趙會(huì)娟

起重機(jī)作為大型的搬運(yùn)輸送機(jī)器和工業(yè)安裝設(shè)備被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，例如船用起重機(jī)和門市起重機(jī)的使用途徑就大不相同，前者用于橋梁建筑，后者用于搬卸貨物。起重機(jī)用途廣泛使其實(shí)現(xiàn)輕量化十分必要，改進(jìn)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理論，將起重機(jī)的重量減輕、尺寸減小，更好的符合現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展需求是起重機(jī)行業(yè)當(dāng)前面臨的任務(wù)。

1.起重機(jī)輕量化設(shè)計(jì)理念

傳統(tǒng)的起重機(jī)設(shè)計(jì)理念主要考慮其安全系數(shù)是否達(dá)標(biāo)，為了達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)使得起重機(jī)自身體積重量過(guò)于龐大、耗費(fèi)能量多，總體設(shè)計(jì)不合理。現(xiàn)今的起重機(jī)輕量化設(shè)計(jì)理念主要針對(duì)這些舊的體制進(jìn)行改革，在起重機(jī)的各個(gè)組成部分和運(yùn)行機(jī)構(gòu)中進(jìn)行改進(jìn)，輔以新型的設(shè)計(jì)技術(shù)手段，綜合實(shí)施起重機(jī)輕量化設(shè)計(jì)方案，達(dá)到世界先進(jìn)化發(fā)展水平。

2.起重機(jī)輕量化設(shè)計(jì)中面臨的困難

2.1機(jī)體自身體積、質(zhì)量大

在十二五計(jì)劃中對(duì)于起重機(jī)輕量化設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)是平均減輕自重的15%～20%。與別國(guó)相比，我國(guó)的起重機(jī)重量較先進(jìn)起重機(jī)大約重20%～50%。國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品自重大，發(fā)達(dá)國(guó)家的大多數(shù)起重機(jī)都屬于輕量化，因此，國(guó)內(nèi)大多引進(jìn)外來(lái)的起重機(jī)來(lái)滿足發(fā)展的需要，這無(wú)疑就造成了中國(guó)經(jīng)濟(jì)的損失。在負(fù)重上減少不僅節(jié)約了原材料，也減輕了結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)和材料的造價(jià)，是從根本上解決起重機(jī)輕量化的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

2.2起重機(jī)設(shè)計(jì)的金屬材料相關(guān)問(wèn)題

我國(guó)對(duì)起重機(jī)金屬材料的設(shè)計(jì)技術(shù)較差，在起重機(jī)中所用的金屬材料質(zhì)量占機(jī)身的40%～70%，所用成本約占其總體的30%，大型的起重機(jī)用量更大，因此金屬的材質(zhì)選取十分重要。我國(guó)主要采用的是以金屬材料制成的鋼板，并且為了提高安全性不斷加大金屬的使用量，而國(guó)外則采用較為結(jié)實(shí)輕便的低合金結(jié)構(gòu)鋼板，既實(shí)用又環(huán)保，從而解決了機(jī)身負(fù)重和使用效率問(wèn)題。

2.3起重機(jī)組成和運(yùn)行結(jié)構(gòu)

我國(guó)目前起重機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是桁架式和箱型結(jié)構(gòu)，且至今的金屬結(jié)構(gòu)變化不大，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上主要偏重穩(wěn)定，一般比較笨重。大部分起重機(jī)大小車運(yùn)行結(jié)構(gòu)采用的是電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器等多個(gè)部件相結(jié)合的驅(qū)動(dòng)式，其體積和重量大、安裝要求較高、易變形，造成了整體的運(yùn)行效率差。

2.4政策的實(shí)施與監(jiān)管

起重機(jī)導(dǎo)致傷人致命的事故每年都有發(fā)生，主要原因是由于使用不當(dāng)，或者是在使用、運(yùn)輸、裝卸中發(fā)生意外事故。國(guó)家制定關(guān)于起重機(jī)的相關(guān)管理制度在實(shí)行上存在問(wèn)題，主要體現(xiàn)在起重機(jī)維修、保養(yǎng)監(jiān)管制度和其在使用環(huán)節(jié)的安全評(píng)估不到位，各地對(duì)于起重機(jī)的檢查、驗(yàn)收、使用上理解不一致，導(dǎo)致起重機(jī)的使用受到限制。并且對(duì)于新型起重機(jī)輕量化變革所引發(fā)的各種特殊性原因，使得人們對(duì)于新型產(chǎn)品存在不理解的現(xiàn)象，因此，由國(guó)家主導(dǎo)的政策普及就變得至關(guān)重要。

3.解決起重機(jī)輕量化設(shè)計(jì)存在的建議

3.1新型設(shè)計(jì)方法

3.1.1反求工程設(shè)計(jì)方法

反求設(shè)計(jì)主要是吸取世界各地的科技成果來(lái)進(jìn)一步提高自身的技術(shù)水平，并整合成一系列技術(shù)方法并應(yīng)用于國(guó)家建設(shè)中。主要通過(guò)對(duì)起重機(jī)輕量化先進(jìn)產(chǎn)品進(jìn)行分析和研究，了解其技術(shù)手段和工藝原理，分析其構(gòu)造、性能和功能，評(píng)價(jià)所有有價(jià)值的方面并進(jìn)行仿制和發(fā)展，取其精華，創(chuàng)造出新的技術(shù)方法。

3.1.2極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)的許用應(yīng)力設(shè)計(jì)法缺點(diǎn)較多，而極限狀態(tài)法是一種較為準(zhǔn)確的計(jì)算方法，其主要分析金屬的性能、荷載的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)情況的影響，反映其安全度和穩(wěn)定性，提高結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作效率，能更好的利用金屬材料性能，節(jié)約能源、資源，更好的避免風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生。

3.2輕量化設(shè)計(jì)的材料選用

設(shè)計(jì)輕量化起重機(jī)要采用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼或者是輕合金，以減小自身重量，并節(jié)省材料。主要可以表現(xiàn)為用強(qiáng)度高的尼龍代替鋼板或是鑄鐵，可以有效的減弱噪聲的危害；用硅化陶瓷等代替滾動(dòng)軸承，可以減小摩擦、減低能耗；用H型鋼板代替板材，可以增強(qiáng)抗彎能力。合理選擇適合的材料將有效的降低機(jī)體自重，提高起重機(jī)的工作效率。

3.3起重機(jī)的結(jié)構(gòu)建議

3.3.1偏軌薄壁箱型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

小車是起重機(jī)的重要組成部件，對(duì)整體工作性能有極其重要的影響，同時(shí)也是輕量化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)時(shí)采用的橋架結(jié)構(gòu)選用偏軌箱型，主要的特點(diǎn)就是小車軌道直接設(shè)置在梁的主板中心線上，避免了小車車輪受擠壓形成彎曲的現(xiàn)象，也可以減輕主梁自重。亦可以采用偏軌梁較大的寬度，將機(jī)電設(shè)備安裝在梁的內(nèi)部，減輕附加結(jié)構(gòu)的自重。

3.3.2單梁和空腹箱結(jié)構(gòu)

單梁起重機(jī)在近幾年中有較為廣泛的應(yīng)用，其本身重量輕且耗電量較少，目前正向大型化轉(zhuǎn)變發(fā)展。桁架結(jié)構(gòu)可以有效的減小自重、節(jié)約成本、減輕載荷。目前，在大重量橋架中常采用空腹桁架結(jié)構(gòu)，它是在鋼板上分割出多窗口，與一般的桁架不同，其在桁架邊上鑲嵌板條框架或是型鋼來(lái)提高整體的強(qiáng)度和韌性，并且剛性較好，其在工程中運(yùn)用也較為廣泛，工作效率高。

3.3.3采用地面遙控方式

取消司機(jī)室，實(shí)行在地面操控，此法可以減輕機(jī)體自重，也可以簡(jiǎn)化電氣系統(tǒng)的總質(zhì)量，綜合提高整體的運(yùn)行效率。其必須安裝司機(jī)室時(shí)可以使用輕質(zhì)鋁合金板材。

3.4輕量化運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.4.1起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的起升機(jī)構(gòu)是由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)機(jī)、減速機(jī)等多個(gè)部件組合成的驅(qū)動(dòng)方式，不利于工程實(shí)施。小噸位橋式與門式起重機(jī)等常采用電動(dòng)葫蘆起升機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)組成獨(dú)立成套，便于規(guī)?；芾砩a(chǎn)，具有體積小、自重輕、安裝方便等特點(diǎn)。歐式起重機(jī)一般采用三支點(diǎn)支撐安裝形式，其對(duì)減速機(jī)的箱體要求是要有足夠的強(qiáng)度。起升機(jī)構(gòu)各有千秋，要選擇適合工程的具體實(shí)施機(jī)構(gòu)來(lái)更好的完成項(xiàng)目。

3.4.2軸承座的設(shè)計(jì)

目前使用最普遍的類型是帶有角型軸承箱的車輪組，但其構(gòu)造較為復(fù)雜且加工量大、安裝精度低，結(jié)構(gòu)高度高。為了改善其車輪的安裝精度，可以減少車輪組的質(zhì)量，直接在車架上鏜孔改裝車輪方式，使得傳送軸與車輪無(wú)鍵錐面聯(lián)接。

3.4.3使用高速電機(jī)和硬齒面減速器

各個(gè)機(jī)構(gòu)采用高速旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，高效運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)可以減小總體的動(dòng)力裝置總質(zhì)量，并且可以節(jié)省機(jī)身空間。選用硬齒面的減速器來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)體更快更好的制動(dòng)性能。

結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的起重機(jī)輕量化技術(shù)發(fā)展日益完善，不斷進(jìn)步。輕量化技術(shù)的應(yīng)用可以有效的減輕機(jī)身自重、提高產(chǎn)品性能、提高企業(yè)收益，對(duì)于實(shí)現(xiàn)技術(shù)的再創(chuàng)新和社會(huì)進(jìn)步具有重大意義。衡量一個(gè)國(guó)家的發(fā)展水平，主要是衡量國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平，好的技術(shù)設(shè)計(jì)是社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵。樹立正確的輕量化設(shè)計(jì)理念，吸取外來(lái)知識(shí)，積累知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，在逐步求精的過(guò)程中完善適合我國(guó)發(fā)展的先進(jìn)設(shè)計(jì)手段。同時(shí)政府要提升對(duì)此研發(fā)技術(shù)的重視程度，促進(jìn)其不斷發(fā)展進(jìn)步，開辟其設(shè)計(jì)實(shí)施的途徑，更好的實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義建設(shè)。

（作者單位：株洲天橋起重機(jī)股份有限公司）