上海市金山区特种设备监督检验所 上海市 201508
摘要：我国广泛使用的起重设备主要有桥式起重机和门式起重机，传统设备运行中会消耗大量能量，并对环境造成污染，为了转变这一现象，必须合理进行轻量化设计。鉴于此，本文从轻量化小车设计、轻量化运行机构设计和其他轻量化设计事项三个角度出发，对桥式起重机与门式起重机轻量化设计的关键要素进行了全面分析，以供参考。
关键词：桥式起重机；门式起重机；轻量化设计；关键要素
一、轻量化小车设计
桥式起重机与门式起重机中的一个关键部件就是起重小车，起重小车轻量化设计有助于降低设备成本，提升整体性能。10t小车在QD型起重机中拥有3.424t的质量，而在欧式起重机中为770kg，由此可以看出我国的桥式起重机与门式起重机小车设计方面相对落后，在以后的发展中，应从以下方面入手加大设计力度：
（一）吊钩
DG34CrNiMo、DG34CrMo、DG20Mn等是吊钩制作过程中的主要材料，共包含五个强度等级，当强度等级以及材料不同时，会对吊钩的质量造成极大的影响。例如，如果吊钩的质量高于20t且工作级别为M6，如果应用M强度等级以及DG20材料，可以对自由锻直柄单钩进行应用，即LY型20号吊钩，该设备拥有112kg的自重；但是如果应用T强度等级以及DG34CrMo材料，以对LY型10号吊钩进行应用，该设备拥有40kg的自重[1]。针对欧式起重机吊钩来讲，其拥有较低的质量和相对小巧的外形，在实际进行设计的过程中，通常会采用较高的强度等级和优质的合金材料。
图一：欧式起重机小车简图
（二）起升机构
如果起升机构拥有相对较大的起升高度，要想促使小车架结构与卷筒之间形成相对紧凑的结构，可以在综合利用凸台阶梯挡板与折线卷筒的基础上，构成多层有序卷绕的形式[2]。直绳槽同斜绳槽共同构成了折线卷筒，在多层卷绕的过程中，同层钢丝绳绳圈之间可以对斜绳槽进行应用从而实现有序的排列过渡，此时爬升过渡也可以在挡板处绳层之间形成，上层钢丝绳在直绳槽的作用下会全部落入到下层钢丝绳相邻两个绳圈的绳槽中，返回凸台的阶梯挡板会在卷筒两端形成，在其有效运行的基础上，会促使钢丝绳顺利的进行爬升和返回，此时相互切入和挤压的问题不会在钢丝绳中产生，乱绳的现象可以避免，那么卷筒上层会整齐有序的进行钢丝绳的排列。
二、轻量化运行机构设计
（一）车轮
球墨铸铁QT700-2、合金铸钢ZG35CrMo和铸钢ZG340-640等都可以作为车轮的主要材料，使用不同材料，材料系数在车轮踏面点接触强度计算中也存在差异，这会对车轮承载能力造成影响。例如，使用球墨铸铁QT700-2、合金铸钢ZG35CrMo时，材料系数为0.181；使用铸钢ZG340-640时，材料系数为0.132。两个系数之间差距较大，那么在应用于不同起重机中时，车轮直径也将存在较大的差异[3]。正因为如此，欧式起重机所使用的材料通常强度都较大，而车轮的直径都相对较小。
（二）轴承座
目前我国桥式起重机与门式起重机中应用最为广泛的轴承座为角型轴承箱，该设备应用中，可以更加便捷的进行车轮调整，但是在实际加工中，工作量较大、内部构造非常复杂，需要使用大量的零件，因此安装过程中会形成较低的精度[4]。受到安装和受力等方面的约束，直角边在轴承箱中质量和厚度较大，导致整个结构的高度也随之增加。
要想进行高精度的车轮安装，应将车轮组的质量降低，此时镗孔组装车轮时可以在车架上直接进行，并将无键锥面联接应用于车轮与传动轴之间。要想提升维修和安装的便利性，车轮安装时还可以对45°剖分方法进行应用。但是这一车轮组装方法也存在缺陷，即需要在车架上进行机械加工，因此工艺流程非常复杂，同角型轴承箱相比车轮调整难度大。欧式起重机在运行的过程中，对铣面和梁镗孔精度拥有较高的要求，因此在对配合面装配进行应用的基础上对轮轴承座进行设计。
三、其他轻量化设计事项
（一）合理配置工作参数
在进行桥式起重机与门式起重机轻量化设计时，首先应对相关设备的运行环境进行分析，如果设备使用频率不高且工作量较少，那么应在设计中尽量调低运行速度和起升速度，这样一来动载系数在设备结构和机构功率中会有所减少[5]。
在对系列产品进行设计时，参数的配置必须建立在制作工艺、设备性能、运行维护以及生产管理等一系列因素，这样一来，才能够在降低设备生产成本的基础上提升整机性能，而设备可以在更多的工作环境中充分发挥自身功能，设计人员最终可以在利用有限规格零部件的基础上构成多种功能的系列产品。
（二）转变传统控制和操作方法
使用时间长、故障率低、运行维护工作量小、调速平稳以及机械冲击小等是变频调速控制系统运行过程中的主要优势，传统的有级调速方式是建立在转子回路串接电阻基础之上的，与此相比，起重机轻量化设计中变频调速控制系统的优势更为明显：第一，在更加平稳的运行状态下，所生成的惯性荷载和冲击荷载都相对较小，能够减轻结构质量；第二，轻载高速和重载低速的特点，促使起升主钩也可以承担副钩的作用，在部分情况下，也可以将副钩取消，此时中小吨位设备也能够高效运行，因此小车的质量和尺寸都能够有所减少；第三，控制箱柜在变频调速控制系统中本身就拥有相对小巧的特点，因此质量也不高[6]。
通过遥控和地面操控等方法，可以取代传统的司机室控制方法，此时附属结构的质量就会被减轻。扁电缆和C型轨的组合供电方式是欧式起重机运行过程中的主要特点，网架结构通常被应用于线槽中，因此能够促进电气系统质量的减轻。
结束语
综上所述，桥式起重机与门式起重机轻量化设计工作具有较强的复杂性和系统性，因此国家相关部门应同设备生产厂家、科研机构以及高校等建立紧密的联系，在不断实践中实现设计创新，为降低桥式起重机与门式起重机运行能耗、实现绿色环保的目标奠定良好的基础。
参考文献
[1]钟斌,程文明,马莉丽等.起重机小车吊重动力学系统状态空间重构[J].西南交通大学学报,2017,42(4):436-441.
[2]王保进,程凯,邹方海等.门式与桥式起重机电气保护系统的检验技术[J].电子制作,2016(7):77-77,81.
[3]桂玉.桥门式起重机检验方法及其对比研究[J].中国化工贸易,2015(29):112-112.
[4]钟斌,赵雁,赵晓青等.基于状态估计的起重机吊重摆角信息获取方法[J].信息与控制,2015,39(2):164-169.
[5]《中国重型机械工业协会桥式起重机专业委员会》.中国重型机械工业协会桥式起重机专业委员会八届三次会员大会[J].起重运输机械,2015(7):53-53.
[6]谢剑锋,何文松.浅析海南戈枕水利枢纽工程溢流坝段简易门式起重机的设计要求[J].价值工程,2016(36):145-145,146.
论文作者:汤毅
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/24
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