起重机轻量化设计技术研究

工 业 技 术
２ ０ １ ５ 年 第２ ５ 期ｌ 科技创新与应用
起重机 轻量化设 计 技术研 究
袁 明 敏
Βιβλιοθήκη Baidu
（ 江 苏省 特 种 设 备 安 全监 督 检 验 研 究院 无 锡 分 院 ， 江 苏 无锡 ２ １ ４ １ ７ ４ ）
摘 要： 起 重机 轻 量化 是 当前 起 重机 设 计 的发展 趋势 ， 也 是 国 家节 能 环保 战略 的 具 体 实施 。通 过 对 目前 我 国起 重机 轻 量 化 设计 研 究进 展 进行 分 析 ， 从设 计 理 念 、 设计方法、 材料、 结构 、 机 构和 电气等 方 面研 究 了起 重机 轻 量 化设 计 技 术 ， 为起 重 机 的 节能 环保 设 计 和使 用提 供 参 考 。
引言
Ｄ ｅ ｍ ａ ｇ Ｃ ｒ ａ ｎ ｅ ｓ Ａ Ｇ、 Ｓ Ｔ Ａ Ｈ Ｌ Ｃ ｒ ａ ｎ ｅ 、 Ａ Ｂ Ｕ ￥Ｃ ｒ ａ ｎ ｅ ， 芬兰的 Ｋ ０ ｎ ｅ Ｃ ｒ ａ ｎ ｅ ， 焊接相 比， 在保证焊接质量 的同时可减少对焊料的使用 ； 运用热处 美国的 Ｇ ０ ｒ ｂ ｅ ｌ Ｃ ｒ ａ ｎ ｅ ｓ 、法 国 Ｅ ｕ ｒ ｏ ｅ ｒ ａ ｎ ｅ ｓ ，西 班 牙 的 Ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｎ — Ｃ ｏ — 理等工艺提高起重机齿轮等构件的表面强度 ， 确保结构优化的情况
ｍ ａ ｎ ｓ ａ ｓ ， 日本 的 Ｈ ｉ ｔ ａ ｃ ｈ ｉ Ｓ ｕ ｍ ｉ ｔ ｏ ｍ ｏ Ｈ ｅ ａ ｖ ｙ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ｅ ｓ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ 下 起重 机 具有 足 够 的安 全 性 。 Ｃ ｒ ａ ｎ ｅ 、 Ｋ ｏ ｂ ｅ ｌ ｅ ｏ Ｃ ｒ ａ ｎ ｅ ｓ 等。这些企业大部分针对起重机的结构 、 电气 ２ ． ３使用轻质材料 国外 的相 关 起 重机 企 业 采 用 铝 合 金 材 料 制 造 起 重 机 的主 要 构 设 备等方面进行 了相关改进 ，不仅降低 了起重机 的重量和工作能 耗， 也提高了产 品的美观性 ， 此外还节省了大量 的社会资源 ， 极大地 件 ， 与 钢 制起 重机 相 比 ， 铝合 金 材 料 起重 机 可 减 重 ３ Ｏ ％以上 ； 针 对 不 催进 了世界经济的迅速发展 。 同类型的构件了采用不同的材料 ，尽可能用 ｒ ｉ 型钢材代替板材 ， 节 １ ． ２ 国内起 重 机轻 量 化设 计 现状 约结构钢材 ， 并提高结构的抗弯强度 。 我 国 的起 重 机 自重 普 遍 比 国外 先 进 的 起 重 机 重 ２ ０ ％一 ５ ０ ％ 以 ２ ． ４结 构 改进 上， 以表 １ 中所示的起重机的 １ Ｏ吨起重小车质量为例 ， 欧式起重机 使用型钢代替焊接横梁 ； 采用柔性小车架 ， 将“ 井字型” ４ 梁结构 （ 如Ｓ ＷＦ 公 司的 Ｎ ｏ ｖ Ａ）的 小 车质 量仅 为 Ｑ Ｄ型小 车质 量 的 四分 之 改为 “ 工字型” 梁结构 ； 降低小 车的总体高度 ， 并采用“ 多合一 ” 小车 据此可看出我国起重机 自重与欧式起重机之间的巨大差距 ， 在 运行 机 构 ２ ． ５机构和电气系统改进 起重机的轻量化设计方面， 我 国还有很大的提升空间。 表 １ Ｏ Ｄ 型桥 吊与欧 式桥 吊的 自重 比较 采 用 紧凑 型 起升 机 构 ； 选 用 高 速 电机 并 配 用制 动 力 矩 小 的制 动 ｍ 菁 ， ，％ 器； 采用变频调速技术 ， 提高起 重机 的节能效果 ； 起升机构可采用电 瑶ｔ／ 动葫芦； 根据起升高度和起升速度 的不同选择合适 的倍率。 ３ 结束 语 ＾芈 啦 ／ ｈ 随着 国际 能 源价 格 的不 断 增 长 。起 重 机 市 场 的 竞 争 也 越 趋 激 ｍ＊ ｍｔ ｋ ｇ 烈， 起重机产品的利润空间进一步被压缩 ， 轻量化设计 已成为很多 自 ／ ｈ 起 重机 企 业提 高 市 场竞 争 力 、 减 少 生 产成 本 的重要 举 措 。 目前 已有 相关研究机构借鉴欧美发达国家的起重机轻量化设计技术生产 了 １ ． ３我国起重机轻量化设计中存在的不足 多种产品 ， 取得 了较好的社会效益和经济效益 ， 然而在结构 、 材料 、 １ ． ３ ． １设 计计 算 电气 系统和设计方法等方面还存在着较大的改进空间。因此 ， 需要 目前我国起重机的设计方法通常为许用应力法 ， 该方法较为简 国家和企业持续投入 资金和精 力， 并完善起重机 能效测试 和节能监 便。 但 由 于金 属 结 构 的 安 全 系 数单 一 ， 因 而不 能 有 效 反 映 起 重 机 的 管法律法规 ， 以从技术和政策上为起重机 的轻量化设计营造一个 良 实际用途和受力情况 ， 为保证起重机产 品使用的安全性 ， 在实际设 好 的发 展 环境 。 参考 文 献 计 中通常采用较大的安全 系数 ，从而导致起重机产品 自重增加 、 尺 ［ １ ］ 何仕永 ， 吴晓， 宋伟 ， 等． 起 重 机 的 轻 量 化技 术 与 节 能 环保 Ⅲ． 起 重 寸偏大 ， 造成资源的浪费。 １ － ３ ． ２工 艺 运 输机 械 ， ２ ０ ｉ ２ （ ２ ） ： １ － ３ ． 我国 目前的起重机 中的受力构件多为钢板焊接的箱形结构 ， 生 ［ ２ １ Ｙ － 松 雷． 我 国起 重机 轻 量化 设 计 存 在 的 困难 及 建议 ｆ Ｊ １ ． 起 重运 输 机
关键 词 ： 起 重机 ； 轻 量 化技 术 ； 研 究进 展
全 的现 象 ， 为 了保 证 设 计 出 的产 品足 够 安 全 ， 设计者往往增加钢板 厚度 ， 并 额 外设 计 加强 结 构 ， 从 而提 高 了起 重 机 的 自重 。 １ ＿ ３ ． ４ 结 构 传统 的起 重 机 可 分 为桁 架 式 和箱 形 结 构 ， 通 常 以 型钢 和 钢板 作 为主要组成构件 ，通过焊接或螺纹连接的方法 实现不同构件 的连 接， 这 些 结构 偏 重 于稳 定 性 和安 全 性 ， 而对 经 济性 考 虑较 少 。 １ ， ３ ． ５ 机 构 和 电气 起 重 机起 升 机 构 零 部 件 的加 工 质 量是 决 定 起 重 机 性 能 的重 要 因素。此外 ， 起重机传动系统的效率以及电气控制系统 的性能也会 对起重机 的总体性能产生重要影响 ， 这些方面的落后是造成我国 目 前 起 重机 轻 量 化水 平 较低 的关键 因素之 一 。 ２起 重机 轻 量 化设 计 方法 ２ ． １改进计算和设计方法 广泛 使 用 极 限 状 态 的设 计 法 ， 提高计算精度 ， 使 计 算 结 果 更 逼 近金属结构在实际工作 中的状态 ； 应用有限元法 、 模糊优化设计等 料。 此外 ， 起重机 自重过大还会导致弓 ｌ 起轮压过大 ， 从而对施工场地 现代设计方法 ，深入剖析并动态模拟钢材结构 的力学和材料性能 ， 建筑物的承载力提出了更高的要求 。 因此 ， 在保证起重重量同时， 需 在保证起重机总体性能的情况下 ， 通过结构优化最大程度的降低起 重 机 的 自重 。 采用轻量化技术减少起重机的 自重。 １ ． １ 国外起 重 机轻 量 化设 计 现 状 ２ ． ２ 工艺 改进 对 于 起重 机 中的 非 主要 受 力构 件 ， 可采 用 工 字钢 、 槽 钢等 ； 可多 国外起 重 机轻 量 化 设计 的研 究 始 于 ２ ０世 纪 ７ ０ 年 代 。目前 国外 已有多家起 重机制造 企业研 发 了起重机 轻量化产 品 ，如德 国 的 采用焊接结构代替铸件 ， 运用机器人焊接等先进焊接技 术 ， 与人工 起 重 机是 一 种集 物 料起 重 、 运 输 和 装 卸 为一 体 的输 送 设 备 和 工 业安装设备 ， 在现代化生产中起着不可或缺的作用。 长期 以来 ， 我国 对起 重 机 的设 计 质量 和 设计 水 平 的衡 量 通 常 侧重 于 技 术 角度 ， 而对 经 济性 、 环 保 性 等方 面 的要 求 考虑 较 少 ， 致 使 起 重机 能 耗 高 、 自重及 体积较大且安全系数裕量也较大 ， 造成资源的浪费 。随着现代工业 设 计 和 制造 能力 的提 高 ， 以及 国 际 钢铁 及 能 源 价 格 不 断 攀 升 ， 提 高 起重机械的轻量化和节能化水平 ，将极大的促进企业 的市场竞争 力。文章首先分析了我国起重机轻量化设计存在 的问题 ， 在此基础 上 从设 计理 念 、 设 计 方法 等 几个 方 面 对 起 重机 轻 量 化设 计 技 术进 行 了研究 。 １起 重 机 轻量 化 设计 现 状 自重是起重机性能 的一项重要指标 ， 为满足实际需求 ， 现代起 重机械正向着大起重量的方 向发展 ， 很多大型起重机械 自重达数千 吨， 这其 中有 ６ Ｏ ％到 ７ ０ ％为金 属 结 构 。 因此 ， 需 要耗 费 大 量 的金属 材