永磁起重器使用管理與檢測維護(hù)

楊小姜

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 國家橋門式起重機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心，江蘇無錫 214174）

0 引言

永磁起重器主要用于板塊狀或圓柱形鐵磁性材料的吊運(yùn)工作，具有結(jié)構(gòu)輕巧、操作簡單、吸持力強(qiáng)、安全可靠等特點(diǎn)，有助于改進(jìn)裝卸搬運(yùn)作業(yè)的工作條件，提高勞動生產(chǎn)效率，因此在工廠、碼頭、倉庫和交通運(yùn)輸行業(yè)的吊裝工作中應(yīng)用廣泛。

1 工作原理與特點(diǎn)

1.1 定義與結(jié)構(gòu)

永磁起重器是由永久磁鋼的磁場力吸持工件移動，手動操作磁場轉(zhuǎn)換操縱系統(tǒng)的工具，內(nèi)部設(shè)有失磁保護(hù)裝置。永磁起重器結(jié)構(gòu)一般包括鑄體（內(nèi)含永磁材料）、操縱手柄、轉(zhuǎn)動軸、吊環(huán)、吊軸等。永磁起重器鑄體內(nèi)部采用高性能永久磁性材料，如釹硼砂等稀土材料，能夠在磁路中產(chǎn)生很強(qiáng)的吸力。操作人員可以通過手柄翻轉(zhuǎn)或通過永磁起重器自身的上下運(yùn)動改變磁力線，使起重器處于工作或者關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)吊運(yùn)過程中無需外界供電。

1.2 工作原理

永磁起重器利用磁疇理論制造，利用磁場內(nèi)的磁力線以及磁感應(yīng)強(qiáng)度疊加原理，操作手柄轉(zhuǎn)動控制永磁鐵的磁極方向，讓永磁起重器處于工作或者關(guān)閉狀態(tài)，所以它不需要外部供電就能工作。

永磁起重器工作原理如圖1 所示[1]，當(dāng)需要永磁吸盤處于工作狀態(tài)時(shí)，將手柄旋轉(zhuǎn)180°，磁極處于圖1a）所示狀態(tài)，整個(gè)磁芯的磁極方向發(fā)生改變，磁力線從磁體的N 極出來，通過軟磁材料，再經(jīng)過鐵板（或者其他鐵件），最后回到磁鐵的S 極，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，把工件牢固地吸在永磁起重器的工作面上。

圖1 永磁起重器工作原理

當(dāng)永磁起重器處于停止工作或者卸載狀態(tài)時(shí)，磁極在圖1b）所示的狀態(tài)，磁力線不通過磁力吊的工作極面，而是由磁芯與上面的磁板組成了閉合回路，由于沒有磁力線從永磁吸盤的工作極面上出來，所以對工件不會產(chǎn)生吸力。

永磁起重器的主要技術(shù)指標(biāo)是吸重比和吸重成本比，吸重比越大、吸重成本比越小，永磁起重器的性能越好。吸重比一般由稀土材料的磁能密度和磁路設(shè)計(jì)決定，一般來說材料磁能密度越大，吸重比越大；磁路設(shè)計(jì)越合理、漏磁越少，吸重比越大。但材料磁能密度越大，成本就越高，合理的磁路設(shè)計(jì)也會造成成本上升，所以吸重成本比會因?yàn)槲乇鹊奶岣叨仙?，形成一對矛盾。因此，永磁鐵產(chǎn)品是吸重比和吸重成本比綜合優(yōu)化平衡的結(jié)果。

1.3 優(yōu)點(diǎn)

（1）永磁起重器采用計(jì)算機(jī)模擬磁路設(shè)計(jì)。利用有限元法、磁導(dǎo)法[2]等對永磁起重器磁路設(shè)計(jì)，使磁場分布更合理、透磁深度大、無剩磁、安全系數(shù)高，最大拉脫力一般為額定起重量的3～3.5 倍。

（2）永磁起重器相比電磁起重器結(jié)構(gòu)小巧、形狀緊湊、易于操作，且無需勵(lì)磁電源、斷電不失磁、無落料風(fēng)險(xiǎn)、無需冷卻系統(tǒng)。

（3）永磁起重器省電節(jié)能、故障率低，采用高性能的永久磁性材料，吸持力穩(wěn)定。

1.4 缺點(diǎn)

（1）永磁起重器的吸附面積較小，且很難進(jìn)行多臺聯(lián)吊。在吊運(yùn)過程中存在工件脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）永磁起重器內(nèi)部為活動部件，磁力開關(guān)需要手動翻轉(zhuǎn)，經(jīng)過長期使用，活動部件會發(fā)生故障，影響工件上下料的效率。

（3）永磁起重器工作對象單一，工作對象為鐵磁性材料，對塑料、銅鋁構(gòu)件不適用。且磁力難以調(diào)節(jié)，吊裝兼容性較差，如果車間存在著長度、重量相差較大的鋼板，永磁起重器就無法完成搬運(yùn)任務(wù)。

2 使用與管理

與大多數(shù)的起吊事故類似，由永磁鐵引發(fā)的事故也多發(fā)于使用環(huán)節(jié)，可見使用環(huán)節(jié)的規(guī)范作業(yè)對永磁起重器的安全使用影響較大。永磁起重器性能受環(huán)境、場所等外部條件影響，因此在管理工作中不能忽視。應(yīng)從使用和管理兩方面入手，保障永磁起重器的使用安全。

（1）吊裝時(shí)，工件外表面特別是底部工作面應(yīng)清理干凈，如有鐵銹、凸刺等應(yīng)清理干凈，否則影響吊運(yùn)性能。永磁起重器平穩(wěn)放置在工作平面上后，應(yīng)使中心線應(yīng)穿過工件重心，然后旋轉(zhuǎn)手柄由OFF 位置轉(zhuǎn)向ON位置，直至限位銷。檢查手柄的鎖定裝置是否有效工作，確認(rèn)無異常后進(jìn)行起吊。

（2）嚴(yán)禁超過限定標(biāo)志吊運(yùn)工件，嚴(yán)禁人身體的任何部位伸入起吊工件下方的垂影內(nèi)，吊運(yùn)時(shí)應(yīng)避免從重要設(shè)備以及電力設(shè)施上方通過。被吊工件工作溫度不得大于80 ℃，吊運(yùn)時(shí)無劇烈振動及沖擊。

（3）吊運(yùn)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照關(guān)系曲線區(qū)分工作面狀態(tài)（平面、圓柱面）承載能力。設(shè)備的額定載荷大多采用平面拉脫時(shí)的載重量，也有設(shè)備注明了兩種狀態(tài)下的額定載重量。例如750/500，表示在平面拉脫時(shí)的額定載荷為750 kg，柱面工件拉脫時(shí)的額定載荷為500 kg。這是因?yàn)榈踹\(yùn)柱面工件時(shí)，由于永磁起重器底面V 形槽與工件外表面為線接觸，所以起重性能僅為額定起重量的50%～70%。

（4）操縱手柄時(shí)與工件接觸。轉(zhuǎn)動永磁鐵手柄時(shí)，一般永磁鐵應(yīng)放置在鋼板上，使磁路形成閉合回路，這樣操縱手柄較容易，否則很難轉(zhuǎn)動手柄。

在永磁起重器管理方面，要建章立制、嚴(yán)格管理，明確永磁起重器的工作場合和工作和存放環(huán)境等，以免影響其使用性能。永磁鐵一般不能在火場等高溫環(huán)境工作，因?yàn)闇囟葧?yán)重影響永磁鐵的磁力。永磁鐵常用的燒結(jié)釹鈦硼M 系列磁性材料的居里溫度為310 ℃，最高工作溫度只有80 ℃，在接近最高工作溫度時(shí)，永磁鐵吸持力嚴(yán)重降低，起吊性能變差。永磁鐵在使用過程中工作間隙會不斷變化，影響永磁體退磁場強(qiáng)度和工作點(diǎn)變化。工作起始點(diǎn)不同，永磁體提供給磁路的能量以及產(chǎn)生的吸力有很大不同[3]。因此，保持永磁起重器底部的完整和清潔也很重要。在管理方面，要防止使用時(shí)底部劃痕損傷、粘接鐵削，存放時(shí)底部生銹，具體措施見表1。

表1 永磁起重器管理措施舉例

3 檢測與維護(hù)

目前涉及永磁鐵的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是JB/T 10687—2006《永磁起重器》[4]（以下簡稱為“標(biāo)準(zhǔn)”），該標(biāo)準(zhǔn)明確了永磁起重器的主要參數(shù)、技術(shù)要求、檢驗(yàn)規(guī)則及試驗(yàn)方法，是目前永磁鐵產(chǎn)品的主要參照標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 檢測

3.1.1 安全系數(shù)

安全系數(shù)是衡量永磁鐵安全性能的重要性能指標(biāo)，其數(shù)值為拉脫力除以永磁鐵的額定起重量。標(biāo)準(zhǔn)4.8 款規(guī)定了永磁起重器的安全系數(shù)：當(dāng)額定起重量為2000 kg 及以下時(shí)為3.5，即其拉脫力應(yīng)不小于額定起吊質(zhì)量的3.5 倍；當(dāng)其額定起重量為2000 kg 以上時(shí)為3，即其拉脫力應(yīng)不小于額定起吊質(zhì)量的3 倍。上述規(guī)定對所有永磁鐵均適用，不區(qū)分新產(chǎn)品和在用設(shè)備。需要注意的是，出廠的新產(chǎn)品安全系數(shù)合格，但使用一段時(shí)間后未必能保證在用設(shè)備安全系數(shù)仍然合格。

3.1.2 永久標(biāo)識

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，永磁起重器應(yīng)在明顯位置設(shè)有耐用、平整、不會卷曲的銘牌，并含有下列項(xiàng)目：產(chǎn)品名稱、型號、規(guī)格、額定起重量、制造廠名或商標(biāo)、出廠日期或編號。檢驗(yàn)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)部分永磁鐵外表面無任何標(biāo)志，特別是額定起重量等關(guān)鍵標(biāo)識缺失。關(guān)鍵信息的缺失，會給后續(xù)的使用、維護(hù)、檢測等工作帶來不便，因此保持永磁鐵永久標(biāo)識也是一項(xiàng)重要工作。

3.1.3 操縱手柄

該項(xiàng)目主要是對手柄操縱力的檢測，手柄操縱力應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的范圍。過大的手柄操縱力不僅操縱費(fèi)力，而且影響吊裝效率。手柄操縱力有兩種測試方法，一是通過將測力計(jì)垂直鉤住永磁鐵的手柄握持面中點(diǎn)處進(jìn)行測量，測力計(jì)上顯示的最大值即為該永磁鐵的手柄操縱力；二是通過扭矩扳手測得最大扭矩?cái)?shù)值，然后除以手柄樞軸軸心到手柄握持面中心的距離。

3.1.4 失磁保護(hù)裝置

標(biāo)準(zhǔn)要求永磁起重器應(yīng)設(shè)有失磁保護(hù)裝置，操作可靠，并且要求磁場轉(zhuǎn)換的操作應(yīng)由兩個(gè)獨(dú)立且相異的人工動作來實(shí)現(xiàn)。目前各類型永磁鐵都設(shè)置了失磁保護(hù)裝置，雖然形式不同，但基本上能滿足磁場轉(zhuǎn)換由兩個(gè)相異的人工動作來實(shí)現(xiàn)。問題常出現(xiàn)在鎖定裝置，其中限位銷變形、缺失等情況較為常見。

3.2 維護(hù)

使用方對在用永磁起重器每年進(jìn)行送檢，檢測機(jī)構(gòu)應(yīng)選取有資質(zhì)的專業(yè)機(jī)構(gòu)，以確保使用安全。對于發(fā)現(xiàn)的一般問題及時(shí)維修處理，不能處理的嚴(yán)重問題則采取降載后監(jiān)護(hù)使用或者報(bào)廢停用措施。

2022 年企業(yè)送檢在用永磁起重器安全系數(shù)如圖2所示，其中橫坐標(biāo)為不同額定載重量數(shù)值，縱坐標(biāo)為各額定載荷下實(shí)測的安全系數(shù)，階梯線為現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全系數(shù)合格線。樣本共計(jì)128 個(gè)，安全系數(shù)達(dá)標(biāo)的為40 個(gè)，占比僅為31.25%。需要明確的是，實(shí)驗(yàn)室樣本不夠大、品牌不夠多，且每個(gè)品牌數(shù)量不同、占比不同，不宜用現(xiàn)有數(shù)據(jù)去評估永磁起重器整體現(xiàn)狀。但是，由于樣本本身具有隨機(jī)性，送檢單位自由選擇檢測機(jī)構(gòu)，送檢數(shù)量、品牌也具有偶然性，所以數(shù)據(jù)一定程度上反應(yīng)了在用永磁鐵存在安全系數(shù)不達(dá)標(biāo)安全隱患。通過進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，不同品牌永磁鐵安全系數(shù)差距較大。例如，安全系數(shù)小于2 的永磁起重器，基本是同一委托單位使用的同一品牌產(chǎn)品，有的安全系數(shù)只有0.6，表明該品牌永磁鐵產(chǎn)品可能存在質(zhì)量問題。

圖2 送檢永磁鐵安全系數(shù)

對于安全系數(shù)異常問題，一般需要由廠家進(jìn)行維修。對于無法維修的，建議使用方降載使用，以減少安全風(fēng)險(xiǎn)。使用中要保證額定載重量的永久標(biāo)識，避免超載使用。操縱手柄要經(jīng)常潤滑，發(fā)現(xiàn)卡阻要及時(shí)維修。失磁保護(hù)裝置要完好，避免吊運(yùn)過程中狀態(tài)突然改變造成落料。

4 結(jié)束語

永磁鐵結(jié)構(gòu)小巧、搬運(yùn)靈活，對被搬運(yùn)物體外形無特殊要求，在工廠車間應(yīng)用廣泛，特別是在大型工廠的模具車間，永磁鐵發(fā)揮了重要作用。隨著新材料、新工藝的發(fā)展，永磁鐵產(chǎn)品也在不斷推陳出新，但安全底線必須要守住。標(biāo)準(zhǔn)制定不僅要細(xì)化永磁鐵技術(shù)要求，還要兼顧制造廠和用戶的需求。在用設(shè)備因使用磨損等因素可能導(dǎo)致吸持間隙變化，進(jìn)而造成安全系數(shù)降低，此類情況需要引起關(guān)注。