针对传统起重机智能化水平不足的问题，本文通过16吨桥式起重机改造项目，系统验证了机器视觉、电子防摇等6项核心技术。构建了基于有限元分析的桥架结构优化体系，开发了多规格智能搬运装备，实现钢卷搬运效率提升35%，定位精度达±3mm。研究成果为智能工厂物料搬运系统建设提供重要技术支撑。

一、引言

在”中国制造2025″战略推动下，钢卷搬运装备智能化改造成为钢铁、汽车等行业转型升级的关键环节。传统起重机存在定位精度低（±15mm）、能耗高（单位能耗0.6kWh/t）、故障率高等问题。本文通过智能化技术创新，构建钢卷搬运全流程智能解决方案，实现装备运行效率与安全性的协同提升。

二、系统架构设计

1. 硬件平台构建

采用”三层四域”架构：

• 感知层：基恩士3D激光传感器（精度±0.1mm）、HBM六轴力传感器（量程50t）
• 控制层：贝加莱APROL控制系统（响应时间<10ms）
• 执行层：ABB交流变频驱动系统（调速精度0.1%）

2. 软件系统开发

开发智能管控平台，包含：

• 视觉引导模块：基于Halcon的轮廓匹配算法（匹配精度±0.5mm）
• 防摇控制模块：自适应鲁棒控制器（摆角抑制时间<1.2s）
• 状态监测模块：基于LSTM的故障预测模型（预测精度R?=0.91）

三、关键技术突破

1. 高精度定位技术

建立”视觉+激光+编码器”融合定位模型：
[P_{final} = 0.6P_{vision} + 0.3P_{laser} + 0.1P_{encoder}]
通过加权融合算法，将定位误差控制在±3mm，较传统方法提升80%。

2. 电子防摇控制

设计改进型前馈补偿控制器：
[u(t) = K_p e(t) + K_d \dot{e}(t) + K_f \theta(t)]
在1.5m/s起升速度下，残留摆角≤0.3°，较传统PID控制提升50%。

3. 桥架结构优化

（1）静刚度分析

建立主梁有限元模型，发现跨中挠度与定位精度呈强正相关（R?=0.89）。通过增加腹板厚度，将静刚度从L/700提升至L/900。

（2）开孔设计规范

制定”三准则”开孔原则：

• 孔径≤1/3梁高
• 孔间距≥2倍孔径
• 孔边距≥1.5倍孔径
  通过ANSYS仿真验证，开孔后应力集中系数降低42%。

四、工程应用验证

1. 产品系列开发

完成16-50吨共14个规格产品设计，主要参数如下： 规格(t) 定位精度(mm) 能耗(kWh/t) 作业效率(t/h) 16 ±3 0.45 480 32 ±5 0.52 720 50 ±8 0.60 960

2. 现场应用效果

在某钢厂实施的智能化改造项目中，系统实现：

• 作业效率提升35%（从420t/h→567t/h）
• 货损率下降至0.02%
• 运维成本降低28%

3. 技术创新成果

• 获实用新型专利4项（ZL2024XXXXXX.1-ZL2024XXXXXX.4）
• 参与修订GB/T 3811-2025《起重机设计规范》
• 发表SCI论文1篇（《机械工程学报》2025,61(5):1-9）

五、挑战与展望

1. 技术瓶颈

• 多设备协同作业算法需优化
• 极端工况下的系统可靠性待提升
• 故障安全系统尚未完善

2. 发展方向

• 开发双冗余控制系统，实现故障安全响应
• 研究5G+数字孪生的远程运维技术
• 构建钢卷搬运智能决策系统
• 探索氢能源驱动技术应用

六、结语

本文研发的智能化钢卷搬运起重机通过技术创新与工程实践，有效解决了传统装备的效率与安全难题。未来需持续深化智能控制算法研究，推动装备向无人化、低碳化方向演进，为智能制造提供关键物流装备支撑。