永磁起重器使用管理與檢測維護

楊小姜

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院 國家橋門式起重機械產品質量檢驗檢測中心，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工作，具有結構輕巧、操作簡單、吸持力強、安全可靠等特點，有助于改進裝卸搬運作業的工作條件，提高勞動生產效率，因此在工廠、碼頭、倉庫和交通運輸行業的吊裝工作中應用廣泛。

1 工作原理與特點

1.1 定義與結構

永磁起重器是由永久磁鋼的磁場力吸持工件移動，手動操作磁場轉換操縱系統的工具，內部設有失磁保護裝置。永磁起重器結構一般包括鑄體（內含永磁材料）、操縱手柄、轉動軸、吊環、吊軸等。永磁起重器鑄體內部采用高性能永久磁性材料，如釹硼砂等稀土材料，能夠在磁路中產生很強的吸力。操作人員可以通過手柄翻轉或通過永磁起重器自身的上下運動改變磁力線，使起重器處于工作或者關閉狀態，整個吊運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，利用磁場內的磁力線以及磁感應強度疊加原理，操作手柄轉動控制永磁鐵的磁極方向，讓永磁起重器處于工作或者關閉狀態，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]，當需要永磁吸盤處于工作狀態時，將手柄旋轉180°，磁極處于圖1a）所示狀態，整個磁芯的磁極方向發生改變，磁力線從磁體的N 極出來，通過軟磁材料，再經過鐵板（或者其他鐵件），最后回到磁鐵的S 極，構成一個閉合回路，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

當永磁起重器處于停止工作或者卸載狀態時，磁極在圖1b）所示的狀態，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，所以對工件不會產生吸力。

永磁起重器的主要技術指標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計決定，一般來說材料磁能密度越大，吸重比越大；磁路設計越合理、漏磁越少，吸重比越大。但材料磁能密度越大，成本就越高，合理的磁路設計也會造成成本上升，所以吸重成本比會因為吸重比的提高而上升，形成一對矛盾。因此，永磁鐵產品是吸重比和吸重成本比綜合優化平衡的結果。

1.3 優點

（1）永磁起重器采用計算機模擬磁路設計。利用有限元法、磁導法[2]等對永磁起重器磁路設計，使磁場分布更合理、透磁深度大、無剩磁、安全系數高，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構小巧、形狀緊湊、易于操作，且無需勵磁電源、斷電不失磁、無落料風險、無需冷卻系統。

（3）永磁起重器省電節能、故障率低，采用高性能的永久磁性材料，吸持力穩定。

1.4 缺點

（1）永磁起重器的吸附面積較小，且很難進行多臺聯吊。在吊運過程中存在工件脫落的風險。

（2）永磁起重器內部為活動部件，磁力開關需要手動翻轉，經過長期使用，活動部件會發生故障，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、銅鋁構件不適用。且磁力難以調節，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任務。

2 使用與管理

與大多數的起吊事故類似，由永磁鐵引發的事故也多發于使用環節，可見使用環節的規范作業對永磁起重器的安全使用影響較大。永磁起重器性能受環境、場所等外部條件影響，因此在管理工作中不能忽視。應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，工件外表面特別是底部工作面應清理干凈，如有鐵銹、凸刺等應清理干凈，否則影響吊運性能。永磁起重器平穩放置在工作平面上后，應使中心線應穿過工件重心，然后旋轉手柄由OFF 位置轉向ON位置，直至限位銷。檢查手柄的鎖定裝置是否有效工作，確認無異常后進行起吊。

（2）嚴禁超過限定標志吊運工件，嚴禁人身體的任何部位伸入起吊工件下方的垂影內，吊運時應避免從重要設備以及電力設施上方通過。被吊工件工作溫度不得大于80 ℃，吊運時無劇烈振動及沖擊。

（3）吊運時，應嚴格按照關系曲線區分工作面狀態（平面、圓柱面）承載能力。設備的額定載荷大多采用平面拉脫時的載重量，也有設備注明了兩種狀態下的額定載重量。例如750/500，表示在平面拉脫時的額定載荷為750 kg，柱面工件拉脫時的額定載荷為500 kg。這是因為吊運柱面工件時，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）操縱手柄時與工件接觸。轉動永磁鐵手柄時，一般永磁鐵應放置在鋼板上，使磁路形成閉合回路，這樣操縱手柄較容易，否則很難轉動手柄。

在永磁起重器管理方面，要建章立制、嚴格管理，明確永磁起重器的工作場合和工作和存放環境等，以免影響其使用性能。永磁鐵一般不能在火場等高溫環境工作，因為溫度會嚴重影響永磁鐵的磁力。永磁鐵常用的燒結釹鈦硼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，永磁鐵吸持力嚴重降低，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度和工作點變化。工作起始點不同，永磁體提供給磁路的能量以及產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，要防止使用時底部劃痕損傷、粘接鐵削，存放時底部生銹，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

目前涉及永磁鐵的主要技術標準是JB/T 10687—2006《永磁起重器》[4]（以下簡稱為“標準”），該標準明確了永磁起重器的主要參數、技術要求、檢驗規則及試驗方法，是目前永磁鐵產品的主要參照標準。

3.1 檢測

3.1.1 安全系數

安全系數是衡量永磁鐵安全性能的重要性能指標，其數值為拉脫力除以永磁鐵的額定起重量。標準4.8 款規定了永磁起重器的安全系數：當額定起重量為2000 kg 及以下時為3.5，即其拉脫力應不小于額定起吊質量的3.5 倍；當其額定起重量為2000 kg 以上時為3，即其拉脫力應不小于額定起吊質量的3 倍。上述規定對所有永磁鐵均適用，不區分新產品和在用設備。需要注意的是，出廠的新產品安全系數合格，但使用一段時間后未必能保證在用設備安全系數仍然合格。

3.1.2 永久標識

根據標準要求，永磁起重器應在明顯位置設有耐用、平整、不會卷曲的銘牌，并含有下列項目：產品名稱、型號、規格、額定起重量、制造廠名或商標、出廠日期或編號。檢驗中經常發現部分永磁鐵外表面無任何標志，特別是額定起重量等關鍵標識缺失。關鍵信息的缺失，會給后續的使用、維護、檢測等工作帶來不便，因此保持永磁鐵永久標識也是一項重要工作。

3.1.3 操縱手柄

該項目主要是對手柄操縱力的檢測，手柄操縱力應小于標準所規定的范圍。過大的手柄操縱力不僅操縱費力，而且影響吊裝效率。手柄操縱力有兩種測試方法，一是通過將測力計垂直鉤住永磁鐵的手柄握持面中點處進行測量，測力計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數值，然后除以手柄樞軸軸心到手柄握持面中心的距離。

3.1.4 失磁保護裝置

標準要求永磁起重器應設有失磁保護裝置，操作可靠，并且要求磁場轉換的操作應由兩個獨立且相異的人工動作來實現。目前各類型永磁鐵都設置了失磁保護裝置，雖然形式不同，但基本上能滿足磁場轉換由兩個相異的人工動作來實現。問題常出現在鎖定裝置，其中限位銷變形、缺失等情況較為常見。

3.2 維護

使用方對在用永磁起重器每年進行送檢，檢測機構應選取有資質的專業機構，以確保使用安全。對于發現的一般問題及時維修處理，不能處理的嚴重問題則采取降載后監護使用或者報廢停用措施。

2022 年企業送檢在用永磁起重器安全系數如圖2所示，其中橫坐標為不同額定載重量數值，縱坐標為各額定載荷下實測的安全系數，階梯線為現行標準規定的安全系數合格線。樣本共計128 個，安全系數達標的為40 個，占比僅為31.25%。需要明確的是，實驗室樣本不夠大、品牌不夠多，且每個品牌數量不同、占比不同，不宜用現有數據去評估永磁起重器整體現狀。但是，由于樣本本身具有隨機性，送檢單位自由選擇檢測機構，送檢數量、品牌也具有偶然性，所以數據一定程度上反應了在用永磁鐵存在安全系數不達標安全隱患。通過進一步分析數據發現，不同品牌永磁鐵安全系數差距較大。例如，安全系數小于2 的永磁起重器，基本是同一委托單位使用的同一品牌產品，有的安全系數只有0.6，表明該品牌永磁鐵產品可能存在質量問題。

圖2 送檢永磁鐵安全系數

對于安全系數異常問題，一般需要由廠家進行維修。對于無法維修的，建議使用方降載使用，以減少安全風險。使用中要保證額定載重量的永久標識，避免超載使用。操縱手柄要經常潤滑，發現卡阻要及時維修。失磁保護裝置要完好，避免吊運過程中狀態突然改變造成落料。

4 結束語

永磁鐵結構小巧、搬運靈活，對被搬運物體外形無特殊要求，在工廠車間應用廣泛，特別是在大型工廠的模具車間，永磁鐵發揮了重要作用。隨著新材料、新工藝的發展，永磁鐵產品也在不斷推陳出新，但安全底線必須要守住。標準制定不僅要細化永磁鐵技術要求，還要兼顧制造廠和用戶的需求。在用設備因使用磨損等因素可能導致吸持間隙變化，進而造成安全系數降低，此類情況需要引起關注。