现代起重机的特征和发展趋势

李子木

（宁夏天地奔牛银起设备有限公司，宁夏银川750021）

随着现代科学技术的迅速发展，工业生产规模的扩大和自动化程度的提高，起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。 尤其是电子计算机技术的广泛应用，促使了许多跨学科的先进设计方法出现，推动了现代制造技术和检测技术的提高。 激烈的国际市场竞争也越来越依赖于技术的竞争。 这些都促使起重机的技术性能进入崭新的发展阶段，起重机正经历着一场巨大的变革。

我国正以前所未有的速度进入全球化国际竞争市场，中国的起重机制造业面临着机遇与挑战并存的新形势。因此起重机的不断发展和创新是关键。现根据国内外起重机的新理论、新技术和新动向，结合实例，简要论述现代起重机的特征和发展趋向。

1 重点产品大型化、高速化、耐久化和专用化

由于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长。起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。 起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。起重机不但要好用，容易维护，操作方便，而且安全性要好，故障要少，平均无故障工作时间要长。可靠性是国际市场产品竞争的焦点，国外许多大公司都制定了可靠性内控标准。我国起重机的性能要赶超世界先进水平，最关键的是要提高可靠性，使起重机具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。

工业生产方式和用户需求的多样性，使专用起重机的市场不断扩大，品种也不断更新，以特有的功能满足特殊的需要，发挥出最佳的效用。 冶金专用起重机，防爆、防腐、绝缘起重机和铁路、船舶、车辆专用起重机的功能不断增加，性能不断提高，适应性比以往更强。国外德国德马格公司研制出一种飞机维修保养专用起重机，在国际市场上打开了销路。 这种起重机跨度大，起升高度大，停准精度高。 在起重小车下面安装有可伸缩回转的维修平台，可到达飞机任一部位。 随着世界核电站的迅速发展，核电站专用起重机也得到相应发展，如反应堆室内的环形桥式起重机在放射性环境中工作，用于起吊压力容器顶盖及堆内构件等危险载荷，要求可靠性高，安全性好，能自动精确定位和缓慢下放物品等，并有多种保护装置和特殊安全装置。

2 系列产品模块化、组合化、标准化和实用化

许多起重机是成系列成批量的产品，采用系统多目标整体优化方法进行起重机系列设计已成为发展重点，通过全面考虑性能、成本、工艺、生产管理、制造批量和使用维护等多种因素对系列主参数进行合理匹配，以达到改善整机性能.降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。在20 世纪80 年代我厂已形成86 系列桥门式起重机，时至今日我们还在借用这些设计的另部件，但后期的设计基本上在走单机设计这条道路。

用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的组合，形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。 由于提高了通用化程度，可使单件小批生产的产品改换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，降低制造成本。能以较少的模块形式，组合成多品种多规格的起重机，满足市场需求，增加竞争能力。 目前模块化设计工作我们还相当滞后。

3 通用产品小型化、轻型化、简易化和多样化

现在市场所需要的有相当批量的起重机是在一般的车间仓库使用，要求并不很高，工作并不十分繁重。 如何提高这些起重机的适用性，降低制造成本，是市场竞争能否获胜的关键。 考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，也可使整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价和使用维护费用。因此电动葫芦桥式起重机和轻型梁式起重机会有更快的发展，并将大部分取代中小吨位一般用途桥式起重机。

用户的需求性促进了起重机的多样性。起重机的系列参数范围进一步扩大，功能选择进一步增加，一机多用产品进一步得到发展，以增强应变能力。 比如说在我们起重机吊具上有所突破和改进，面向用户使用功能服务，同一台车用不同的吊具来满足不同的使用功能，应该借助于首钢天车维修服务的这一平台， 研发和设计一些专用吊具，从这方面要效益。

4 产品性能自动化、智能化、集成化和高效化

起重机的更新和发展， 很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将自动化技术和机械传动技术相结合，将先进的微电子技术、电力电子技术、光缆通讯技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现自动化和半自动化。 使起重机组成的物料搬运系统具有更高的柔性，以适应未来多批次少批量的柔性生产模式。

大型高效起重机的新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器PLC、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。 它赋于起重机以信息功能，可进行信息传递、处理及动力控制，大大提高了综合自动化水平。 目前控制方面重点发展吊具防偏防摇技术，取物装置自动取、卸物技术，位置检测及自动位置控制技术，故障自诊断监控技术等。

电气传动方面重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，使起重机具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，起重机运行的自动保护与自动检测，复杂条件下的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要。 最近国外的起重机专家们估计，将有20%～30%的起重机需要安装自动化系统。以上变化在目前我们所设计的起重机上也有应用，但还处于照搬照抄的设计初级阶段。

5 产品组合成套化、系统化、复合化和信息化

在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机械组成一个物料搬运集成系统，通过中央控制室的控制，能与生产设备有机结合，能与生产系统协调配合。这类起重机自动化程度较高，具有信息处理功能，可将传感器检测出来的各种信息实施存贮、运算、逻辑判断、变换等处理加工，进而向执行机构发出控制指令。这类起重机还具有较好的信息输入输出接口，实现信息全部、准确、可靠地在整个物料搬运系统中的传输。

起重机通过系统集成，能形成不同机种的最佳匹配和组合，取长补短，发挥最佳效用。目前，国外重点发展的有工厂生产搬运自动化系统，商业货物配送集散系统，集装箱装卸搬运系统，交通运输和邮电部门行包货物的自动分拣与搬运系统等。

国外现有为生产工程机械金属结构厂生产制造了以桥式起重机为主的物料自动搬运系统，用以钢板喷丸处理、自动切割和出入库的自动装卸运输作业，比原先采用单机操作工作效率提高65%。 还有由全自动桥式起重机组成的物料输送系统来搬运柔性加工线上的夹具和工件，为机床运送毛坯或将加工好的零件送到下一工序或仓库。这些在空间移动的搬运起重机代替了过去通常在地面行驶的自动导向搬运车，使车间地面面积得到充分利用。

6 产品设计微机化、精确化、快速化和全面化

随着电子计算机技术的广泛应用和系统工程、优化工程、价值工程、可靠性工程、创造工程和人机工程等现代设计理论的不断发展，促使许多跨学科的现代设计方法出现，使起重机的设计进入创新、高质量、高效率的新阶段。 目前，计算机辅助设计(CAD)已逐步深入到设计的各个阶段和设计工作所涉及的各个领域。不仅能利用计算机运算速度快、计算精度高、存储信息量大和逻辑推理能力强等优点代替人工进行方案选择、计算分析与绘图，而且还能通过人机交互，最大限度地发挥设计人员的创造力和经验。

起重机是在复杂工况下工作的大型结构系统，其动态性能受多种因素影响，运动参数与载荷不能用一个简单的数学模型描述。 以往多以静态设计为主，局限性很大。 国内外近年来在起重机设计中采用了动态仿真设计新方法，用计算机对机构与结构在各种工况下承受载荷进行运动状态及随时间变化过程的仿真模拟，得到仿真输出参数和结果，以此来估计和推断实际运行的各种数据。

人机工程学把起重机、人和作业环境作为整个系统来研究，创造一种人与起重机最佳相互作用状态。人机工程学在起重机上的应用主要体现在司机室的设计，包括司机室的合理布置，减轻司机疲劳和提高工作效率的措施，加强环境保护，减少灰尘和废气污染，减少司机室的振动和噪声等。 也拿目前我们产品配备的司机室也有带空调、全视角、配备航空座椅等考虑人机工程的设计雏形。

随着起重机的高速化和大型化，还需进一步深入开展对起重机载荷变化规律、动态特性和疲劳特性的研究。 进一步开展对起重机整机及零部件的可靠性试验研究，提供起重机新的设计方法和数据。 极限状态设计、优化设计、可靠性设计、有限元法、模块化设计、反求工程设计、疲劳设计和健壮设计会更深入全面地得到应用。

7 产品构造新型化、美观化、宜人化和综合化

结构方面采用薄壁型材和异型钢，减少结构的拼接焊缝，提高抗疲劳性能。采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力条件，减轻自重和增加外形美观。 桥式类型起重机桥架大多采用箱形四梁结构，主梁与端梁采用高强度螺栓联接，便于加工、运输与安装。

8 产品制造柔性化、灵捷化、精益化和规模化

在激烈的市场竞争条件下，要提高起重机的市场占有率，确保起重机的高性能、高质量，并不断推出新产品，生产企业必须具备市场变化的适应能力和快速反应能力。 包括提高生产效率，提高和保持产品质量的一致性，降低生产成本，缩短生产周期，加速产品的更新换代等。生产制造的柔性化是使工艺装备与工艺路线能适用于生产各种产品的需要，从适应当前单品种大批量生产方式向多品种小批量生产方式的转变。生产制造的灵捷化是使产品生产与推向市场的准备时间缩为最短，使企业机制能灵活转向。 生产制造的精益化是使生产过程劳动生产率不断提高，保持产品质量稳定，强调企业各部门相互密切合作。

目前国外起重机在制造时广泛采用计算机辅助工艺规划(CAPP)、计算机辅助制造(CAM)和柔性制造系统(FMS)。 采用挤压成型、冲压成型、精密铸造等，减少切削工艺，采用光电跟踪切割技术、焊接机器人技术。 充分利用加工中心和全自动数控机床，提高加工制造的自动化水平。制造手段的现代化是保持质量稳定，提高劳动生产率的前提。国内也有一些公司在这方面已走在前面。

了解和掌握事物发展的趋势和方向，认清自身的现状和差距，采用科学合理管理方法和手段， 通过艰苦卓绝的工作， 才能推动事业的进步。 总之，谁掌握了先机，谁拥有了技术优势，谁就赢得了市场。

［1］王欣，高顺德，屈福政.国内外大型起重机的发展状况[J].建筑机械，2005（2）.