起重机设计中结构和机构使用级别关系的探讨

李亚将

葛洲坝机械工业有限公司

起重机设计中结构和机构使用级别关系的探讨

李亚将

葛洲坝机械工业有限公司

起重机因对提高生产力、减轻劳动强度、降低成本有着重要影响，其对安全生产、减少事故的发生有着显著的作用。起重机可用于频繁使用，条件恶劣和工作级别较高的场合，因此进一步加强对其研究非常有必要。在进行起重机设计的时候需要从多个方面进行，从而有效的保障起重机工作顺利进行。基于此本文分析了起重机设计中结构和机构使用。

起重机；设计；使用

1、桥式起重机设计参数的分析

1.1 客户需求分析

机械产品的整个生命周期包含了以下过程：需求分析，概念设计，详细设计，制造，销售，使用，报废等内容，其中，需求分析、概念设计和详细设计三个阶段组成了机械产品的设计过程。上述生命周期过程分析不难看出，需求分析是产品生命周期的第一步，设计就是将客户需求转化为有效概念产品的过程。就产品本身而言，一方面需要具备其应有指定功能，另一方面还要尽可能满足定性条件、无形因素、指定特征、特有规格等一些产品形式上的需求，只有这样才能保证所设计、制造的产品为使用者所喜爱。

1.2 客户需求向设计参数转化

满足客户需求是产品设计的出发点和最终目标，因此需要将这些需求转化为能够直接用于计算的实际参数。而在设计产品时，设计者往往面对是的数量庞大、错综复杂的客户需求。因此首先要对于这些客户需求根据特性进行分析，然后再将这些需求转化为能够用于计算的设计参数。

由于不同客户需求之间偏差客观存在，所以产品拥有不同的功能；针对相同功能属性上的需求，也存在着对于规格、性能上要求的偏差，根据以上两个偏差的特点，针对需求的不同，可把客户需求分为质变需求和量变需求两种类型。质变需求是指产品本质的差异，在产品上体现在于对功能需求的变化，如产品结构、工作状态等，会导致产品本质的改变；而量变需求则是指场合与对象基本一致，只是在属性强弱方面的变化，即有相同的结构、工作状态、实现功能，只是这些产品的纵向系列不一样。

1.3 可适应性参数的确定

一般来说，以下两类参数是能够满足要求：①与结构相关的规范性的参数，这一类的参数是在手册、规则等上面明确规定的，一般对于这些参数，设计者是不能进行更改的，但是他们与结构有着直接的关系。例如：桥式起重机的跨度，它有如表所示的规定跨度，而跨度将会直接决定桥式起重机横梁的长度。②计算之后会直接决定可适应结构的参数，这一类参数，通过在设计过程中的计算，其结果将直接决定产品可适应设计的结构，例如起升高度，高度通过计算，是与卷筒的长度息息相关。

2、模块化设计技术

模块化设计技术就是将一个大的零件按功能分割成一些小块，它可控制设计的复杂性，使各模块相对独立、功能单一、结构清晰、接口简单，它不仅缩短了桥式起重机的设计周期，更避免了零件设计的重复劳动，还便于桥式起重机零件的维护和各部分功能的扩充。在桥式起重机产品中，模块是指一组具有同一功能和结合的要素，但性能和结构不同却能互相转换。

模块化设计技术能更好的管理零件模块中的组件，它能把较为复杂的零件分解成很多小模块，所有的零件模块按设定好的约束装配起来成为一套桥式起重机整机三维模型，完成上述步骤需要每个零件模块的功能、约束与接口的属性一致，这样才能反映出每一个零件模块的特征。在桥式起重机系统结构中每一个零件模块是可以修改、变更和随意组合的。模块化设计技术就是将复杂的系统分解成便于管理与装配的大零件模块，大的零件模块再分成小的零件模块，使每个零件具有独立性。这样就能简单的处理较为复杂的零件系统。

下面对桥式起重机金属结构进行结构功能模块划分：桥式起重机金属结构可以分为三大部分，包括一级部件、二级部件和通用件。一级部件包含桥式起重机桥架、桥式起重机附属结构、桥式起重机小车架和桥式起重机运行机构。组成这四大类的零件模块被称为二级部件，桥式起重机桥架包含的二级部件有主梁、副主梁、桥架端梁、缓冲器限位开关、轨道及主梁副主梁端梁接头，其中主梁还分为仓口盖、主梁门和通风管道等，缓冲器限位开关又分为主小车缓冲器座、副小车缓冲器座和预限位开关。桥式起重机附属结构包含的二级部件有司机室框架、栏杆、斜梯、平台、导电支架和隔热板等，其中的栏杆还分为副主梁栏杆、挠性端梁栏杆和刚性端梁栏杆，平台又分为主梁上平台、主梁门平台和司机室平台等。桥式起重机小车架包含的二级部件有小车端梁、定滑轮组梁、卷筒组梁、电机梁、车轮架和运行机构支架等。起重机运行机构包含的二级部件有大车运行机构、小车运行机构、卷筒组起升机构和车轮组起升机构等。以上都为桥式起重机二级部件，桥式起重机的通用件也就是标准件包括电机、轴承、螺栓、螺母等。桥式起重机金属结构功能模块划分如图1所示。

3、机构和电气

1)采用紧凑型起升机构将传统小车架上的电机、减速器、卷筒、制动器等集成，制成三合一或四合一的起升机构。这样可以节省空间，减轻起升机构自重，从而减轻整机自重。

2)变频调速。变频调速具有调速平稳、就位准确、机械冲击小、消除共振、改善动刚度、安全保护装置的精度高等优点。为起重机的轻量化设计和节能设计提供了保障。若研发起重机专用变频调速系统，则节能效果更好。

3)高速电机。选用高转速电动机，各机构采用的电动机都向高转速发展，可减小电机基座号，减轻质量与减小外形尺寸，并可配用制动力矩小的制动器。

4)硬齿面减速器。选用硬齿面减速器取代中硬齿面减速器。

5)推广应用电动葫芦作为起升机构。对中小型的起重机应用葫芦作为起升机构，既可减轻起升机构的质量，又可减轻起重小车的质量，达到节能的效果，还可减小对建筑物高度的要求。

6)根据起升高度和起升速度的不同选择合适的倍率。在起升机构设计中，恰当地确定滑轮组的倍率是十分重要的。选用较大的倍率，可使钢丝绳的受力减小，从而使钢丝绳的直径、卷筒和滑轮的直径减小。减小卷筒的直径使卷筒所受扭矩减小，也就是使减速器输出轴的扭矩减小，从而可以选用较小的减速器，使整个起升机构达到尺寸紧凑、质量轻的效果。但是滑轮组倍率过大又使滑轮组本身笨重复杂，卷筒增长，同时使效率降低。一般原则是：大起重量的起重机选用较大的倍率，以避免采用过粗的钢丝绳;当采用双联滑轮组时选用较小的倍率，因为这时分支数与滑轮的数目较多;起升高度很高时，宜选用较小的倍率，以避免卷筒过长。

4、使用维护设计

图1 桥式起重机金属结构功能模块划分

我国起重机进展缓慢的关键因素之一是起升机构零部件的质量和工艺，传动系统的效率，以及电气控制系统性能方面还存在很多不足，因此进一步加强设计的研究非常重要，需要引起重视，可以从以下方面做起：

1)在设计上的易损点、平衡梁连接处铰轴及焊缝节点等适当加强。

2)增设安全后备保护装置：门机除了要有安全保护装置以外，还要有后备装置，如缓冲器、两车之间的大车撞尺、防止小车轮断轴或防脱轨安全钩及防止车轮脱轨的挡板等。

3)桥门式起重机主要应用于工况较为复杂的环境下，所以侵蚀和腐蚀现象相对来说也较为严重，一旦发生侵蚀和腐蚀等现象就，将会给其整体结构造成巨大影响。如果没有及时进行检验将隐患排除，就容易导致安全事故的发生，所以在日常检验过程中还需要对桥门式起重机整体进行检验，为其在今后的工作中安全、稳定运行提供保障。

4)加强管理、培训及其他安全方面的考虑。加强管理、培训考核同步进行，认真填写交接班日志，好的司机对大车运行的相关动作，噪声会有个良好的判断能力，目测钢丝绳有无断股、断丝、制动器有无卡阻现象、安全装置动作灵敏可靠、吊钩、钩尾固定螺母不得松动，作业中、作业完毕均应遵守的事项，做好日常的保养，按规定润滑、紧固夹轨钳、停车在锚定装置、有风缆索固等，重视文明生产，安全施工，尤其是大型门式起重机线路铺设、钢轨安装质量、精度测试方面更应保证，保证了施工质量，合理保养、正确润滑是提高生产质量和延长设备使用寿命的良方。

总之，桥式起重机应用广泛，对其设计方面不断的改进使其结构更紧凑、重量更轻、维修保养方便、节约原材料、提高市场竞争力已成为行业的重要发展方向，因此进一步加强对其的研究非常有必要。

[1]王永福.模块化设计理论及其在桥式起重机设计中的应用[D].大连理工大学，2004.

[2]薛盼.汽车起重机臂架结构分析与优化设计研究[D].兰州理工大学，2011.

[3]南海博.大型造船门式起重机轻量化设计研究[D].上海交通大学，2009.