橋式起重機輕量化設計的關鍵要素

摘要：伴隨著科學技術的不斷發(fā)展與進步，我國目前在起重機的設計上正逐步朝著輕量化的方向發(fā)展。文章從對計算方法以及設計進行改進、使用輕質的材料、對結構進行改進、對機構進行改進、從合理使用材料以及減輕電氣系統(tǒng)等問題出發(fā)，對橋式起重機輕量化設計的關鍵要素進行了探究。

關鍵詞：橋式起重機；輕量化設計；關鍵要素；工業(yè)運輸；輕量材料；結構改進 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH213 文章編號：1009-2374（2015）13-0007-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.004

隨著我國經濟的不斷發(fā)展，起重機在工業(yè)安裝以及物資的運輸中起到了不可忽視的作用?，F階段我國擁有的起重機的設計以及制造水平正向世界水平逐步靠攏，然而由于一部分的歷史原因，在起重機的設計方面我國承襲了前蘇聯的相關設計理念，從而致使起重機能耗高、自重及體積較大且安全系數裕量也較大。伴隨著科學技術的不斷發(fā)展與進步，我國目前在起重機的設計上正逐步朝著輕量化的方向發(fā)展，同時也在電氣系統(tǒng)、工藝、機構、材料以及結構等方面取得了一定的應用。

1 對計算方法以及設計進行改進

第一，要廣泛使用極限狀態(tài)的設計法。在當下經常被使用的設計法是許用應力法，它的缺點是對工作性質不同且用途不同的金屬結構使用相同的安全系數，并且經常會出現安全系數過大或是過小的情況。使用極限狀態(tài)設計法所得到的計算結果相對較精確，能夠符合金屬結構在工作中的實際情況，所以也能夠更加充分地對鋼材的性能加以利用，并達到節(jié)省材料的目的。

第二，要使用現代的設計方法。這類方法能夠正確地考慮到鋼材的結構工作特點及性能與載荷的工作性質，例如模塊化設計、有限元法、起重機動力學、模糊優(yōu)化設計、靈敏度分析以及等強度設計等，以最大限度使自重得到減輕，同時對大型設備還可以使用動態(tài)模擬以及計算機仿真方法。

第三，要按照定位精度概念來對起重機所具有的剛性要求進行考核。在《起重機設計規(guī)范》中，把起重機的靜剛度從起重機的工作級別中獨立出來，同時還加入了定位精度的相關概念，從而能夠按照設計的需要以及在使用中的要求對起重機的靜剛性提出要求。同時，對起重機所具有的動態(tài)剛性在一般情況下不做出要求。

2 使用輕質的材料

在其他國家中，已經嘗試制造過鋁合金結構的輪式起重機、橋式起重機以及龍門起重機的臂架。它的自重要比之前的輕30%～60%。由德國制造出來的鋁合金箱型的單主梁橋式起重機的自重要比參數相同的鋼制的雙梁橋式起重機少70%。如果在制作過程中將H型鋼材取代原有的鋼板，就能夠節(jié)約10%～15%的結構鋼材，同時也能夠使機械的抗彎能力在原有的基礎上提高30%或更多。在對起重機的主梁強度進行設計時，可以使用高強度的鋼材來取代原有的普通鋼材，從而在生產過程中使生產起重機材料的用量減少，并使設備的重量進一步地

降低。

3 對結構進行改進

第一，使用型鋼來代替原有的焊接橫梁，在對小車架進行設計的時候，可以在一部分的新產品中使用那些鋼板沖壓成型的型鋼來取代焊接橫梁，這樣做不僅使焊接工作的工作量減少，也使機械的自重得到一定減輕。

第二，對柔性小車架進行推廣，將井字形的四梁結構變成工字形的三梁結構，使移動荷載的重量得到大幅度降低。

第三，將小車的總高度降低，例如可以把定滑輪組放到小車架的滑輪梁內，使用外懸掛套裝的方式來設置起升減速器。這樣做可以不使用傳統(tǒng)的底座結構，不僅可以使高度降低，也可以使機械的重量得到一定減輕。

第四，小車的運行機構可以使用四合一或是三合一的傳統(tǒng)系統(tǒng)。

4 對機構進行改進

第一，對運行機構進行創(chuàng)新。使用硬齒面減速器來代替原有的中硬齒面減速器，同時，盡量縮減零部件的數量，讓機械的結構能夠更加緊湊。現階段，由減速器、電動機以及制動器聯合構成的三合一的運行機制，在大多數的橋架型起重機中的大小車運行結構內得到了十分普遍的應用，這種運行機構使橋架的自重得到減輕，讓機械的結構更加緊湊，同時也減少了維護的工作量以及維護所使用的費用。

第二，對起升結構進行改進?？梢詫㈦妱雍J進行推廣來代替起升機構。對于中小型的起重機來說，可以使用葫蘆來作為起重機的起升結構，這樣做既能夠使起升機構的重量在一定程度上得到減輕，還可以使起重小車的重量得到減輕，從而達到節(jié)能的目的，還可以在作業(yè)過程中減小對于建筑物高度的相關要求。另外，對于零部件要盡可能以焊代鑄，例如滑輪、減速器殼體以及卷筒等都可以使用焊接結構。

第三，可以研發(fā)出內平動卷筒，在作業(yè)過程中，可以將內平動齒輪減速器的輸出端和卷筒的輸入端直接聯系在一起。也可以把內平動齒輪的減速器和卷筒合二為一，制作出一種內平動的電動卷筒，另外，內平動齒輪的減速器的內齒輪外表面還能夠直接用作制動輪，這樣既能夠使起升機構的重量得到減輕，還可以讓機械的結構更加緊湊，從而使維護費用以及維護量得到減輕。

第四，使用高轉速的電動機，對于機械的各個機構所使用的電動機都可以并應該向高轉速的方向發(fā)展，由此來使電機基座號得以減小，同時也使機械的重量減輕，減小機械的外形尺寸，還可以使其配用制動力矩較小的制動器。

5 要合理使用材料

在主梁結構中，輔助材料的重量大約是主梁自重的20%～30%，因此，在工程中減少對于輔助材料的使用，對于使主梁的自重得到減輕具有十分重要的意義。因此，可以在之前已經獲得了成功的結構設計中減去一部分，而不是增加一部分，對力的傳遞路線進行分析，在工程中得到使用的每一塊材料都應該具有十分明確的使用目的，對于不起作用的材料不予使用。

6 減輕電氣系統(tǒng)

第一，要使用不銹鋼的電阻器，從而減少電阻器的使用數量。在普通的使用場合中，可以使用按鈕控制來取代司機室的操作。在比較特殊的帶有多粉塵、有毒氣體或是高溫等較危險的作業(yè)場地中，可以使用遙控來取代司機室的操作，這樣不但可以使起重機的整體自重得到減輕，還能夠使起重機的平衡度得到提高，并減少故障的發(fā)生率，提高工作的效率。

第二，對于減速機以及電機等的外殼，可以使用鑄鋁結構，使機械的重量得到減輕。

7 結語

我國的起重機的輕量化設計具有十分充足的可行性。與其他國家相比而言，我國的起重機在電氣系統(tǒng)、工藝、機構、材料以及結構等方面都存在著一定的改進空間。對于這一設計，政府及制造企業(yè)的資金投入以及國家政策對它的扶持等都有待加強，用戶原有的觀念也應發(fā)生一定的轉變。另外，對于起重機的節(jié)能監(jiān)管以及能效測試的相關安全技術規(guī)范、規(guī)章制度以及法律法規(guī)也有待制定并得到完善，做好這些工作可以推動這一技術的快速進步，從而早日實現起重機的輕量化設計。

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作者簡介：王猛（1982-），男（蒙古族），內蒙古赤峰人，大連華銳重工起重機有限公司工程師，研究方向：橋式起重機設計。

（責任編輯：周 瓊）