李 輝，李鵬舉，任師道

(山東豐匯設(shè)備技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250200）

1 引 言

橋式起重機(jī)（以下簡稱橋機(jī)）是橫架于車間、倉庫和料場上進(jìn)行物料吊運(yùn)的起重設(shè)備，是使用范圍最廣、數(shù)量最多的一種工程建設(shè)機(jī)械。橋機(jī)由橋架結(jié)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起重小車和電控系統(tǒng)等部件組成，其中起重小車是重要組成部分，是整機(jī)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，它由主起升機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)、起重小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和車架等組成，傳統(tǒng)起重小車構(gòu)造復(fù)雜，零部件多，自重大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中小噸位橋機(jī)中，傳統(tǒng)起重小車自重約是額定起重量的23%～33%，噸位越小所占比例越大。橋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，起重小車自重應(yīng)考慮在內(nèi)，通常計(jì)入額定起重量中，從而導(dǎo)致橋架結(jié)構(gòu)笨重，嚴(yán)重影響整機(jī)性能。

為提高整機(jī)性能，珍惜資源、節(jié)約能源，走綠色高效的發(fā)展道路，對橋機(jī)起重小車進(jìn)行系列化和模塊化設(shè)計(jì)，采用簡單的構(gòu)造，利用較少的零部件，達(dá)到輕量化、模塊化和系列化的目標(biāo)。

2 起重小車現(xiàn)狀

目前的橋機(jī)，橋架構(gòu)造形式統(tǒng)一，運(yùn)行車輪組模塊化較好，而起重小車的構(gòu)造復(fù)雜，起升機(jī)構(gòu)繞繩方法多種多樣，零部件較多，通用性不強(qiáng)。傳統(tǒng)起重小車的設(shè)計(jì)較復(fù)雜，其構(gòu)造簡圖如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)起重小車的構(gòu)造形式

傳統(tǒng)起重小車的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）車架復(fù)雜，板材厚度種類多，形狀尺寸多，數(shù)量多，下料、組合和焊接工作量大。

2）制造工藝性差，配合端面多，加工端面多，加工量大。

3）零部件多，裝配工序多，采購、檢驗(yàn)和裝配任務(wù)量大。

4）單車定制，一臺一個(gè)樣，不利于模塊化設(shè)計(jì)及批量生產(chǎn)。

單車定制式橋機(jī)構(gòu)造類型較多，參數(shù)不同，各臺設(shè)計(jì)因人而異，成本不宜控制，綜合競爭力不強(qiáng)。為提高競爭力，應(yīng)根據(jù)市場需求，應(yīng)統(tǒng)一橋機(jī)類型，做好系列規(guī)劃，用較少的零部件組合成較多的產(chǎn)品。

3 系列化設(shè)計(jì)

中小噸位橋機(jī)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在起重小車上，為適應(yīng)“制造簡便、節(jié)能高效、經(jīng)濟(jì)性好、成本領(lǐng)先、兼顧性能、追求品質(zhì)”的要求，盡量使起重小車構(gòu)造簡單，擴(kuò)展性強(qiáng)，通過好的設(shè)計(jì)引領(lǐng)客戶。

設(shè)計(jì)來源于市場需求，各行業(yè)對橋機(jī)性能的要求差別較大。首先要做好行業(yè)定位，對應(yīng)的是產(chǎn)品定型，定型后橋機(jī)的構(gòu)造類型、布置形式不宜大變，以便于橋機(jī)的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，降本增效。其次是橋機(jī)參數(shù)的確定，起重量、起升速度、起升高度、極限尺寸等基本參數(shù)對應(yīng)落實(shí)，完成圖紙的統(tǒng)籌設(shè)計(jì)、精細(xì)設(shè)計(jì)，便于批量生產(chǎn)。

設(shè)計(jì)上要追求安全、可靠，力求簡單，受力明確，傳力直接。在預(yù)定目標(biāo)下，選擇最簡單、方便和經(jīng)濟(jì)的手段，避免投入過剩；在規(guī)范要求下，用最小、最少的零部件組合成多種產(chǎn)品，以滿足性能需求。

3.1 設(shè)計(jì)分析

方案盡量簡單，簡單就是追求構(gòu)造、設(shè)計(jì)、制作、檢驗(yàn)、安拆和維護(hù)的簡單。構(gòu)造形式不同影響橋機(jī)的基本尺寸、極限尺寸、制造工藝性和成本造價(jià)，應(yīng)選擇合適的構(gòu)造形式。性能參數(shù)由市場需求確定，不同構(gòu)造或者配置均能實(shí)現(xiàn)相同的搬運(yùn)能力。

1）滑輪組倍率選擇 橋機(jī)起升機(jī)構(gòu)通常為雙聯(lián)繞繩，按照噸位大小，滑輪組一般選2～6倍率，小噸位選小倍率，大噸位選大倍率。傳統(tǒng)起重小車起升機(jī)構(gòu)的滑輪組倍率如圖2所示。

圖2 各種滑輪組倍率

2倍率多用于20t及以下橋機(jī)，4倍率用于32t、50t橋機(jī)，5、6倍率用于50t及以上橋機(jī)。

2）滑輪組布置 根據(jù)滑輪組布置位置的不同，滑輪組分為定滑輪組上置、內(nèi)藏和下掛三種形式。如圖3所示。

圖3 滑輪組布置形式

上置式滑輪組靜起升高度大，滑輪組易檢修，但占用起升機(jī)構(gòu)布置空間；內(nèi)藏式滑輪組滑輪檢修不便，但節(jié)省布置空間；下掛式滑輪組構(gòu)造簡單，不影響起升機(jī)構(gòu)布置，但靜起升高度較小。

3）車架聯(lián)接型式 根據(jù)起重小車主梁、端梁的連接形式不同，車架分為上下搭接、階形搭接、焊接對接、凸臺螺栓對接（鍵槽螺栓對接）、摩擦環(huán)螺栓對接和剪切環(huán)螺栓對接等形式。如圖4所示。

上下搭接和階梯搭接的總體高度較大；焊接對接易變形，不利于運(yùn)輸；螺栓對接方式總體高度較小，但工藝要求高。

圖4 車架聯(lián)接型式

3.2 方案與倍率

起重小車主梁和端梁上下搭接，主起升機(jī)構(gòu)的定滑輪組布置在車架主梁內(nèi)部，吊點(diǎn)分開，有利于減小主梁的受力，起重小車整體高度低，主梁和端梁可拆分，制作工藝性好。車架構(gòu)造和聯(lián)接型式，起重小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的布置如圖5所示。主副起升機(jī)構(gòu)盡量采用可通用的卷揚(yáng)機(jī)，分別固定在車架主梁的兩側(cè)。

圖5 車架與起重小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)

車架主梁內(nèi)不同數(shù)量的定滑輪對應(yīng)了不同噸位的起重小車，各噸位起重小車倍率的選擇如圖6所示。

3.3 性能參數(shù)

根據(jù)上述方案和倍率進(jìn)行起重小車的參數(shù)化計(jì)算和系列化設(shè)計(jì)，其性能參數(shù)及其配置如表1所示。

由表1可知，在起重小車零件配置中，鋼絲繩有2種、滑輪有2種、電機(jī)有4種、車輪有3種，相對傳統(tǒng)起重小車，其零件種類較少。

圖6 滑輪組倍率的系列化

表1 系列化起重小車性能參數(shù)和配置表

3.4 起重小車實(shí)例

下面給出20t、32t和50t起重小車的布置方式和構(gòu)造形式，三視圖及其主、副起升機(jī)構(gòu)的繞繩方法如圖7、圖8和圖9所示。

3.5 擴(kuò)展設(shè)計(jì)

圖7 20t起重小車

圖8 32t起重小車

圖9 50t起重小車

根據(jù)需求可進(jìn)行擴(kuò)展設(shè)計(jì)，滿足其它驅(qū)動(dòng)卷繞方式的需要，如減速機(jī)外掛式起升機(jī)構(gòu)、內(nèi)藏行星減速機(jī)式起升機(jī)構(gòu)等，如圖10所示。

在該起重小車方案下，不改變構(gòu)造類型，選擇更大的零件，能夠?qū)崿F(xiàn)多種起升速度或起升高度系列產(chǎn)品。

4 結(jié) 語

圖10 起重小車擴(kuò)展設(shè)計(jì)

從節(jié)約高效、批量生產(chǎn)的角度看，進(jìn)行橋機(jī)起重小車的模塊化和系列化設(shè)計(jì)，便于生產(chǎn)和管理。從采購、檢驗(yàn)、下料、組合、焊接、加工、裝配、包裝運(yùn)輸和安拆維修等整個(gè)流程統(tǒng)籌考慮，精簡工作流程，盡可能減少每個(gè)環(huán)節(jié)的工作量。 O

[1] 張質(zhì)文，王金諾，程文明，等．起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(第二版）[M]．北京：中國鐵道出版社，2013．

[2] 須 雷．起重機(jī)模塊化設(shè)計(jì)[J]．起重運(yùn)輸機(jī)械，1990，(7)：3-7．

[3] 朱德康，鄒 勝．起重機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)展望[J]．起重運(yùn)輸機(jī)械，2007，(2)：1-4．

[4] 李向東．淺談起重機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用[J]．起重運(yùn)輸機(jī)械，2008，(2)：10-12．

[5] 程文明，李亞民，張則強(qiáng)．橋式起重機(jī)與門式起重機(jī)輕量化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素[J]．中國工程機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，(3)：41-49．

[6] 王松雷．我國起重機(jī)輕量化設(shè)計(jì)存在的困難及建議[J]．起重運(yùn)輸機(jī)械，2012，(8)：5-9．

[7] 帥 飛，徐國杰，陳 序．基于產(chǎn)品平臺的橋式起重機(jī)快速設(shè)計(jì)研究[J]．起重運(yùn)輸機(jī)械，2013，(7）：8-10．