牛曙光

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030024）

引言

模塊化設(shè)計(jì)是將一些基本模塊單元通過不同的組合形成各種產(chǎn)品，以滿足用戶的多種需求。小車模塊化設(shè)計(jì)是以功能分析為基礎(chǔ)，將小車上同一功能的基本單元、復(fù)合單元設(shè)計(jì)成具有相同用途、不同性能的基本模塊、復(fù)合模塊，這些模塊具有相同的鏈接要素，可以互換。選用不同模塊進(jìn)行組合，可形成各種品種的小車模塊。由于模塊化設(shè)計(jì)使得零部件具有完全的互換性，設(shè)計(jì)周期大為縮短，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)在滿足用戶性能要求的前提下實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的最佳輕量化配置。

1 總體設(shè)計(jì)思路

起重機(jī)的主參數(shù)是性能特征的來源，是選型和設(shè)計(jì)的依據(jù)。在進(jìn)行小車系列設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸的確定，以及電機(jī)、減速器、制動(dòng)器、卷筒和車輪等核心部件的合理選擇均受到主參數(shù)的影響。用較少規(guī)格的部件組成多品種系列小車，提高小車整體性能，滿足不同用戶不同工況的需求，并降低制造成本，必須對(duì)小車系列的主參數(shù)進(jìn)行最佳的科學(xué)合理匹配。

1.1 起重量與工作級(jí)別的匹配關(guān)系

將起重量由小到大進(jìn)行系列優(yōu)化排列，工作級(jí)別由低到高相應(yīng)搭配，起重量與工作級(jí)別之間的匹配關(guān)系如表1所示。按表1設(shè)計(jì)小車系列，在主要傳動(dòng)件不變的情況下，只需變化定滑輪組的倍率來改變起重量，從而科學(xué)地減少了小車系列里機(jī)構(gòu)和零部件的數(shù)量，提高了零部件的通用化程度。

1.2 起重量與工作速度的匹配關(guān)系

起升速度計(jì)算公式為V=πDn/（iq）。在卷筒直徑D、電機(jī)轉(zhuǎn)速n、減速器傳動(dòng)比i不變的情況下，起升速度V與定滑輪組倍率q成反比關(guān)系。電機(jī)的計(jì)算功率P=QV/（6.12η），其中η為機(jī)械總效率，在電機(jī)、減速器、制動(dòng)器的機(jī)座號(hào)及傳動(dòng)軸上的主要零部件都不變的情況下，起重量Q和起升速度V也成反比關(guān)系，只需根據(jù)定滑輪組的倍率來改變起重量與起升速度，不同性能可以使用同一模塊，提高了零部件設(shè)計(jì)的一致性、協(xié)調(diào)性。

表1 起重量與工作級(jí)別之間的關(guān)系

1.3 工作級(jí)別與工作速度的匹配關(guān)系

起重機(jī)的工作級(jí)別是由起重機(jī)的使用等級(jí)和滿載狀態(tài)決定的。工作級(jí)別越高，生產(chǎn)率越高，一般都要求有較高的工作速度，但工作速度會(huì)影響電機(jī)功率及減速器速比。起重量相等、工作級(jí)別相同的起重機(jī)，工作速度在一個(gè)合理的選擇范圍內(nèi)，從設(shè)計(jì)模塊化考慮，工作級(jí)別高的工作速度并不能適當(dāng)提高，甚至還要降低，在不得已時(shí)還需要采取變通的措施，如改變電機(jī)的級(jí)數(shù)、減速器的速比等，從而實(shí)現(xiàn)主要零部件的型號(hào)和規(guī)格統(tǒng)一。

2 小車模塊的劃分

對(duì)小車進(jìn)行模塊劃分時(shí)要遵循相對(duì)獨(dú)立性、互換性、通用性原則。小車主要由起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、吊具、小車架、附屬結(jié)構(gòu)等組成（見下頁圖1），各部分又包括一定數(shù)量的零部件，每個(gè)部件既互相聯(lián)系又具有相對(duì)獨(dú)立性。按照起重量、工作級(jí)別、工作速度之間的匹配關(guān)系，以鋼絲繩直徑為核心屬性，對(duì)卷筒裝置、減速器、吊具、上滑輪裝置進(jìn)行模塊劃分，利用起重量與起升速度的乘積為常數(shù)的方法使起升機(jī)構(gòu)主要部件達(dá)到最大限度的通用，再通過滑輪倍率的變化派生出更多的規(guī)格。以此為基礎(chǔ)對(duì)小車模塊進(jìn)行劃分（見圖2），基本模塊有吊具、上滑輪梁、減速器、卷筒裝置、電機(jī)、車輪裝置、端梁、三合一、走臺(tái)欄桿、緩沖限位，復(fù)合模塊有起升機(jī)構(gòu)、歐式端梁、附屬結(jié)構(gòu)。

圖1 小車組成

起升機(jī)構(gòu)核心模塊為卷筒裝置模塊，基本屬性為鋼絲繩直徑、軌距，對(duì)應(yīng)的起重機(jī)主參數(shù)為起重量、工作級(jí)別、起升高度，可選模塊為減速器、電機(jī)，基本屬性為扭矩、速比、功率，對(duì)應(yīng)的起重機(jī)主參數(shù)為起重量、工作級(jí)別、起升速度。吊具、上滑輪模塊基本屬性為鋼絲繩直徑、倍率、軌距，對(duì)應(yīng)的起重機(jī)主參數(shù)為起重量、工作級(jí)別、起升高度。歐式端梁核心模塊為車輪裝置模塊，基本屬性為車輪直徑、軌道，可選模塊為端梁、三合一，基本屬性為基距、功率、輸出轉(zhuǎn)速，對(duì)應(yīng)的起重機(jī)主參數(shù)為起重量、工作級(jí)別、運(yùn)行速度。附屬結(jié)構(gòu)可選模塊為走臺(tái)欄桿、緩沖限位，基本屬性為軌距，對(duì)應(yīng)的起重機(jī)主參數(shù)為起升高度。

3 模塊的組合

模塊之間的組合是實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)多樣化特點(diǎn)的唯一途徑。同樣的模塊不同的組合形式可構(gòu)成不同的系統(tǒng)，不同的模塊相同的組合形式也可構(gòu)成不同的系統(tǒng)。要想實(shí)現(xiàn)模塊的組合必須有能夠在各模塊之間傳遞功能的部分，即模塊間的接口。

圖2 小車模塊劃分圖

根據(jù)模塊劃分特點(diǎn)，起升機(jī)構(gòu)、吊具、上滑輪梁模塊間的接口為鋼絲繩直徑，按照起重量與工作級(jí)別的匹配關(guān)系，變化滑輪組倍率，可選相同直徑的鋼絲繩，從而可選相同規(guī)格的卷筒裝置、減速器、滑輪，即可實(shí)現(xiàn)相同模塊不同性能。歐式端梁模塊相對(duì)獨(dú)立，接口為車輪直徑，按照計(jì)算輪壓、運(yùn)行速度選型相同直徑車輪，匹配不同的軌道型號(hào)，從而可選相同的端梁，即可實(shí)現(xiàn)相同模塊不同性能。以核心模塊為基礎(chǔ)，基本模塊組合成復(fù)合模塊，復(fù)合模塊組合成小車模塊，從而實(shí)現(xiàn)基本模塊的通用性、小車模塊的多樣性。

4 結(jié)論

采用模塊化設(shè)計(jì)理念對(duì)起重機(jī)小車進(jìn)行設(shè)計(jì)，有效解決設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和型式多樣性，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程，避免重復(fù)設(shè)計(jì)，同時(shí)可保持設(shè)計(jì)的一致性、協(xié)調(diào)性。每個(gè)模塊適用于多種起重量、工作級(jí)別等，結(jié)合批量生產(chǎn)模式，結(jié)構(gòu)模塊可減少板材規(guī)格，機(jī)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)少而精。起重機(jī)小車模塊化的設(shè)計(jì)，根據(jù)參數(shù)選擇相關(guān)模塊組合，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)、非標(biāo)產(chǎn)品不同模塊互換、快速變型設(shè)計(jì)、個(gè)性化定制，縮短報(bào)價(jià)及設(shè)計(jì)周期，滿足批量產(chǎn)品需求量大、種類多、周期短的要求，也可節(jié)省大量人力物力，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。