牛曙光

（太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030024）

引言

模塊化設(shè)計是將一些基本模塊單元通過不同的組合形成各種產(chǎn)品，以滿足用戶的多種需求。小車模塊化設(shè)計是以功能分析為基礎(chǔ)，將小車上同一功能的基本單元、復(fù)合單元設(shè)計成具有相同用途、不同性能的基本模塊、復(fù)合模塊，這些模塊具有相同的鏈接要素，可以互換。選用不同模塊進行組合，可形成各種品種的小車模塊。由于模塊化設(shè)計使得零部件具有完全的互換性，設(shè)計周期大為縮短，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，同時在滿足用戶性能要求的前提下實現(xiàn)起重機的最佳輕量化配置。

1 總體設(shè)計思路

起重機的主參數(shù)是性能特征的來源，是選型和設(shè)計的依據(jù)。在進行小車系列設(shè)計時，結(jié)構(gòu)尺寸的確定，以及電機、減速器、制動器、卷筒和車輪等核心部件的合理選擇均受到主參數(shù)的影響。用較少規(guī)格的部件組成多品種系列小車，提高小車整體性能，滿足不同用戶不同工況的需求，并降低制造成本，必須對小車系列的主參數(shù)進行最佳的科學(xué)合理匹配。

1.1 起重量與工作級別的匹配關(guān)系

將起重量由小到大進行系列優(yōu)化排列，工作級別由低到高相應(yīng)搭配，起重量與工作級別之間的匹配關(guān)系如表1所示。按表1設(shè)計小車系列，在主要傳動件不變的情況下，只需變化定滑輪組的倍率來改變起重量，從而科學(xué)地減少了小車系列里機構(gòu)和零部件的數(shù)量，提高了零部件的通用化程度。

1.2 起重量與工作速度的匹配關(guān)系

起升速度計算公式為V=πDn/（iq）。在卷筒直徑D、電機轉(zhuǎn)速n、減速器傳動比i不變的情況下，起升速度V與定滑輪組倍率q成反比關(guān)系。電機的計算功率P=QV/（6.12η），其中η為機械總效率，在電機、減速器、制動器的機座號及傳動軸上的主要零部件都不變的情況下，起重量Q和起升速度V也成反比關(guān)系，只需根據(jù)定滑輪組的倍率來改變起重量與起升速度，不同性能可以使用同一模塊，提高了零部件設(shè)計的一致性、協(xié)調(diào)性。

表1 起重量與工作級別之間的關(guān)系

1.3 工作級別與工作速度的匹配關(guān)系

起重機的工作級別是由起重機的使用等級和滿載狀態(tài)決定的。工作級別越高，生產(chǎn)率越高，一般都要求有較高的工作速度，但工作速度會影響電機功率及減速器速比。起重量相等、工作級別相同的起重機，工作速度在一個合理的選擇范圍內(nèi)，從設(shè)計模塊化考慮，工作級別高的工作速度并不能適當提高，甚至還要降低，在不得已時還需要采取變通的措施，如改變電機的級數(shù)、減速器的速比等，從而實現(xiàn)主要零部件的型號和規(guī)格統(tǒng)一。

2 小車模塊的劃分

對小車進行模塊劃分時要遵循相對獨立性、互換性、通用性原則。小車主要由起升機構(gòu)、運行機構(gòu)、吊具、小車架、附屬結(jié)構(gòu)等組成（見下頁圖1），各部分又包括一定數(shù)量的零部件，每個部件既互相聯(lián)系又具有相對獨立性。按照起重量、工作級別、工作速度之間的匹配關(guān)系，以鋼絲繩直徑為核心屬性，對卷筒裝置、減速器、吊具、上滑輪裝置進行模塊劃分，利用起重量與起升速度的乘積為常數(shù)的方法使起升機構(gòu)主要部件達到最大限度的通用，再通過滑輪倍率的變化派生出更多的規(guī)格。以此為基礎(chǔ)對小車模塊進行劃分（見圖2），基本模塊有吊具、上滑輪梁、減速器、卷筒裝置、電機、車輪裝置、端梁、三合一、走臺欄桿、緩沖限位，復(fù)合模塊有起升機構(gòu)、歐式端梁、附屬結(jié)構(gòu)。

圖1 小車組成

起升機構(gòu)核心模塊為卷筒裝置模塊，基本屬性為鋼絲繩直徑、軌距，對應(yīng)的起重機主參數(shù)為起重量、工作級別、起升高度，可選模塊為減速器、電機，基本屬性為扭矩、速比、功率，對應(yīng)的起重機主參數(shù)為起重量、工作級別、起升速度。吊具、上滑輪模塊基本屬性為鋼絲繩直徑、倍率、軌距，對應(yīng)的起重機主參數(shù)為起重量、工作級別、起升高度。歐式端梁核心模塊為車輪裝置模塊，基本屬性為車輪直徑、軌道，可選模塊為端梁、三合一，基本屬性為基距、功率、輸出轉(zhuǎn)速，對應(yīng)的起重機主參數(shù)為起重量、工作級別、運行速度。附屬結(jié)構(gòu)可選模塊為走臺欄桿、緩沖限位，基本屬性為軌距，對應(yīng)的起重機主參數(shù)為起升高度。

3 模塊的組合

模塊之間的組合是實現(xiàn)模塊化設(shè)計多樣化特點的唯一途徑。同樣的模塊不同的組合形式可構(gòu)成不同的系統(tǒng)，不同的模塊相同的組合形式也可構(gòu)成不同的系統(tǒng)。要想實現(xiàn)模塊的組合必須有能夠在各模塊之間傳遞功能的部分，即模塊間的接口。

圖2 小車模塊劃分圖

根據(jù)模塊劃分特點，起升機構(gòu)、吊具、上滑輪梁模塊間的接口為鋼絲繩直徑，按照起重量與工作級別的匹配關(guān)系，變化滑輪組倍率，可選相同直徑的鋼絲繩，從而可選相同規(guī)格的卷筒裝置、減速器、滑輪，即可實現(xiàn)相同模塊不同性能。歐式端梁模塊相對獨立，接口為車輪直徑，按照計算輪壓、運行速度選型相同直徑車輪，匹配不同的軌道型號，從而可選相同的端梁，即可實現(xiàn)相同模塊不同性能。以核心模塊為基礎(chǔ)，基本模塊組合成復(fù)合模塊，復(fù)合模塊組合成小車模塊，從而實現(xiàn)基本模塊的通用性、小車模塊的多樣性。

4 結(jié)論

采用模塊化設(shè)計理念對起重機小車進行設(shè)計，有效解決設(shè)計的復(fù)雜性和型式多樣性，簡化設(shè)計過程，避免重復(fù)設(shè)計，同時可保持設(shè)計的一致性、協(xié)調(diào)性。每個模塊適用于多種起重量、工作級別等，結(jié)合批量生產(chǎn)模式，結(jié)構(gòu)模塊可減少板材規(guī)格，機構(gòu)模塊設(shè)計少而精。起重機小車模塊化的設(shè)計，根據(jù)參數(shù)選擇相關(guān)模塊組合，可實現(xiàn)標準系列產(chǎn)品快速設(shè)計、非標產(chǎn)品不同模塊互換、快速變型設(shè)計、個性化定制，縮短報價及設(shè)計周期，滿足批量產(chǎn)品需求量大、種類多、周期短的要求，也可節(jié)省大量人力物力，獲得顯著的經(jīng)濟效益。