永磁起重器使用管理与检测维护

杨小姜

（江苏省特种设备安全监督检验研究院 国家桥门式起重机械产品质量检验检测中心，江苏无锡 214174）

0 引言

永磁起重器主要用于板块状或圆柱形铁磁性材料的吊运工作，具有结构轻巧、操作简单、吸持力强、安全可靠等特点，有助于改进装卸搬运作业的工作条件，提高劳动生产效率，因此在工厂、码头、仓库和交通运输行业的吊装工作中应用广泛。

1 工作原理与特点

1.1 定义与结构

永磁起重器是由永久磁钢的磁场力吸持工件移动，手动操作磁场转换操纵系统的工具，内部设有失磁保护装置。永磁起重器结构一般包括铸体（内含永磁材料）、操纵手柄、转动轴、吊环、吊轴等。永磁起重器铸体内部采用高性能永久磁性材料，如钕硼砂等稀土材料，能够在磁路中产生很强的吸力。操作人员可以通过手柄翻转或通过永磁起重器自身的上下运动改变磁力线，使起重器处于工作或者关闭状态，整个吊运过程中无需外界供电。

1.2 工作原理

永磁起重器利用磁畴理论制造，利用磁场内的磁力线以及磁感应强度叠加原理，操作手柄转动控制永磁铁的磁极方向，让永磁起重器处于工作或者关闭状态，所以它不需要外部供电就能工作。

永磁起重器工作原理如图1 所示[1]，当需要永磁吸盘处于工作状态时，将手柄旋转180°，磁极处于图1a）所示状态，整个磁芯的磁极方向发生改变，磁力线从磁体的N 极出来，通过软磁材料，再经过铁板（或者其他铁件），最后回到磁铁的S 极，构成一个闭合回路，把工件牢固地吸在永磁起重器的工作面上。

图1 永磁起重器工作原理

当永磁起重器处于停止工作或者卸载状态时，磁极在图1b）所示的状态，磁力线不通过磁力吊的工作极面，而是由磁芯与上面的磁板组成了闭合回路，由于没有磁力线从永磁吸盘的工作极面上出来，所以对工件不会产生吸力。

永磁起重器的主要技术指标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设计决定，一般来说材料磁能密度越大，吸重比越大；磁路设计越合理、漏磁越少，吸重比越大。但材料磁能密度越大，成本就越高，合理的磁路设计也会造成成本上升，所以吸重成本比会因为吸重比的提高而上升，形成一对矛盾。因此，永磁铁产品是吸重比和吸重成本比综合优化平衡的结果。

1.3 优点

（1）永磁起重器采用计算机模拟磁路设计。利用有限元法、磁导法[2]等对永磁起重器磁路设计，使磁场分布更合理、透磁深度大、无剩磁、安全系数高，最大拉脱力一般为额定起重量的3～3.5 倍。

（2）永磁起重器相比电磁起重器结构小巧、形状紧凑、易于操作，且无需励磁电源、断电不失磁、无落料风险、无需冷却系统。

（3）永磁起重器省电节能、故障率低，采用高性能的永久磁性材料，吸持力稳定。

1.4 缺点

（1）永磁起重器的吸附面积较小，且很难进行多台联吊。在吊运过程中存在工件脱落的风险。

（2）永磁起重器内部为活动部件，磁力开关需要手动翻转，经过长期使用，活动部件会发生故障，影响工件上下料的效率。

（3）永磁起重器工作对象单一，工作对象为铁磁性材料，对塑料、铜铝构件不适用。且磁力难以调节，吊装兼容性较差，如果车间存在着长度、重量相差较大的钢板，永磁起重器就无法完成搬运任务。

2 使用与管理

与大多数的起吊事故类似，由永磁铁引发的事故也多发于使用环节，可见使用环节的规范作业对永磁起重器的安全使用影响较大。永磁起重器性能受环境、场所等外部条件影响，因此在管理工作中不能忽视。应从使用和管理两方面入手，保障永磁起重器的使用安全。

（1）吊装时，工件外表面特别是底部工作面应清理干净，如有铁锈、凸刺等应清理干净，否则影响吊运性能。永磁起重器平稳放置在工作平面上后，应使中心线应穿过工件重心，然后旋转手柄由OFF 位置转向ON位置，直至限位销。检查手柄的锁定装置是否有效工作，确认无异常后进行起吊。

（2）严禁超过限定标志吊运工件，严禁人身体的任何部位伸入起吊工件下方的垂影内，吊运时应避免从重要设备以及电力设施上方通过。被吊工件工作温度不得大于80 ℃，吊运时无剧烈振动及冲击。

（3）吊运时，应严格按照关系曲线区分工作面状态（平面、圆柱面）承载能力。设备的额定载荷大多采用平面拉脱时的载重量，也有设备注明了两种状态下的额定载重量。例如750/500，表示在平面拉脱时的额定载荷为750 kg，柱面工件拉脱时的额定载荷为500 kg。这是因为吊运柱面工件时，由于永磁起重器底面V 形槽与工件外表面为线接触，所以起重性能仅为额定起重量的50%～70%。

（4）操纵手柄时与工件接触。转动永磁铁手柄时，一般永磁铁应放置在钢板上，使磁路形成闭合回路，这样操纵手柄较容易，否则很难转动手柄。

在永磁起重器管理方面，要建章立制、严格管理，明确永磁起重器的工作场合和工作和存放环境等，以免影响其使用性能。永磁铁一般不能在火场等高温环境工作，因为温度会严重影响永磁铁的磁力。永磁铁常用的烧结钕钛硼M 系列磁性材料的居里温度为310 ℃，最高工作温度只有80 ℃，在接近最高工作温度时，永磁铁吸持力严重降低，起吊性能变差。永磁铁在使用过程中工作间隙会不断变化，影响永磁体退磁场强度和工作点变化。工作起始点不同，永磁体提供给磁路的能量以及产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洁也很重要。在管理方面，要防止使用时底部划痕损伤、粘接铁削，存放时底部生锈，具体措施见表1。

表1 永磁起重器管理措施举例

3 检测与维护

目前涉及永磁铁的主要技术标准是JB/T 10687—2006《永磁起重器》[4]（以下简称为“标准”），该标准明确了永磁起重器的主要参数、技术要求、检验规则及试验方法，是目前永磁铁产品的主要参照标准。

3.1 检测

3.1.1 安全系数

安全系数是衡量永磁铁安全性能的重要性能指标，其数值为拉脱力除以永磁铁的额定起重量。标准4.8 款规定了永磁起重器的安全系数：当额定起重量为2000 kg 及以下时为3.5，即其拉脱力应不小于额定起吊质量的3.5 倍；当其额定起重量为2000 kg 以上时为3，即其拉脱力应不小于额定起吊质量的3 倍。上述规定对所有永磁铁均适用，不区分新产品和在用设备。需要注意的是，出厂的新产品安全系数合格，但使用一段时间后未必能保证在用设备安全系数仍然合格。

3.1.2 永久标识

根据标准要求，永磁起重器应在明显位置设有耐用、平整、不会卷曲的铭牌，并含有下列项目：产品名称、型号、规格、额定起重量、制造厂名或商标、出厂日期或编号。检验中经常发现部分永磁铁外表面无任何标志，特别是额定起重量等关键标识缺失。关键信息的缺失，会给后续的使用、维护、检测等工作带来不便，因此保持永磁铁永久标识也是一项重要工作。

3.1.3 操纵手柄

该项目主要是对手柄操纵力的检测，手柄操纵力应小于标准所规定的范围。过大的手柄操纵力不仅操纵费力，而且影响吊装效率。手柄操纵力有两种测试方法，一是通过将测力计垂直钩住永磁铁的手柄握持面中点处进行测量，测力计上显示的最大值即为该永磁铁的手柄操纵力；二是通过扭矩扳手测得最大扭矩数值，然后除以手柄枢轴轴心到手柄握持面中心的距离。

3.1.4 失磁保护装置

标准要求永磁起重器应设有失磁保护装置，操作可靠，并且要求磁场转换的操作应由两个独立且相异的人工动作来实现。目前各类型永磁铁都设置了失磁保护装置，虽然形式不同，但基本上能满足磁场转换由两个相异的人工动作来实现。问题常出现在锁定装置，其中限位销变形、缺失等情况较为常见。

3.2 维护

使用方对在用永磁起重器每年进行送检，检测机构应选取有资质的专业机构，以确保使用安全。对于发现的一般问题及时维修处理，不能处理的严重问题则采取降载后监护使用或者报废停用措施。

2022 年企业送检在用永磁起重器安全系数如图2所示，其中横坐标为不同额定载重量数值，纵坐标为各额定载荷下实测的安全系数，阶梯线为现行标准规定的安全系数合格线。样本共计128 个，安全系数达标的为40 个，占比仅为31.25%。需要明确的是，实验室样本不够大、品牌不够多，且每个品牌数量不同、占比不同，不宜用现有数据去评估永磁起重器整体现状。但是，由于样本本身具有随机性，送检单位自由选择检测机构，送检数量、品牌也具有偶然性，所以数据一定程度上反应了在用永磁铁存在安全系数不达标安全隐患。通过进一步分析数据发现，不同品牌永磁铁安全系数差距较大。例如，安全系数小于2 的永磁起重器，基本是同一委托单位使用的同一品牌产品，有的安全系数只有0.6，表明该品牌永磁铁产品可能存在质量问题。

图2 送检永磁铁安全系数

对于安全系数异常问题，一般需要由厂家进行维修。对于无法维修的，建议使用方降载使用，以减少安全风险。使用中要保证额定载重量的永久标识，避免超载使用。操纵手柄要经常润滑，发现卡阻要及时维修。失磁保护装置要完好，避免吊运过程中状态突然改变造成落料。

4 结束语

永磁铁结构小巧、搬运灵活，对被搬运物体外形无特殊要求，在工厂车间应用广泛，特别是在大型工厂的模具车间，永磁铁发挥了重要作用。随着新材料、新工艺的发展，永磁铁产品也在不断推陈出新，但安全底线必须要守住。标准制定不仅要细化永磁铁技术要求，还要兼顾制造厂和用户的需求。在用设备因使用磨损等因素可能导致吸持间隙变化，进而造成安全系数降低，此类情况需要引起关注。