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起重机械未来发展趋势

一、背景


2016年10月19日~28日,本人有幸代表质检中心,跟随国家科技支撑计划项目“起重机械轻量化关键技术研究与应用”考察团,专程赴欧洲考察起重机企业,了解当前国际起重机技术发展状况及新技术新产品应用情况。主要针对起重机先进检验检测手段和技术,起重机可靠性安全性评价分析等方面技术交流。随着中国经济的不断发展,现代科学技术不断更新,工业生产规模的扩大和自动化程度的提高,起重机在现代化生产过程中应用越来越广,作用愈来愈大,对起重机的要求也越来越高。尤其是电子计算机技术的广泛应用,促使了许多跨学科的先进设计方法出现,推动了现代制造技术和检测技术的提高。激烈的国际市场竞争也越来越依赖于技术的竞争。这些都促使起重机的技术性能进入崭新的发展阶段,起重机行业也正经历着一场巨大的变革。我国正以前所未有的速度进入全球化国际竞争市场,中国的起重机制造业面临着机遇与挑战并存的新形势。此行的目的是结合国外起重机的新理论、新技术和新动向,参考当前的国情,为国家科技支撑计划项目“起重机械轻量化关键技术研究与应用”探讨起重机械轻量化的发展方向。


在欧洲主要考察的企业有:

1、科尼起重机公司(KONECRANES LIFTING BUSINESSES);

2、ERIKKILA GROUP;

3、代尔夫特理工大学(Delft University of

Technology);

4、特雷克斯德马格位于捷克Slany的起重机厂;


二、考察纪实

第一站:科尼起重机公司


位于芬兰的科尼起重机集团是全球领先的起重机制造商和起重机维修服务提供商。总部坐落于芬兰的赫文卡市,自1910年创建至今,已走过百年历程。2014年年底,科尼集团的业务已遍布全球50个国家,设有609个服务网点,全球雇员超过11900名。


科尼公司正在从地区性购买-制造-销售的模式,向全球性购买-移动-制造-移动-销售的全范围模式转变。通过这一产销链,高效率的对市场需求的变化做出响应。产品建立在模块化和标准化的基础上,并且能够运用最新技术和设计,同时原料使用效率也相当高。保持一个全球性的统一产品平台,因而,质量管理的任务,就具有了更大的重要性。


科尼公司致力于永远提供行业中最佳的客户服务。对于科尼而言,服务的品质建立在安全、可靠和高性能技术基础上,以此来为客户提高效率和生产能力。即便在成熟的外包的市场上,估计起重设备的所有维修保养工作中,有三分之二仍然是由用户内部执行的。比如提高的成本效益、安全性以及增加的起重机工作时间,并且已经创造出来真正的有发展潜力的市场,它促进了我公司组织自身发展。公司的战略已经进行了优化。



科尼起重机工厂参观团


第二站:ERIKKILAGROUP

芬兰的ERIKKILA GROUP是一家符合人体工学的轻型起重机系统、起重设备、桥式起重机和智能起重机的专业制造商。公司同时也从事各种起重设备的进口,以支持自己的生产制造。这些设备包括:真空升降机、升降台、手拉葫芦和起重设备。


公司主要的运营办公室和工厂位于芬兰赫尔辛基(Helsinki)附近的马萨拉 (Masala) Kirkkonummi。此外,公司于1991年成立了 Oü Eesti Kraanavabrik 子公司 ,并在爱沙尼亚的塔林 (Tallinn) 从事生产。自2002年以来, ERIKKILA在瑞典 Ängelholm成立了销售办事处,并于2006年10月在瑞典成立了一家名为ERIKKILA AB的子公司。2005年,位于俄罗斯圣彼得堡的子公司 OOO ERIKKILA成立,负责俄罗斯市场的拓展。2009年,负责中欧销售市场的销售办事处在德国成立。


ERIKKILA拥有多项专利认证,ISO9001:2001质量体系认证和德国DIN 18800焊接证书。 是FEM(欧洲物料搬运设备制造商联合会)成员- 组织和参与了该领域的一系列标准化工作,作为标准化组织的主席参与制定了欧洲第一个轻型起重机系统标准。


ERIKKILA 在发展中的特点是:抓住机遇、利用创新优势和技术诀窍。今日的 ERIKKILA是一个成熟而又充满活力的轻型起重机系统制造商和特殊产品进口商。ERIKKILA品牌所代表的是创业、技术实现、工程技能和持久性。


ERIKKILA GROUP参观团

 


第三站:代尔夫特理工大学

代尔夫特理工大学(Technische Universiteit Delft)位于荷兰代尔夫特市,是荷兰历史最悠久、规模最大、专业涉及范围最广、最具有综合性的理工大学,其专业几乎涵盖了所有的工程科学领域,被誉为“欧洲的麻省理工”。其高质量的教学、科研水平在荷兰国内和国际都具有极高的知名度,

其航空工程,电子工程,水利工程,化学工程,土木建筑等学科在世界上都具有领先地位和卓越声望,它与瑞士苏黎世联邦理工学院,德国亚琛工业大学,瑞典查尔姆斯大学构成IDEA联盟。


代尔夫特理工大学高质量的教学、科研水平在荷兰国内和国际上都具有极高的知名度,得到包括美国工程技术学会――American Board of Engineering and Technology在内的许多国际技术组织的认可。每年,该校有185名学生获得博士学位,有近4000篇论文在各类专业期刊上发表。治学严谨、注重基础理论和应用技术研究,探讨最新前沿科学理论已成为该校教学和学术研究的主导思想。2005年11月28日出版的《EE Times》显示,荷兰的代尔夫特理工大学在最佳EE工程类大学排名中,位于全球第七。


技术创新是代尔夫特理工大学研究工作的一个重要组成部分,除各个系/专业有许多研究小组外,学校还有三个被荷兰教育、科学和文化部认可和支持的研究所。另外,学校还与其他大学共建8个研究所,其中6个是荷兰国家级研究单位(Depth Strategy Studies).该大学还与国际上很多著名的工业技术大学建立了广泛的合作交流,与许多跨国公司和知名研究机构如飞利浦电子,壳牌石油等保持密切联系,因此许多学生有机会在这些机构中完成部分学业或研究工作,这也是其毕业生高质量工作和高薪金的保证。不足的是,由于学校定位于培养最具前瞻性和创造力的工程师。


代尔夫特理工大学具有一流的教学设施和科研设备,顶部附满绿草的图书馆是学校的标志性建筑之一,有一百多万册藏书和大量的期刊杂志,学生教师可以免费借阅。学校还有许多设备先进的实验室,在微电子方面,有自己的芯片生产厂和研发中心,。学校还有许多运动场所和设施供学生使用。学校的所在地-代尔夫特,是荷兰的历史名城。荷兰王室的创始人-William of Orange就是在代尔夫特开始执掌政权的.直到今天,荷兰王室的家族教堂仍然是在代尔夫特。荷兰著名画家Johannes Vermeer和显微镜的发明人Van Leeuwendhoek也都是在该诚出生,成名的。

 

 

代尔夫特理工大学参观团



第四站:特雷克斯德马格位于捷克Slany的起重机厂


拥有近200多年悠久历史的德国德马格起重机械有限公司,是当今世界上物料输送领域产品范围最广,技术最先进的企业之一,也是特雷克斯集团的控股子公司。


作为世界上技术领先的物料输送设备生产商,德马格积极参与中国的经济建设,为中国引入一流的物料输送技术及产品。技术领先世界,客户遍及全球的德马格已成为物料输送技术的象征。


德马格起重机械(上海)有限公司于1994年12月在中国上海成立,是德马格起重机械有限公司在海外的第18个子公司,主要生产,制造,销售及服务世界著名的德马格物料输送技术及产品,包括各类起重设备,KBK轻型起重机、电动葫芦、动力驱动技术产品以及零配件。


他们的产品不仅种类丰富,应用广泛,而且组件和设备的标准化程度极高,质量稳定,性能可靠。作为世界同行中的领先企业,德马格拥有最先进的技术及可靠的零配件供应,这一切优势均为产品的保养及售后服务提供了保障。在提供这些一流产品与服务的同时,我们永远相信和坚持同一个企业理念;质量第一,信誉第一。

经过十几年在中国的全新投入,目前德马格已在飞机制造业,汽车工业,食品业,造纸业,钢铁业,机械制造业以及垃圾焚烧处理等领域,均取得了骄人成果。


德马格动力传动部门从成立至今已有100多年的制造经验,在国际动力传动领域享有盛誉。他们拥有K型,Z型,FG型和G型等多种电机系列,其模块化的设计,能与减速箱和行走轮机构灵活匹配。目前,德马格的传动产品已广泛应用于自动化立体库,起重运输机械,冶金设备,汽车制造机械,轻工设备等领域。


德马格标准起重机采用经计算机优化设计的精密钢结构,稳定性能极好,自重轻,最大跨度可达35米,起重量高达100吨,工作等级覆盖从轻级到重级,具有无可比拟的优势。起重机轨道安装简便,轨面以上尺寸小,因此可以大大节省厂房的造价。同时也可以最优化地利用现有结构装置的承载能力。


特雷克斯德马格位于捷克Slany的起重机厂参观团



三、考察心得

为期一周多的欧洲之行,时间虽然短暂,却让我获益匪浅,感受欧洲起重机制造的精湛及先进的同时,更多是对工匠精神的一个全新认识。同时给我留下印象深刻的可以称作“工艺起重机”,与标准起重机相比,工艺起重机更多地在生产的工艺流程中扮演重要角色。安全的生产工艺,有效的成本控制,顺畅的生产流程,所有这一切都决定其高效的生产效率。与国内起重机相比有以下几方面的特点:


1、系列产品模块化、标准化、组合化和实用化

国外起重机是成系列成批量的产品,采用系统多目标整体优化方法进行起重机系列设计已成为发展重点,通过全面考虑性能、成本、工艺、生产管理、制造批量和使用维护等多种因素对系列主参数进行合理匹配,以达到改善整机性能.降低制造成本,提高通用化程度,用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品,充分满足用户需求。


用模块化设计代替传统的整机设计方法,将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途,有相同联接要素和可互换的标准模块,通过不同模块的组合,形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进,只需针对某几个模块。设计新型起重机,只需选用不同模块重新进行组合。由于提高了通用化程度,可使单件小批生产的产品改换成具有相当批量的模块生产,实现高效率的专业化生产,降低制造成本。能以较少的模块形式,组合成多品种多规格的起重机,满足市场需求,增加竞争能力。


科尼和德马格起重机设计的桥式起重机充分考虑了模块化,使系列、整机、机构、部件和零件互相之间的参数匹配,能力分布达到最为经济合理的搭配效果。利用起重量与起升速度的乘积为常数的方法使起升机构主要部件达到最大限度的通用。再通过滑轮倍率的变化派生出更多的规格。该公司的端梁与主梁之间采用摩擦环和高强度螺栓的连接方式,提高了互换性和尺寸精度,减少了接合面的加工量。与任一主梁都可快速有效相接。有适用于单梁或双梁两种形式的端梁模块,根据起重量及跨度就可确定出适用的端梁型号。



2、通用产品轻型化、小型化和多样化               

有相当批量的起重机是在一般的车间仓库使用,要求并不很高,工作并不十分繁重。如何提高这些起重机的适用性,降低制造成本,是市场竞争能否获胜的关键。考虑综合效益,要求起重机尽量降低外形高度,简化结构,减小自重和轮压,也可使整个建筑物高度下降,建筑结构轻型化,降低造价和使用维护费用。因此电动葫芦桥式起重机和轻型梁式起重机会有更快的发展,并将大部分取代中小吨位一般用途桥式起重机。


用户的需求性促进了起重机的多样性。起重机的系列参数范围进一步扩大,功能选择进一步增加,一机多用产品进一步得到发展,以增强应变能力。在一般使用场合采用无线遥控操作的比例也将逐步增多。


芬兰的ERIKKILAGROUP和德马格工厂经过长期的开发和创新,已形成一个轻型组合式标准起重机系列。整个系列由组合式工字形单梁、箱形单梁、悬挂箱形单梁、角形小车箱形单梁、偏轨箱形双梁和UKA流动工作站多个品种组成。主梁与端梁相接共有20多种形式,可适合不同建筑物和不同起吊物的要求。每种规格起重机都有三种单速及三种双速可供任意选择,并且大小车运行采用变频控制作为标准配置,还能根据客户要求、使用工况做针对性的设计。操纵方式有地面手电门自行移动、手电门随小车移动、手电门固定、远红外或无线电遥控、司机室固定、司机室随小车移动、司机室自行移动、PLC编程控制等多种选择,外加不同的导电形式,不同的电控形式,通过不同的组合,可搭配成百上千种起重机,充分满足用户不同的需求。


3、产品性能自动化、智能化和集成化

起重机的更新和发展,很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将自动化技术和机械传动技术相结合,将先进的微电子技术、电力电子技术、光缆通讯技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统,实现自动化和半自动化。使起重机组成的物料搬运系统具有更高的柔性,以适应未来多批次少批量的柔性生产模式。


大型高效起重机的新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器PLC、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。它赋予起重机以信息功能,可进行信息传递、处理及动力控制,大大提高了综合自动化水平。目前控制方面重点发展吊具防偏防摇技术,取物装置自动取、卸物技术,位置检测及自动位置控制技术,故障自诊断监控技术等。


电气传动方面重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置,使起重机具有优良的调速和静动特性,可进行操作的自动控制、自动显示与记录,起重机运行的自动保护与自动检测,复杂条件下的远距离遥控等,以适应自动化生产的需要。


欧洲的高端起重机针对一些特殊行业,采用激光装置查找起吊物的重心位置,依靠超声波传感器引导取物装置抓取货物。大车和小车运行采用编码器系统测定路径,起升高度采用恒定张紧的测量索和角度发生器测定。起重机采用磁场变换器或激光达到高精度定位。起重机上安装了近场感应系统,可避免起重机之间的互相碰撞。采用无线遥控时载重称量也能在远控发射机上显示。起重机上还装有微机自诊断监控系统,该系统能提供大部分常规维护检查内容,如钢丝绳状况,减速器油温油位,车轮轴承温度,起重机载荷、应力和振动情况,制动器摩擦衬片的寿命及温度状况等。


4、产品设计微机化、精确化和快速化

 随着电子计算机技术的广泛应用和系统工程、优化工程、价值工程、可靠性工程、创造工程和人机工程等现代设计理论的不断发展,促使许多跨学科的现代设计方法出现,使起重机的设计进入创新、高质量、高效率的新阶段。目前,计算机辅助设计(CAD)已逐步深入到设计的各个阶段和设计工作所涉及的各个领域。不仅能利用计算机运算速度快、计算精度高、存储信息量大和逻辑推理能力强等优点代替人工进行方案选择、计算分析与绘图,而且还能通过人机交互,最大限度地发挥设计人员的创造力和经验。芬兰科尼起重机公司对其所有产品采用三维模拟仿真设计,对每个受力点进行模拟计算,使每个配件都能发挥理想的效用;并且科尼起重机公司以预先编制程序和设计标准为基础开发了高质,高效和先进的设计软件以确保起重机的安全性和可靠性。采用相同和标准的方法设计起重机和选择科尼的标准零部件,遍布全球的科尼工程师均可采用公司集中开发的软件,方便而先进的工程软件使得起重机设计更便捷和可靠。钢结构的优化设计和零部件正确选择确保起重机在其整个寿命内安全可靠,级别适宜,性能稳定。


随着起重机的高速化和大型化,还需进一步深入开展对起重机载荷变化规律、动态特性和疲劳特性的研究。进一步开展对起重机整机及零部件的可靠性试验研究,提供起重机新的设计方法和数据。极限状态设计、优化设计、可靠性设计、有限元法、模块化设计、疲劳设计将会更深入全面地得到应用。




5、产品构造新型化、美观化和综合化

国外的起重机结构方面采用薄壁型材和异型钢,减少结构的拼接焊缝,提高抗疲劳性能。采用各种高强度低合金钢新材料,提高承载能力,改善受力条件,减轻自重和增加外形美观。桥式类型起重机桥架大多采用箱形四梁结构(两根端梁,两根主梁),主梁与端梁采用高强度螺栓联接,便于加工、运输与安装。


在机构方面进一步开发新型传动零部件,简化机构。“三合一”运行机构由于结构紧凑。拆装方便、调整简单并运行平稳,将成为起重机运行机构的主流,减速器壳体、卷筒及滑轮等的制造都以焊代铸,能减轻自重、增加承载能力和改善加工制造条件。减速器齿轮采用硬齿面,以减小体积,提高承载能力,增加使用寿命。


芬兰科尼起重机公司通过长期的研制,在驱动方面推出了变频调速“三合一”马达,该产品采用铸铝结构,减速器齿轮采用硬齿面,有体积小、

散热快、重量轻、噪音小的特点。


在电控方面开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统,发展半自动和全自动操纵。采用机、电、仪、液一体化技术,提高使用性能和可靠性,增加起重机的功能。未来的起重机驱动技术,由于变频调速系统越来越多地得到应用,交流变频电动机将会被广泛采用。今后会更加注重起重机的安全性,研制新型安全保护装置和故障自动显示装置。


 

6、重点产品大型化、高速化、耐久化和专用化

由于工业生产规模不断扩大,生产效率日益提高,以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加,促使大型或高速起重机的需求量不断增长。起重量越来越大,工作越来越频繁,并对能耗和可靠性提出更高的要求。起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。起重机不但要好用,容易维护,操作方便,而且安全性要好,故障要少,平均无故障工作时间要长。可靠性是国际市场产品竞争的焦点,国外许多大公司都制定了可靠性内控标准。我国起重机的性能要赶超世界先进水平,最关键的是要改变传统的思维理念,提高可靠性,使起重机具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。


现代工业生产方式和用户需求的多样性,使专用起重机的市场不断扩大,品种也不断增多,以特有的功能满足特殊的需要,发挥出最佳的效用。冶金专用起重机,防爆、防腐、绝缘起重机和铁路、船舶、车辆专用起重机以及一些特殊行业专用起重机的功能不断增加,性能不断提高,适应性比以往更强。德国德马格公司研制出一种飞机维修保养专用起重机,在国际市场上打开了销路;芬兰科尼起重机公司也针对飞机制造行业所专用的起重机进行了研制,这种起重机的跨度大,起升高度高,定位要求精度高。科尼起重机针对造纸

行业开发出了自动纸卷仓储系统起重机,专利产品真空吸取装置的设计使最软的纸卷也能在搬运中毫不受损,在现代化造纸工业领域起着领军作用。随着世界核电事业的迅速发展,核电站专用起重机也得到相应发展,如反应堆室内的环形桥式起重机在放射性环境中工作,用于起吊压力容器顶盖及堆内构件等危险载荷,要求可靠性高,安全性好,能自动精确定位和缓慢下放物品等,并有多种保护装置和特殊安全装置。


 

7、售后服务快捷化、专业化和人性化

公司的发展很大程度来自于售后服务是否完善,对客户来说自己所购买的产品售后是否有保障,设备出现故障时能否即时处理,减少对生产的影响。


芬兰科尼起重机公司在电气系统方面采用了接插件设计,每部分控制电路都采用对号入座,大大提高了安装与维修的效率;在电气系统中加入了监控单元,对电气系统进行故障自检,电子显示屏显示错误信息,并对使用过程中的违规操作进行数据储存,这些数据都可以导入PC设备,从而很快的分析出原因,排出故障。科尼的培训中心,不仅仅只为科尼公司的技术人员和检测人员提供培训,同时也为客户的服务人员,起重机操作人员提供系统全面的设备培训。科尼“以客户为本”的宗旨,为客户解除后顾之忧,使客户能把更多的关注投入到生产发展上。


    总结:他山之石,可以攻玉。这次学习考察时间短,在今后的工作实践中,将自己所学习到的经验、理念、观念应用于工作实践之中,扎扎实实地做好本职工作,做出自己应有的贡献。

国内的起重机应吸取国内外起重机的新理论、新技术和新动向,提高产品的可靠性,走现代化起重机之路,以强大的技术实力,融入国际化市场的大舞台!