李亞將

葛洲壩機(jī)械工業(yè)有限公司

起重機(jī)設(shè)計中結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)使用級別關(guān)系的探討

李亞將

葛洲壩機(jī)械工業(yè)有限公司

起重機(jī)因?qū)μ岣呱a(chǎn)力、減輕勞動強(qiáng)度、降低成本有著重要影響，其對安全生產(chǎn)、減少事故的發(fā)生有著顯著的作用。起重機(jī)可用于頻繁使用，條件惡劣和工作級別較高的場合，因此進(jìn)一步加強(qiáng)對其研究非常有必要。在進(jìn)行起重機(jī)設(shè)計的時候需要從多個方面進(jìn)行，從而有效的保障起重機(jī)工作順利進(jìn)行?；诖吮疚姆治隽似鹬貦C(jī)設(shè)計中結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)使用。

起重機(jī)；設(shè)計；使用

1、橋式起重機(jī)設(shè)計參數(shù)的分析

1.1 客戶需求分析

機(jī)械產(chǎn)品的整個生命周期包含了以下過程：需求分析，概念設(shè)計，詳細(xì)設(shè)計，制造，銷售，使用，報廢等內(nèi)容，其中，需求分析、概念設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計三個階段組成了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計過程。上述生命周期過程分析不難看出，需求分析是產(chǎn)品生命周期的第一步，設(shè)計就是將客戶需求轉(zhuǎn)化為有效概念產(chǎn)品的過程。就產(chǎn)品本身而言，一方面需要具備其應(yīng)有指定功能，另一方面還要盡可能滿足定性條件、無形因素、指定特征、特有規(guī)格等一些產(chǎn)品形式上的需求，只有這樣才能保證所設(shè)計、制造的產(chǎn)品為使用者所喜愛。

1.2 客戶需求向設(shè)計參數(shù)轉(zhuǎn)化

滿足客戶需求是產(chǎn)品設(shè)計的出發(fā)點和最終目標(biāo)，因此需要將這些需求轉(zhuǎn)化為能夠直接用于計算的實際參數(shù)。而在設(shè)計產(chǎn)品時，設(shè)計者往往面對是的數(shù)量龐大、錯綜復(fù)雜的客戶需求。因此首先要對于這些客戶需求根據(jù)特性進(jìn)行分析，然后再將這些需求轉(zhuǎn)化為能夠用于計算的設(shè)計參數(shù)。

由于不同客戶需求之間偏差客觀存在，所以產(chǎn)品擁有不同的功能；針對相同功能屬性上的需求，也存在著對于規(guī)格、性能上要求的偏差，根據(jù)以上兩個偏差的特點，針對需求的不同，可把客戶需求分為質(zhì)變需求和量變需求兩種類型。質(zhì)變需求是指產(chǎn)品本質(zhì)的差異，在產(chǎn)品上體現(xiàn)在于對功能需求的變化，如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)等，會導(dǎo)致產(chǎn)品本質(zhì)的改變；而量變需求則是指場合與對象基本一致，只是在屬性強(qiáng)弱方面的變化，即有相同的結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)、實現(xiàn)功能，只是這些產(chǎn)品的縱向系列不一樣。

1.3 可適應(yīng)性參數(shù)的確定

一般來說，以下兩類參數(shù)是能夠滿足要求：①與結(jié)構(gòu)相關(guān)的規(guī)范性的參數(shù)，這一類的參數(shù)是在手冊、規(guī)則等上面明確規(guī)定的，一般對于這些參數(shù)，設(shè)計者是不能進(jìn)行更改的，但是他們與結(jié)構(gòu)有著直接的關(guān)系。例如：橋式起重機(jī)的跨度，它有如表所示的規(guī)定跨度，而跨度將會直接決定橋式起重機(jī)橫梁的長度。②計算之后會直接決定可適應(yīng)結(jié)構(gòu)的參數(shù)，這一類參數(shù)，通過在設(shè)計過程中的計算，其結(jié)果將直接決定產(chǎn)品可適應(yīng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)，例如起升高度，高度通過計算，是與卷筒的長度息息相關(guān)。

2、模塊化設(shè)計技術(shù)

模塊化設(shè)計技術(shù)就是將一個大的零件按功能分割成一些小塊，它可控制設(shè)計的復(fù)雜性，使各模塊相對獨立、功能單一、結(jié)構(gòu)清晰、接口簡單，它不僅縮短了橋式起重機(jī)的設(shè)計周期，更避免了零件設(shè)計的重復(fù)勞動，還便于橋式起重機(jī)零件的維護(hù)和各部分功能的擴(kuò)充。在橋式起重機(jī)產(chǎn)品中，模塊是指一組具有同一功能和結(jié)合的要素，但性能和結(jié)構(gòu)不同卻能互相轉(zhuǎn)換。

模塊化設(shè)計技術(shù)能更好的管理零件模塊中的組件，它能把較為復(fù)雜的零件分解成很多小模塊，所有的零件模塊按設(shè)定好的約束裝配起來成為一套橋式起重機(jī)整機(jī)三維模型，完成上述步驟需要每個零件模塊的功能、約束與接口的屬性一致，這樣才能反映出每一個零件模塊的特征。在橋式起重機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中每一個零件模塊是可以修改、變更和隨意組合的。模塊化設(shè)計技術(shù)就是將復(fù)雜的系統(tǒng)分解成便于管理與裝配的大零件模塊，大的零件模塊再分成小的零件模塊，使每個零件具有獨立性。這樣就能簡單的處理較為復(fù)雜的零件系統(tǒng)。

下面對橋式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)功能模塊劃分：橋式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)可以分為三大部分，包括一級部件、二級部件和通用件。一級部件包含橋式起重機(jī)橋架、橋式起重機(jī)附屬結(jié)構(gòu)、橋式起重機(jī)小車架和橋式起重機(jī)運行機(jī)構(gòu)。組成這四大類的零件模塊被稱為二級部件，橋式起重機(jī)橋架包含的二級部件有主梁、副主梁、橋架端梁、緩沖器限位開關(guān)、軌道及主梁副主梁端梁接頭，其中主梁還分為倉口蓋、主梁門和通風(fēng)管道等，緩沖器限位開關(guān)又分為主小車緩沖器座、副小車緩沖器座和預(yù)限位開關(guān)。橋式起重機(jī)附屬結(jié)構(gòu)包含的二級部件有司機(jī)室框架、欄桿、斜梯、平臺、導(dǎo)電支架和隔熱板等，其中的欄桿還分為副主梁欄桿、撓性端梁欄桿和剛性端梁欄桿，平臺又分為主梁上平臺、主梁門平臺和司機(jī)室平臺等。橋式起重機(jī)小車架包含的二級部件有小車端梁、定滑輪組梁、卷筒組梁、電機(jī)梁、車輪架和運行機(jī)構(gòu)支架等。起重機(jī)運行機(jī)構(gòu)包含的二級部件有大車運行機(jī)構(gòu)、小車運行機(jī)構(gòu)、卷筒組起升機(jī)構(gòu)和車輪組起升機(jī)構(gòu)等。以上都為橋式起重機(jī)二級部件，橋式起重機(jī)的通用件也就是標(biāo)準(zhǔn)件包括電機(jī)、軸承、螺栓、螺母等。橋式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)功能模塊劃分如圖1所示。

3、機(jī)構(gòu)和電氣

1)采用緊湊型起升機(jī)構(gòu)將傳統(tǒng)小車架上的電機(jī)、減速器、卷筒、制動器等集成，制成三合一或四合一的起升機(jī)構(gòu)。這樣可以節(jié)省空間，減輕起升機(jī)構(gòu)自重，從而減輕整機(jī)自重。

2)變頻調(diào)速。變頻調(diào)速具有調(diào)速平穩(wěn)、就位準(zhǔn)確、機(jī)械沖擊小、消除共振、改善動剛度、安全保護(hù)裝置的精度高等優(yōu)點。為起重機(jī)的輕量化設(shè)計和節(jié)能設(shè)計提供了保障。若研發(fā)起重機(jī)專用變頻調(diào)速系統(tǒng)，則節(jié)能效果更好。

3)高速電機(jī)。選用高轉(zhuǎn)速電動機(jī)，各機(jī)構(gòu)采用的電動機(jī)都向高轉(zhuǎn)速發(fā)展，可減小電機(jī)基座號，減輕質(zhì)量與減小外形尺寸，并可配用制動力矩小的制動器。

4)硬齒面減速器。選用硬齒面減速器取代中硬齒面減速器。

5)推廣應(yīng)用電動葫蘆作為起升機(jī)構(gòu)。對中小型的起重機(jī)應(yīng)用葫蘆作為起升機(jī)構(gòu)，既可減輕起升機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，又可減輕起重小車的質(zhì)量，達(dá)到節(jié)能的效果，還可減小對建筑物高度的要求。

6)根據(jù)起升高度和起升速度的不同選擇合適的倍率。在起升機(jī)構(gòu)設(shè)計中，恰當(dāng)?shù)卮_定滑輪組的倍率是十分重要的。選用較大的倍率，可使鋼絲繩的受力減小，從而使鋼絲繩的直徑、卷筒和滑輪的直徑減小。減小卷筒的直徑使卷筒所受扭矩減小，也就是使減速器輸出軸的扭矩減小，從而可以選用較小的減速器，使整個起升機(jī)構(gòu)達(dá)到尺寸緊湊、質(zhì)量輕的效果。但是滑輪組倍率過大又使滑輪組本身笨重復(fù)雜，卷筒增長，同時使效率降低。一般原則是：大起重量的起重機(jī)選用較大的倍率，以避免采用過粗的鋼絲繩;當(dāng)采用雙聯(lián)滑輪組時選用較小的倍率，因為這時分支數(shù)與滑輪的數(shù)目較多;起升高度很高時，宜選用較小的倍率，以避免卷筒過長。

4、使用維護(hù)設(shè)計

圖1 橋式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)功能模塊劃分

我國起重機(jī)進(jìn)展緩慢的關(guān)鍵因素之一是起升機(jī)構(gòu)零部件的質(zhì)量和工藝，傳動系統(tǒng)的效率，以及電氣控制系統(tǒng)性能方面還存在很多不足，因此進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)計的研究非常重要，需要引起重視，可以從以下方面做起：

1)在設(shè)計上的易損點、平衡梁連接處鉸軸及焊縫節(jié)點等適當(dāng)加強(qiáng)。

2)增設(shè)安全后備保護(hù)裝置：門機(jī)除了要有安全保護(hù)裝置以外，還要有后備裝置，如緩沖器、兩車之間的大車撞尺、防止小車輪斷軸或防脫軌安全鉤及防止車輪脫軌的擋板等。

3)橋門式起重機(jī)主要應(yīng)用于工況較為復(fù)雜的環(huán)境下，所以侵蝕和腐蝕現(xiàn)象相對來說也較為嚴(yán)重，一旦發(fā)生侵蝕和腐蝕等現(xiàn)象就，將會給其整體結(jié)構(gòu)造成巨大影響。如果沒有及時進(jìn)行檢驗將隱患排除，就容易導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，所以在日常檢驗過程中還需要對橋門式起重機(jī)整體進(jìn)行檢驗，為其在今后的工作中安全、穩(wěn)定運行提供保障。

4)加強(qiáng)管理、培訓(xùn)及其他安全方面的考慮。加強(qiáng)管理、培訓(xùn)考核同步進(jìn)行，認(rèn)真填寫交接班日志，好的司機(jī)對大車運行的相關(guān)動作，噪聲會有個良好的判斷能力，目測鋼絲繩有無斷股、斷絲、制動器有無卡阻現(xiàn)象、安全裝置動作靈敏可靠、吊鉤、鉤尾固定螺母不得松動，作業(yè)中、作業(yè)完畢均應(yīng)遵守的事項，做好日常的保養(yǎng)，按規(guī)定潤滑、緊固夾軌鉗、停車在錨定裝置、有風(fēng)纜索固等，重視文明生產(chǎn)，安全施工，尤其是大型門式起重機(jī)線路鋪設(shè)、鋼軌安裝質(zhì)量、精度測試方面更應(yīng)保證，保證了施工質(zhì)量，合理保養(yǎng)、正確潤滑是提高生產(chǎn)質(zhì)量和延長設(shè)備使用壽命的良方。

總之，橋式起重機(jī)應(yīng)用廣泛，對其設(shè)計方面不斷的改進(jìn)使其結(jié)構(gòu)更緊湊、重量更輕、維修保養(yǎng)方便、節(jié)約原材料、提高市場競爭力已成為行業(yè)的重要發(fā)展方向，因此進(jìn)一步加強(qiáng)對其的研究非常有必要。

[1]王永福.模塊化設(shè)計理論及其在橋式起重機(jī)設(shè)計中的應(yīng)用[D].大連理工大學(xué)，2004.

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[3]南海博.大型造船門式起重機(jī)輕量化設(shè)計研究[D].上海交通大學(xué)，2009.