隨著國家對環(huán)保要求越來越嚴格，在不斷加強節(jié)能減排和裝備升級的政策引導下，橋門式起重機的輕量化和智能化成為發(fā)展趨勢， 然而現(xiàn)有國產(chǎn)關(guān)鍵部件不能滿足整機發(fā)展的這種要求，故被迫選用進口產(chǎn)品，智能控制技術(shù)水平相對滯后等因素，成為研發(fā)推廣過程中的瓶頸，開展橋門式起重機智能控制技術(shù)及關(guān)鍵部件研發(fā)勢在必行。

 隨著智能技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及自動化新技術(shù)的應用，起重機械正在向信息化、自動化和智能化方向發(fā)展。提升生產(chǎn)過程的自動化和智能化水平，可有效提高工作效率保障生產(chǎn)安全，提升生產(chǎn)過程中智能化自動化水平，為我國起重機械產(chǎn)業(yè)升級打下堅實基礎(chǔ)。

國內(nèi)外智能化的發(fā)展概況與國際先進水平相比，我國橋式起重機存在的主要問題有:

1、長期沿襲傳統(tǒng)粗大笨重的結(jié)構(gòu)形式，制造成本和運行能耗高，國內(nèi)傳統(tǒng)橋式起重機比國外先進產(chǎn)品重100% 以上;

2、核心技術(shù)缺乏，關(guān)鍵部件 ( 如減速器、高效電機、變頻器等) 長期依賴進口，增加了產(chǎn)品成本，削弱了產(chǎn)品競爭力;

3、智能化程度低，目前基本以人工操作為主，產(chǎn)品可靠性差。以上原因?qū)е庐a(chǎn)品技術(shù)含量低，以粗放式生產(chǎn)的低端產(chǎn)品為主。

國內(nèi)的起重機體系技術(shù)水平總體相對較低，由于智能化起重機需要較高的信息化、精確定位技術(shù)，國內(nèi)起重機由于其研發(fā)能力限制并未將技術(shù)研發(fā)方向放到這個智能化技術(shù)研究方面，為了擠占初級市場，仍側(cè)重于降低成本而非系統(tǒng)化、智能化，雖然部分廠商做了局部的初期研究，但研究程度遠遠不夠。 國外起重機械已基本實現(xiàn)了智能化和部件小型化、模塊化，其具備較成熟的吊運載荷防搖擺技術(shù)（即最佳運行軌跡控制) 、智能化自學習技術(shù)、自動導向定位等技術(shù)，并在安全性上進行了長足的研究。

隨著計算機技術(shù)、自動化技術(shù)和物流集成技術(shù)等的快速發(fā)展，利用計算機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，通過中央控制室的綜合控制，使系統(tǒng)內(nèi)所有各種類型專用設(shè)備有機結(jié)合，并與生產(chǎn)工藝流 程系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，在一定的時間和空間里，形成各種類型起重機械按特定功能整體組網(wǎng)運行，集成組合為自動化或半自動化的物料搬運集成系統(tǒng)。

輕量化關(guān)鍵部件研發(fā)趨勢： 1、優(yōu)化選擇 優(yōu)化結(jié)構(gòu)取消冗余零部件或零部件中的冗余 部分; 優(yōu)化結(jié)構(gòu)組合，比如可以將整體式的結(jié)構(gòu)剖分為若干部分，分別安放在不同的位置; 減小零部件外形尺寸。 2、優(yōu)選輕量材料高強鋼代替普通鋼，由于高強鋼強度比普通鋼強度高，在等強度條件下，用高強鋼制作零部件，比用普通鋼制作零部件壁薄或整體外形尺寸小，可使零部件質(zhì)量減輕。選用輕質(zhì)材料代替鋼材: 鋁合金耐磨蝕，加工性好，散熱性好，回收率高，用途廣。保持質(zhì)量減輕一半的情況下，只用增加厚度即可與等強度的鋼材媲美。鋁合金材價格相對較高，但從長遠效益考慮，其節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展帶來的效益，必將使因成本所增加的份額忽略不計。工程塑料: 能長期保持尺寸穩(wěn)定且性能不變，耐腐蝕，具有優(yōu)良的綜合機械性能，缺點是目前價格。

起重機吊鉤精確定位的檢測方法 如圖 2 所示，

研究適用于不同工況、不同定位要求的多種起重機定位檢測系統(tǒng)構(gòu)成方法，使其具備適應生產(chǎn)需要、經(jīng)濟適用的特點。研究的內(nèi)容涵蓋檢測裝置的選用種類、信號傳輸方式。輕質(zhì)復合材料: 以輕質(zhì)材料為基體，加入鋼絲、陶瓷纖維等增強材料復合制成。克服了鋁合金強度比鋼低的弱點，又保持了質(zhì)輕的優(yōu)點。 其他輕量材料: 如鎂合金的密度為1. 74，比鋁合 金輕，強度和剛度比鋁合金高，是在汽車、 起重機等重型機械輕量化方面應用前景看好的新材料。 優(yōu)選加工方法從輕量化的角度看，在滿足零部件機械性能的前提下，同等性能的焊件比鑄件質(zhì)量輕，以起重卷筒為例，焊接卷筒比鑄造卷筒輕 30% ~40% 。將上述輕量化方法整合應用，可大大提高輕量化的效果。

智能化發(fā)展方向：開展起重機全自動智能控制研究。如圖 1 所示，智能化起重機應具備良好的狀態(tài)實時檢測能力、友好的人機交互功能、自動安全保護功能、自動控制功能、可擴展多種通訊接口、能夠在地面或控制中心實施遙控控制或遠程控制。檢測系統(tǒng)構(gòu)架、抗干擾能力、分辨率、可擴展性、 可視化操作等。在符合生產(chǎn)規(guī)劃基礎(chǔ)上，起重機控制器能夠根據(jù)位置檢測，自動調(diào)整起重機運行速度，控制加減速度、停止，使吊鉤最終停止在指定的位置。

起重機吊鉤防搖擺定位技術(shù) 傳統(tǒng)起重機在工作中，平均超過30%的時間 浪費在固定其搖晃不定的吊鉤上。負載搖擺的減小對負載的準確定位有重要意義，能夠減少調(diào)整負載搖擺的時間，避免搖擺導致的碰撞事故，提高生產(chǎn)效率和安全性。 圖 3 一種典型數(shù)據(jù)收集平臺

簡圖 3. 4 起重機智能故障診斷系統(tǒng)，通過深入調(diào)研國內(nèi)外起重機械智能故障診斷關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展情況，開發(fā)適用于起重機械的智能故障診斷系統(tǒng)，提高了起重機械故障診斷能力， 有效提高了快速響應維護能力，縮短故障停機時間。

建立起重機安全保護平臺為了提高起重機械行業(yè)的服務水平和快速響應能力，將起重機械的運行參數(shù)實時采集，建立工廠級管理層的狀態(tài)監(jiān)視安全保護平臺，通過建立本平臺，可使管理層實時了解各起重機運行和維護狀態(tài)， 進而合理安排生產(chǎn)調(diào)度， 提高工廠生產(chǎn)率。

建立起重機遠程管理平 如圖3所 示，建立基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機械遠程管理平臺，便于集中管理和維護支持。起重機械種類眾多，技術(shù)參數(shù)和使用工況有較大的不同，傳統(tǒng)的維護服務多為電話支持和人員現(xiàn)場服務，具有信息溝通不暢、時效性差等缺點，需要研發(fā)的遠程管理平臺可準確掌握起重機械的運行參數(shù)，采用現(xiàn)代化科技管理手段，為用戶提供高效和及時準確的維護支持。

設(shè)計成套電控系統(tǒng) 通過設(shè)計并試制基于變頻集中驅(qū)動回饋單元的成套電控系統(tǒng)，可實現(xiàn)輕量化起重機電控系統(tǒng)專用配套，高度集成配電、控制、驅(qū)動、安全保護等單元，實現(xiàn)電控系統(tǒng)縮減外設(shè)、減少外形尺寸、整體自重降低等節(jié)材節(jié)能目標。

開發(fā)起重機遠程管理平臺數(shù)據(jù)分析軟件 完善的數(shù)據(jù)采集分析可對起重機械行業(yè)技術(shù) 發(fā)展提供有力支持，特別是對起重機械的設(shè)計和技術(shù)發(fā)展能夠起到直接的作用，通過長期的起重機運行參數(shù)記錄，起重機械的研究設(shè)計人員可由此獲取起重機械完整可靠的大量運行數(shù)據(jù)，分析優(yōu)化相關(guān)設(shè)計。

研究物料掃描識別技術(shù) 由于吊運負載形狀及分布的不規(guī)則性、多樣性和復雜性，負載形狀在線實時檢測一直是困擾 起重機智能化的技術(shù)難題。通過物料掃描識別技術(shù)，可以極大地提高系統(tǒng)的安全性，可以減少人力資源的利用，為起重機械的智能控制自動化水平奠定堅實基礎(chǔ)。

特種吊具的開發(fā) 吊具式起重機械連接被吊物品的橋梁，某種程度上講被吊物品的特性決定了吊具的特性和功能，而吊具的性能和能力決定了起重機的智能化執(zhí)行程度，以紙卷專用橋式起重機為例，為了盡可能地使用有限的儲存空間，紙筒被要求極限靠近地堆放，輥筒機械直立放置，紙筒堆垛高度可達 20 m，選用合適的真空紙卷吊具，借助真空的力量，輥筒的頂部被壓緊，紙筒被完全控制，接著真空吊具就可以簡捷地將它們堆放在一起，最大限度地節(jié)省了儲存空間。同時由于極高密度的存儲，必須有嚴格的故障和姿態(tài)檢測裝置，否則無法完成相應的工藝要求。

智能化主要技術(shù)難點和重點  1、 起重機全自動智能控制的研究 為了實現(xiàn)橋式起重機的智能控制，重點開展以下技術(shù)的研究: 起重機大車、小車精確定位技術(shù); 負載形狀及其運行空間環(huán)境檢測方法; 吊鉤搖擺及精確定位技術(shù); 車間多臺起重機的調(diào)度和監(jiān)控技術(shù)，包括起重機的路徑規(guī)劃、防碰撞、防死鎖及安全防護等技術(shù); 起重機關(guān)鍵部件模型建立; 起重機械智能故障診斷、維護方法。 2、起重機吊鉤精確定位的檢測方法 起重機的吊鉤定位的檢測是起重機精確定位的保障，平移機構(gòu)定位所需的位置檢測元件常用的有激光傳感器和高分辨率編碼器。激光傳感器的檢測精度高，受環(huán)境光和粉塵的影響非常明顯，需在設(shè)計時注意避免環(huán)境光對激光發(fā)射元件及反射元件的干擾。在粉塵懸浮的環(huán)境中，激光傳感器極有可能因懸浮顆粒干擾或灰塵、霉菌覆蓋激光發(fā)射器而失效。編碼器通常固定在起重機驅(qū)動機構(gòu)的轉(zhuǎn)動軸上，在平移機構(gòu)上應用時，編碼器測距受軌道的影響而出現(xiàn)誤差的情況較為多見， 故需要定期在某些位置點對編碼器進行位置標定，以消除累積誤差。 3、起重機吊鉤防搖擺定位技術(shù) 1、數(shù)學建模與實現(xiàn)速度給定的難度起重機在運行階段受摩擦力、風阻、軌道、卷筒等因素影響，負載受重力和慣性影響，小車和負載之間采用柔性鋼絲繩連接，搖擺檢測與實 際搖擺程度相比可能存在一定滯后，因而起重機消擺過程中具有非線性和不確定性等特點。當前理論研究主要是在了解研究對象的運動規(guī)律基礎(chǔ)上，通過物理、數(shù)學手段建立系統(tǒng)內(nèi)部輸入輸出狀態(tài)關(guān)系，使用分析力學理論建立運動學方程，經(jīng)過線性化處理后描述起重機搖擺的運動過程。如果采用實驗的方式建模，則需要通過在研究對象上加上一系列的研究者事先確定的輸入信號，激勵研究對象并通過傳感器檢測其可觀測的輸出，應用數(shù)學手段探索系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系。這里包括輸入信號的設(shè)計選取，系統(tǒng)阻尼的統(tǒng)計，輸出信號的檢測，數(shù)學 算法的研究等內(nèi)容。根據(jù)數(shù)學理論計算得出的速度變化曲線可能具有連續(xù)性、平滑性和變加速等特點，對外部干擾的不敏感性較低。另外，從目前使用國外變頻器的經(jīng)驗看，變頻器的加速設(shè)置方法單一，可設(shè)置的加減速度少，從理論計算到實際應用上，還需結(jié)合變頻器的性能做速度曲線的處理工作。 2、搖擺檢測裝置的設(shè)計選型、安裝難點要對負載的搖擺進行有效的消除，需要對與負載搖擺相關(guān)的數(shù)據(jù)進行檢測與估算，與搖擺檢測相關(guān)裝置的設(shè)計安裝直接關(guān)系到搖擺檢測的準確性。在設(shè)計中，檢測裝置與起重機小車、吊具和鋼絲繩的設(shè)計與布置緊密相關(guān)。通常搖擺檢測的對象有 2 種: 鋼絲繩擺角和負載偏移量。以國外現(xiàn)有產(chǎn)品為例，有安裝在鋼絲繩上的機電擺角檢測裝置，有使用激光測量吊具上靶標的擺幅檢測裝置，還有在吊具上安裝無線定位裝置，采用類似基站定位原理進行吊鉤防擺定位的裝置。然而，無論是接觸式還是非接觸式檢測裝置的設(shè)計和形式，都面臨機械磨損、外部環(huán)境污染、檢測元件布置場地所帶來的影響。針對小角度搖擺的控制，尤其是大起升高度時的搖擺檢測與控制，需要使用一種分辨率較高或具備信號放大功能的裝置對微動信號進行檢測，還要對起重機械運行速度與輸出到電機頻率之間的關(guān)系進行研究，以免電機在低頻運行時出現(xiàn)問題。起重機 械的小車架和吊鉤部分空間有限，因此，如何將檢測 元件在有限的空間中合理布置和安裝也是必須研究的重點