要就此展開進一步研究，并修訂現(xiàn)行標準相關(guān)內(nèi)容，以促進行業(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壽命管理、安全控制技術(shù)等方面，為目前塔機行業(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)行標準的不足提出了針對性的提案，在助推塔機行業(yè)數(shù)字化升級、綠色化發(fā)展、推動行業(yè)技術(shù)進步、提升我國塔機行業(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準和行業(yè)標準的制修訂工作，近年來，中聯(lián)重科作為ISO/TC96（國際標準化組織起重機技術(shù)委員會）秘書處承擔單位和全國起重機械標準化技術(shù)委員會流動式起重機分技術(shù)委員會主任委員單位，主持制修訂的國家標準、行業(yè)標準數(shù)量已達400余個。
附：
中聯(lián)重科針對起重機相關(guān)標準的三個修訂提案（修訂版）
塔式起重機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。目前塔機國家標準在壽命管理、安全控制技術(shù)方面與歐洲標準水平仍存在差距，行業(yè)對于塔機安全使用壽命的認知理解存在分歧，不利于現(xiàn)代科學管理手段的提升。
塔機壽命管理不足體現(xiàn)在缺乏壽命設計標準，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），先進的數(shù)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(guī)的引用制約了行業(yè)的發(fā)展。
從國家標準入手，通過修訂標準，推動行業(yè)技術(shù)進步，實現(xiàn)塔機行業(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(tǒng)計循環(huán)次數(shù)；通常塔機工作級別按噸位區(qū)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(tài)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(tài)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(shù)統(tǒng)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(jié)構(gòu)疲勞壽命評價采用應力幅法代替應力比法。
GB/T 13752-2017規(guī)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(tài)Q2）要求過于籠統(tǒng)，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(yè)對塔機壽命缺乏概念，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(jié)構(gòu)對整機壽命影響**大，將標準節(jié)、上支座、下支座、塔頭（或者塔頂、回轉(zhuǎn)塔身）、起重臂等作為塔機疲勞壽命關(guān)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(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（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（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，非自行架設式塔機設計級別A3；
——國內(nèi)建設施工用塔機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臺塔機一年的遠程大數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，塔機每天平均工作10小時，每小時平均3個循環(huán)次數(shù)，小型塔機經(jīng)常吊運中等載荷，中型塔機經(jīng)常吊運較輕載荷。根據(jù)GB/T 13752-2017之表3，小型塔機使用等級U4，載荷狀態(tài)Q2，工作級別A4；中型塔機使用等級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，工作級別一般不高于A3。
摘自GB/T13752-2017表3
當量設計壽命與載荷狀態(tài)Q、載荷譜系數(shù)Kp強相關(guān)。用戶預期使用年限要根據(jù)預期作業(yè)的載荷譜系數(shù)進行等效計算，參照以下公式。
Y使用=Y設計×Kp設計/ Kp使用
式中：Y使用-預期使用年限；
Y設計-當量設計年限；
Kp設計-當量設計載荷譜系數(shù)；
Kp使用-預期使用載荷譜系數(shù)。
如：小型塔機，工作級別A4，預期使用年限如下表：
|
預期使用年限Y使用/年 |
總工作循環(huán)數(shù)CT /次 |
預期使用載荷譜系數(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)計起重機的載荷譜系數(shù)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(shù)，塔式起重機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，而不是起重機通用的起升載荷（N）。
2?? 結(jié)構(gòu)壽命設計驗算能力
2.1塔機結(jié)構(gòu)抗疲勞設計能力
塔機結(jié)構(gòu)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(yè)應有設計標準，結(jié)構(gòu)設計貫徹抗疲勞標準，保障塔機結(jié)構(gòu)滿足設計壽命要求。
2.2先進科學的結(jié)構(gòu)壽命計算方法
采用更先進的應力幅法開展塔機焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命評價，建立產(chǎn)品材料疲勞性能基礎數(shù)據(jù)庫。
——大量焊接結(jié)構(gòu)疲勞試驗以及國際知名學者研究證明，應力幅值是焊接結(jié)構(gòu)壽命的影響主因。目前國際起重機鋼結(jié)構(gòu)設計標準ISO 20332:2016、歐洲起重機鋼結(jié)構(gòu)設計標準EN 13001-3-1:2012+A2:2018、國際焊接協(xié)會IIW標準、國家鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范GB/T 50017-2017等均采用應力幅法計算焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命。
——基于應力幅法，根據(jù)實際焊接工藝和結(jié)構(gòu)細節(jié)，開展焊接接頭S-N曲線試驗并建立數(shù)據(jù)庫。
2.3一支精通塔機結(jié)構(gòu)疲勞壽命計算隊伍
企業(yè)應培養(yǎng)或者外聘一支涉及力學、材料、機械等多學科交叉、對塔機產(chǎn)品有深入研究的專業(yè)化隊伍，解決塔機結(jié)構(gòu)疲勞壽命問題。
3 制造技術(shù)保障結(jié)構(gòu)設計壽命
塔機結(jié)構(gòu)疲勞強度與加工工藝、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的設備，保障結(jié)構(gòu)設計壽命。
——國際起重機鋼結(jié)構(gòu)設計標準ISO 20332:2016、歐洲起重機鋼結(jié)構(gòu)設計標準EN 13001-3-1:2012+A2:2018，對焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量進行了分級。
——塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)制造與檢驗標準JB/T 11157-2011對塔式起重機鋼結(jié)構(gòu)的加工制造質(zhì)量進行了規(guī)定和分類。
4 結(jié)構(gòu)壽命試驗驗證
為保障塔機結(jié)構(gòu)的疲勞壽命滿足設計要求，需要開展塔機結(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。塔機結(jié)構(gòu)疲勞試驗分為整機結(jié)構(gòu)試驗和關(guān)鍵零部件試驗，相互結(jié)合。
5 塔機壽命管理
生產(chǎn)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(tài)。
每臺塔機應安裝載荷數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，例如安全監(jiān)控系統(tǒng)，記錄并遠程傳輸作業(yè)循環(huán)次數(shù)、工作載荷等信息，以便準確統(tǒng)計和管理塔機結(jié)構(gòu)的服役狀態(tài)；精準評估塔機結(jié)構(gòu)剩余壽命以利于再制造、報廢。
將塔機結(jié)構(gòu)疲勞壽命關(guān)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(guī)程》等標準的實施，對塔機結(jié)構(gòu)的報廢以及行業(yè)選型具有重要意義。
提案2【塔機數(shù)字化安全控制】
國家標準應引領(lǐng)行業(yè)進步及技術(shù)發(fā)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(yōu)先使用數(shù)字化安全控制裝置。
當今中國塔機基于傳統(tǒng)應用，大多只采用傳統(tǒng)的開關(guān)信號類機械式安全裝置，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。可實現(xiàn)失效保護、標定方便、控制精準等機械式難以實現(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(diào)整。”建議修改“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(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 “對用于安全保護的聯(lián)鎖信號，如極限限位、超速限制等，應具有直接的繼電保護聯(lián)鎖線路。”其中直接的繼電保護聯(lián)鎖線路是基于傳統(tǒng)塔機控制所做的規(guī)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(xiàn)代新技術(shù)、新材料在塔機行業(yè)的使用，塔機結(jié)構(gòu)水平靜位移強制要求成為新時代塔機輕量化、經(jīng)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(tài)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(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，塔機起重臂根部連接處的水平靜位移應不大于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(chǎn)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(chǎn)生加載水平靜位移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。
加載水平靜位移與塔身側(cè)向剛性直接相關(guān)，且不受自重等預加載荷因素的影響。以加載水平靜位移作為塔機側(cè)向剛性的考量指標既合理可行，也易于操作。因此，本提案認定塔機水平靜位移即圖中ΔL。
?