摘要：新型轻量化通用桥式起重机具有独特的设计理念，具有高度低、质量轻、轮压小等特点，可广泛应用于各类生产车间，降低车间结构的设计承载能力和建设高度。使用轻量化起重机不仅可以有效减少用户对厂房建筑的改造成本，而且可以节省起重机制造商的原材料投入。因此，开发该类产品的新结构，实现绿色制造模式在起重机制造业的运用势在必行。
关键词：新型；桥式起重机；轻量化设计；影响因素
引言
随着经济的发展和科学技术的进步，起重机在我国工业安装以及运输物资过程中有着十分重要的地位和作用。我国起重机制造水平的不断提高，也反映了我国的经济实力不断增强。但是目前的起重机设计上还存在一些不足和需要改进的地方，比如：自重大、体积大、能耗高等缺点。正因为如此，在起重机的设计上，我国不断对起重机轻量化设计进行研究，以求能达到世界先进水平。
1桥式起重机
桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。“机械化”是设备操作发展趋势，按照数字系统布局方式进行调度控制，实现了现场操作作业流程一体化，推动了起重机开发与利用的最优化。结合数字系统对起重机操作提供科学指导，提出切实可行的设备操作体系。体现了数字工程技术应用特点，实现了操作模式及改造的一体化建设。
2桥式起重机自重现状
起重机自重是判断其技术性能高低的一个指标。在起重机的发展过程中，起重机的起重重量越来越大，但与此同时，起重机的自重也越来越大。举例来说，三峡工作用到的1200t桥式起重机，它是由太重集团设计制造的，自重达1000t；大连重工设计制造的20000t桥式起重机，其自重便达到8000t。我们可以看出，这些起重机的自重惊人，这也便意味着它们的制造需要耗费大量的金属材料，造成巨大的材料使用成本。除了对材料的损耗，起重机自重过大对道路、厂房、码头等会造成一定的破坏，要想避免这种破坏，这便要求道路、厂房、码头等拥有极高的承载能力。综合以上可以看出，在起重机的设计过程中，除了考虑起重重量达到预期要求之外，还应尽量减轻起重机的自重。起重机的自重可以分为两类：结构重量和机构重量。结构重量通常占自重的40%-70%，巨型起重机甚至可以达到自重的90%以上。我国的起重机自重与国外等发达国家相比较而言，平均要比他们高20%-50%。因此在降低起重机自重上还有很大的提高空间。
3新型轻量化通用桥式起重机结构组成
3.1桥架
桥架通过铰接式端梁使车轮之间的距离拉大，改善厂房集中受力状况，省去了大车运行机构的平衡架。每根主梁头部的两端都安装有车轮，每根主梁成为一个独立稳定的结构，在安装桥架时分别把带有车轮的主梁吊放在厂房的轨道上，用铰轴连起来即可，给桥架的安装带来了便利。
3.2主副起升机构
减速器的低速轴驱动一个双联卷筒，卷筒与减速器之间采用花键轴连接，电机壳体与减速机壳体采用法兰连接，电机轴与减速机轴连接采用鼓型齿联轴器。制动器采用电力液压轮式制动器。主副起升机构起升载荷直接作用在小车架两侧的端梁上，主副起升减速器前部悬臂式安装。上滑轮组安装在上滑轮梁内，上滑轮梁安装在小车架两根端梁上部。减速器悬空安装，同时减速器的箱体有足够的强度。
3.3大车运行机构
新型轻量化桥式起重机大车运行机构采用“三合一”的驱动方式，大车车轮为8个，1/2集中驱动。
3.4小车运行机构
新型轻量化桥式起重机轻量化小车运行机构采用“三合一”的驱动方式，即电动机、制动器和减速器合并组装成一个部件，“三合一”减速电机只通过一个固定铰支座与车架相连接，输出端采用锁紧套与车轮轴相联，安装调试十分方便，受车架变形影响也小。小车车轮为4个，1/2集中驱动。
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4轻量化设计改进方法研究
4.1材料改进
对于主梁强度的设计，目前使用的是普通钢材，为了减少起重机的材料用量，可以使用高强度的钢材进行设计，由此降低整体自重。此外，如果使用H型钢来替代现在普遍使用的板材，能够极大地减少材料的使用，节约材料和成本，并且抗弯能力也会有所提高，根据测试结果显示，使用H型钢比使用板材抗弯能力会提高30%左右。如果使用尼龙柱销联轴器来替代现在普遍使用的齿轮联轴器，也可以减少桥式起重机的自重，实现桥式起重机的轻量化设计。除了对材料的选择之外，材料的使用应当注意合理性。由于辅助材料占据主梁自重的20%-30%，因此要尽可能地减少对辅助材料的使用量，以减少自重。设计人员的设计原则是在原来结构的基础上做减法，使每一块材料都能获得最有价值的使用，而不要平添自重却毫无意义。
4.2主梁结构设计
当前，桥梁工程操作行业快速发展，取决于各地区桥梁桥梁勘查的可持续战略，这是对操作行业服务模式提出的全新要求。主梁结构设计由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类。单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运行。
4.3 桥式起重机桥架优化
在进行优化设计的时候，应注意以下要点：1）起重机基本参数输入的工作由参数输入模块完成，系统会将参数想优化设计模块进行传输。2）系统优化设计模块所应用的是自适应遗传算法，这种方法和桥式起重机的设计方法进行结合，处理基本参数的时候需要根据设定好的约束条件以及目标函数进行。3）本系统可以有效的将热轧不等边角钢的截面尺寸以及主梁局部区格屈曲系数编写入数据库，实现了设计模块可以随时读取相关数据的需求。4）结果输出模块的主要作用是将主梁优化后的尺寸、优化后的主梁各部分的质量参数、加劲肋布置情况以及计算校核结果进行输出，输出至可视窗口，用户调取这些数据的时候更为直观和方便。
4.4小车架的设计
小车架主要由2根端梁、上滑轮梁和2根连接梁组成。2根端梁和2根连接梁通过焊接组成一个框架结构，上滑轮安装在小车架端梁上。这种布置方式的优点有：①上滑轮梁和端梁的受力情况可以简化为简支梁的受力情况，这种结构形式既保证了小车４轮在任何正常工况下都能与钢轨接触，又降低了车架的制造精度要求；②卷筒处设计无车架体，减轻了小车架的重量。
4.5电阻器改进
在对电阻器进行改进之前，基本上每个星期都要更换电阻器的部分元器件，而且每年都会有因为电阻器故障而烧坏的起重机，由此可见起重机维护和检修的工作量非常大。在改造时，采用了某电气公司生产的新型不锈钢电阻器，主要具有以下特点：（1）抗腐蚀性较强，没有接触电阻，能够消除故障点；（2）全部的接线都在正面，安装起来比较方便；（3）阻值比较稳定，电气性能也比较强。
4.5电气系统改进
对电机、减速机等电器的外壳使用铸铝结构以减轻重量。将电阻器替换为不锈钢电阻器，减少电阻器的数量。使用自动控制按钮来代替司机室的操作。危险作业场地，如高温、有毒气体等，采用遥控操作代替司机室操作，不仅能够提高效率，也能减少起重机的自重。
结语
我国的起重机自重与发达国家相比还有一定的改进空间，因此对桥式起重机的轻量化设计未来依然是研究的热点问题。轻量化的设计不仅需要工艺技术的提高，还需要政府的资金支持和国家政策的扶持，同时也需要制定和完善起重机的相关法律法规，进一步推动技术的进步，为我国起重机轻量化设计做出贡献。
参考文献：
[1]汤秀丽，潘俊萍.桥式起重机主梁轻量化设计的关键技术[J].起重运输机械，2014（1）：63-66.
[2]张质文，王金诺，程文明，等.起重机设计手册［M］.2版.北京：中国铁道出版社，2013.
[3]陈冬青.降低通用桥式起重机整机高度的改造方案[J].起重运输机械，2015（02）.
论文作者:马智渊
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/8
标签：起重机论文; 自重论文; 车架论文; 桥式起重机论文; 轻量化论文; 电阻器论文; 减速器论文; 《基层建设》2018年第19期论文;