桥式起重机轻量化设计的关键要素

摘要：伴随着科学技术的不断发展与进步，我国目前在起重机的设计上正逐步朝着轻量化的方向发展。文章从对计算方法以及设计进行改进、使用轻质的材料、对结构进行改进、对机构进行改进、从合理使用材料以及减轻电气系统等问题出发，对桥式起重机轻量化设计的关键要素进行了探究。

关键词：桥式起重机；轻量化设计；关键要素；工业运输；轻量材料；结构改进 文献标识码：A

中图分类号：TH213 文章编号：1009-2374（2015）13-0007-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.004

随着我国经济的不断发展，起重机在工业安装以及物资的运输中起到了不可忽视的作用。现阶段我国拥有的起重机的设计以及制造水平正向世界水平逐步靠拢，然而由于一部分的历史原因，在起重机的设计方面我国承袭了前苏联的相关设计理念，从而致使起重机能耗高、自重及体积较大且安全系数裕量也较大。伴随着科学技术的不断发展与进步，我国目前在起重机的设计上正逐步朝着轻量化的方向发展，同时也在电气系统、工艺、机构、材料以及结构等方面取得了一定的应用。

1 对计算方法以及设计进行改进

第一，要广泛使用极限状态的设计法。在当下经常被使用的设计法是许用应力法，它的缺点是对工作性质不同且用途不同的金属结构使用相同的安全系数，并且经常会出现安全系数过大或是过小的情况。使用极限状态设计法所得到的计算结果相对较精确，能够符合金属结构在工作中的实际情况，所以也能够更加充分地对钢材的性能加以利用，并达到节省材料的目的。

第二，要使用现代的设计方法。这类方法能够正确地考虑到钢材的结构工作特点及性能与载荷的工作性质，例如模块化设计、有限元法、起重机动力学、模糊优化设计、灵敏度分析以及等强度设计等，以最大限度使自重得到减轻，同时对大型设备还可以使用动态模拟以及计算机仿真方法。

第三，要按照定位精度概念来对起重机所具有的刚性要求进行考核。在《起重机设计规范》中，把起重机的静刚度从起重机的工作级别中独立出来，同时还加入了定位精度的相关概念，从而能够按照设计的需要以及在使用中的要求对起重机的静刚性提出要求。同时，对起重机所具有的动态刚性在一般情况下不做出要求。

2 使用轻质的材料

在其他国家中，已经尝试制造过铝合金结构的轮式起重机、桥式起重机以及龙门起重机的臂架。它的自重要比之前的轻30%～60%。由德国制造出来的铝合金箱型的单主梁桥式起重机的自重要比参数相同的钢制的双梁桥式起重机少70%。如果在制作过程中将H型钢材取代原有的钢板，就能够节约10%～15%的结构钢材，同时也能够使机械的抗弯能力在原有的基础上提高30%或更多。在对起重机的主梁强度进行设计时，可以使用高强度的钢材来取代原有的普通钢材，从而在生产过程中使生产起重机材料的用量减少，并使设备的重量进一步地

降低。

3 对结构进行改进

第一，使用型钢来代替原有的焊接横梁，在对小车架进行设计的时候，可以在一部分的新产品中使用那些钢板冲压成型的型钢来取代焊接横梁，这样做不仅使焊接工作的工作量减少，也使机械的自重得到一定减轻。

第二，对柔性小车架进行推广，将井字形的四梁结构变成工字形的三梁结构，使移动荷载的重量得到大幅度降低。

第三，将小车的总高度降低，例如可以把定滑轮组放到小车架的滑轮梁内，使用外悬挂套装的方式来设置起升减速器。这样做可以不使用传统的底座结构，不仅可以使高度降低，也可以使机械的重量得到一定减轻。

第四，小车的运行机构可以使用四合一或是三合一的传统系统。

4 对机构进行改进

第一，对运行机构进行创新。使用硬齿面减速器来代替原有的中硬齿面减速器，同时，尽量缩减零部件的数量，让机械的结构能够更加紧凑。现阶段，由减速器、电动机以及制动器联合构成的三合一的运行机制，在大多数的桥架型起重机中的大小车运行结构内得到了十分普遍的应用，这种运行机构使桥架的自重得到减轻，让机械的结构更加紧凑，同时也减少了维护的工作量以及维护所使用的费用。

第二，对起升结构进行改进。可以将电动葫芦进行推广来代替起升机构。对于中小型的起重机来说，可以使用葫芦来作为起重机的起升结构，这样做既能够使起升机构的重量在一定程度上得到减轻，还可以使起重小车的重量得到减轻，从而达到节能的目的，还可以在作业过程中减小对于建筑物高度的相关要求。另外，对于零部件要尽可能以焊代铸，例如滑轮、减速器壳体以及卷筒等都可以使用焊接结构。

第三，可以研发出内平动卷筒，在作业过程中，可以将内平动齿轮减速器的输出端和卷筒的输入端直接联系在一起。也可以把内平动齿轮的减速器和卷筒合二为一，制作出一种内平动的电动卷筒，另外，内平动齿轮的减速器的内齿轮外表面还能够直接用作制动轮，这样既能够使起升机构的重量得到减轻，还可以让机械的结构更加紧凑，从而使维护费用以及维护量得到减轻。

第四，使用高转速的电动机，对于机械的各个机构所使用的电动机都可以并应该向高转速的方向发展，由此来使电机基座号得以减小，同时也使机械的重量减轻，减小机械的外形尺寸，还可以使其配用制动力矩较小的制动器。

5 要合理使用材料

在主梁结构中，辅助材料的重量大约是主梁自重的20%～30%，因此，在工程中减少对于辅助材料的使用，对于使主梁的自重得到减轻具有十分重要的意义。因此，可以在之前已经获得了成功的结构设计中减去一部分，而不是增加一部分，对力的传递路线进行分析，在工程中得到使用的每一块材料都应该具有十分明确的使用目的，对于不起作用的材料不予使用。

6 减轻电气系统

第一，要使用不锈钢的电阻器，从而减少电阻器的使用数量。在普通的使用场合中，可以使用按钮控制来取代司机室的操作。在比较特殊的带有多粉尘、有毒气体或是高温等较危险的作业场地中，可以使用遥控来取代司机室的操作，这样不但可以使起重机的整体自重得到减轻，还能够使起重机的平衡度得到提高，并减少故障的发生率，提高工作的效率。

第二，对于减速机以及电机等的外壳，可以使用铸铝结构，使机械的重量得到减轻。

7 结语

我国的起重机的轻量化设计具有十分充足的可行性。与其他国家相比而言，我国的起重机在电气系统、工艺、机构、材料以及结构等方面都存在着一定的改进空间。对于这一设计，政府及制造企业的资金投入以及国家政策对它的扶持等都有待加强，用户原有的观念也应发生一定的转变。另外，对于起重机的节能监管以及能效测试的相关安全技术规范、规章制度以及法律法规也有待制定并得到完善，做好这些工作可以推动这一技术的快速进步，从而早日实现起重机的轻量化设计。

参考文献

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作者简介：王猛（1982-），男（蒙古族），内蒙古赤峰人，大连华锐重工起重机有限公司工程师，研究方向：桥式起重机设计。

（责任编辑：周 琼）