摘要：伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，我國目前在起重機(jī)的設(shè)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(shè)計進(jìn)行改進(jìn)、使用輕質(zhì)的材料、對結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)、對機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)、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(jī)輕量化設(shè)計的關(guān)鍵要素進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)；輕量化設(shè)計；關(guān)鍵要素；工業(yè)運(yùn)輸；輕量材料；結(jié)構(gòu)改進(jìn) 文獻(xiàn)標(biāo)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(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，起重機(jī)在工業(yè)安裝以及物資的運(yùn)輸中起到了不可忽視的作用?，F(xiàn)階段我國擁有的起重機(jī)的設(shè)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(jī)的設(shè)計方面我國承襲了前蘇聯(lián)的相關(guān)設(shè)計理念，從而致使起重機(jī)能耗高、自重及體積較大且安全系數(shù)裕量也較大。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，我國目前在起重機(jī)的設(shè)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(jī)構(gòu)、材料以及結(jié)構(gòu)等方面取得了一定的應(yīng)用。

1 對計算方法以及設(shè)計進(jìn)行改進(jìn)

第一，要廣泛使用極限狀態(tài)的設(shè)計法。在當(dāng)下經(jīng)常被使用的設(shè)計法是許用應(yīng)力法，它的缺點(diǎn)是對工作性質(zhì)不同且用途不同的金屬結(jié)構(gòu)使用相同的安全系數(shù)，并且經(jīng)常會出現(xiàn)安全系數(shù)過大或是過小的情況。使用極限狀態(tài)設(shè)計法所得到的計算結(jié)果相對較精確，能夠符合金屬結(jié)構(gòu)在工作中的實(shí)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(dá)到節(jié)省材料的目的。

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

第三，要按照定位精度概念來對起重機(jī)所具有的剛性要求進(jìn)行考核。在《起重機(jī)設(shè)計規(guī)范》中，把起重機(jī)的靜剛度從起重機(jī)的工作級別中獨(dú)立出來，同時還加入了定位精度的相關(guān)概念，從而能夠按照設(shè)計的需要以及在使用中的要求對起重機(jī)的靜剛性提出要求。同時，對起重機(jī)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(zhì)的材料

在其他國家中，已經(jīng)嘗試制造過鋁合金結(jié)構(gòu)的輪式起重機(jī)、橋式起重機(jī)以及龍門起重機(jī)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(jī)的自重要比參數(shù)相同的鋼制的雙梁橋式起重機(jī)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(jié)構(gòu)鋼材，同時也能夠使機(jī)械的抗彎能力在原有的基礎(chǔ)上提高30%或更多。在對起重機(jī)的主梁強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計時，可以使用高強(qiáng)度的鋼材來取代原有的普通鋼材，從而在生產(chǎn)過程中使生產(chǎn)起重機(jī)材料的用量減少，并使設(shè)備的重量進(jìn)一步地

降低。

3 對結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)

第一，使用型鋼來代替原有的焊接橫梁，在對小車架進(jìn)行設(shè)計的時候，可以在一部分的新產(chǎn)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(jī)械的自重得到一定減輕。

第二，對柔性小車架進(jìn)行推廣，將井字形的四梁結(jié)構(gòu)變成工字形的三梁結(jié)構(gòu)，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(nèi)，使用外懸掛套裝的方式來設(shè)置起升減速器。這樣做可以不使用傳統(tǒng)的底座結(jié)構(gòu)，不僅可以使高度降低，也可以使機(jī)械的重量得到一定減輕。

第四，小車的運(yùn)行機(jī)構(gòu)可以使用四合一或是三合一的傳統(tǒng)系統(tǒng)。

4 對機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)

第一，對運(yùn)行機(jī)構(gòu)進(jìn)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(shù)量，讓機(jī)械的結(jié)構(gòu)能夠更加緊湊。現(xiàn)階段，由減速器、電動機(jī)以及制動器聯(lián)合構(gòu)成的三合一的運(yùn)行機(jī)制，在大多數(shù)的橋架型起重機(jī)中的大小車運(yùn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)得到了十分普遍的應(yīng)用，這種運(yùn)行機(jī)構(gòu)使橋架的自重得到減輕，讓機(jī)械的結(jié)構(gòu)更加緊湊，同時也減少了維護(hù)的工作量以及維護(hù)所使用的費(fèi)用。

第二，對起升結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)?？梢詫㈦妱雍J進(jìn)行推廣來代替起升機(jī)構(gòu)。對于中小型的起重機(jī)來說，可以使用葫蘆來作為起重機(jī)的起升結(jié)構(gòu)，這樣做既能夠使起升機(jī)構(gòu)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(dá)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(guān)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(jié)構(gòu)。

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

第四，使用高轉(zhuǎn)速的電動機(jī)，對于機(jī)械的各個機(jī)構(gòu)所使用的電動機(jī)都可以并應(yīng)該向高轉(zhuǎn)速的方向發(fā)展，由此來使電機(jī)基座號得以減小，同時也使機(jī)械的重量減輕，減小機(jī)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(jié)構(gòu)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(jīng)獲得了成功的結(jié)構(gòu)設(shè)計中減去一部分，而不是增加一部分，對力的傳遞路線進(jìn)行分析，在工程中得到使用的每一塊材料都應(yīng)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(shù)量。在普通的使用場合中，可以使用按鈕控制來取代司機(jī)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(jī)室的操作，這樣不但可以使起重機(jī)的整體自重得到減輕，還能夠使起重機(jī)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(jī)以及電機(jī)等的外殼，可以使用鑄鋁結(jié)構(gòu)，使機(jī)械的重量得到減輕。

7 結(jié)語

我國的起重機(jī)的輕量化設(shè)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(jī)在電氣系統(tǒng)、工藝、機(jī)構(gòu)、材料以及結(jié)構(gòu)等方面都存在著一定的改進(jìn)空間。對于這一設(shè)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(qiáng)，用戶原有的觀念也應(yīng)發(fā)生一定的轉(zhuǎn)變。另外，對于起重機(jī)的節(jié)能監(jiān)管以及能效測試的相關(guān)安全技術(shù)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(shù)的快速進(jìn)步，從而早日實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的輕量化設(shè)計。

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作者簡介：王猛（1982-），男（蒙古族），內(nèi)蒙古赤峰人，大連華銳重工起重機(jī)有限公司工程師，研究方向：橋式起重機(jī)設(shè)計。

（責(zé)任編輯：周 瓊）