桥式起重机的合理选用

桥式起重机的合理选用
时间：2004-4-1 0:08:00
北京起重运输机械研究所须雷
随着现代工业的迅速发展和生产规模的扩大，物料搬运费用在生产成本中的比例越来越高。

因此如何正确合理地选用起重机，对提高生产率，充分发挥起重机的有效功能，满足使用要求，降低使用成本，提高经济效益，确保运行安全都具有十分重要的意义。

1 基本参数的选择
起重机的基本参数表征起重机主要性能特征和作业能力，是起重机正确选用的基本依据。

桥式起重机的基本参数包括起重量、起升高度、工作级别、工作速度和跨度等。

1.1 起重量
起重机正常工作时允许一次起吊的最大质量称为额定起重量。

吊钩起重机的额定起重量不包括吊钩和动滑轮组的自重。

抓斗和电磁吸盘等取物装置的质量计入额定起重量内。

按标准规定，桥式起重机的起重量系列采用的是R10优先数系，从3.2 t开始，按1.25公比递增为4，5，6.3，8，10，12.5，16，20，25，32，40，50t……。

但目前国内的桥式起重机产品只是根据多年的生产惯例，从上述数列中选出一部分组成实际的起重量系列。

最为常用的系列是5t，10t，16t，20t，32t和50t。

通常，当起重量超过10t时设两个起升机构，即主起升机构和副起升机构，二者起重量之比约为1：4。

主起升机构的起重量大，用以起吊重的货物；副起升机构的起重量小，但速度较快，用以起吊较轻的货物或作辅助性工作，以提高工作效率。

一般应以起重机可能遇到的最大起吊重物来确定起重量，同时考虑转载工作的条件或工艺过程的要求。

起重机不允许超载使用，因此在起吊物经常发生变化的场合，起重机应考虑一定的裕量。

在某些情况下，偶尔需吊运超重物件时，可用两台起重机协同作业。

在工艺流程固定，起吊物重量基本不变，起重机基本满载使用的情况下，可以
取消副起升机构，以简化起重机的结构，降低成本。

国外的大吨位桥式起重机也并不是都带有副起升机构的，而是按需要选装。

1.2 起升高度
起升高度是指从地面到取物装置最高起升位置的铅垂距离。

如果取物装置需下落到地面以下作业，从地面至取物装置最低下放位置间的铅垂距离称为下放深度。

此时总起升高度为地面以上的起升高度和地面以下的下放深度之和。

起升高度的选择按作业要求而定。

通用桥式起重机一般将起升高度限制在20m以内。

因为超过20m则要在起升机构上采用特殊的钢丝绳卷绕方式或增大卷筒尺寸，使起重小车布置出现困难，并增大了起重机的界限尺寸。

对有装车作业要求的起重机，在确定起升高度时，还应考虑配属的吊具和车辆的高度，以保证起重机能将最大高度的物品装入车内。

用于船舶装卸的起重机应考虑潮水涨落的影响。

1.3 工作级别
桥式起重机安装的场所和使用的条件差别很大，起重能力的利用程度和工作频率各不相同。

为了经济合理地使用起重机，需根据起重机的工作条件选择合适的工作级别。

桥式起重机的工作级别分为A1～A8共8级，可根据起重机的利用等级和载荷状态，即根据起重机的使用繁忙程度和满载程度通过计算确定。

起重机在有效寿命期间有一定的总工作循环数。

起重机作业的一个工作循环是从准备起吊物品开始，到下一次起吊物品的整个作业过程。

工作循环总数表征起重机的利用程度。

为便于计算，将工作循环总数在其可能范围内分成10个利用等级，见表1。

载荷状态表明起重机受载的轻重程度。

载荷状态与两个因素有关：一个是实际起升载荷Q i与额定载荷Q max之比，另一个是实际起升载荷Q i的作用次数Ni与工作循环总数N之比。

名义载荷谱系数分为4级，见表2，起重机载荷系数K Q可按下式计算：
式中m为材料疲劳试验曲线的指数,此处取m=3。

表1 起重机的利用等级
利用等级工作循环总数使用情况
U0 1.6×104
U1 3.2×104
不经常使用
U2 6.3×104
U3 1.25×105
U4 2.5×105经常轻闲使用
U55×105经常断续使用
U61×106不经常繁忙使用
U72×106
U84×106
繁忙使用
U9>4×106
根据计算所得的KＱ，可从表2中查得最接近的名义载荷谱系数。

确定了起重机的利用等级和载荷状态以后，可按表3确定起重机的工作级别。

桥式起重机常用的工作级别也可参照表4选取。

载荷状态名义载荷谱系数KＱ使用情况
Q1—轻0.125 很少起吊额定载荷，一般起吊轻载荷
Q2一中0.25 有时起吊额定载荷，一般起吊中等载荷
Q3一重0.5 经常起吊额定载荷，一般起吊较重载荷
Q4一特重 1 频繁起吊额定载荷
表3 起重机工作级别
载荷状态名义载荷
谱系数KＱ
利用等级
U0U1U2U3U4U5U6U7U8U9
Q l一轻0.125 ——A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 Q2一中0.25 —A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 —Q3一重0.5 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 ——Q4一特重 1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 ———
表4 桥式起重机工作级别选用举例
起重机用途工作条件工作级别
电站、车间用人力驱动起重机使用轻闲A1
电站用起重机使用轻闲A1-A3
维修用起重机使用少，经常轻负荷使用A1—A3
车间及仓库用起重机经常断续使用A3
车间及仓库用起重机繁忙使用A4—A5
繁重工作车间用起重机繁重使用A6
货场、料场用起重机抓斗或电磁吸盘式、繁忙使用A6
冶金厂铸造、夹钳起重机使用频繁、满载使用A7
冶金厂脱锭、加料起重机使用频繁、重载使用A8
1.4 工作速度
桥式起重机的工作速度包括起升速度、小车运行速度和大车运行速度。

工作速度的选择取决于多种因素。

首先与起重量有关，中、小起重量的起重机选用高速以提高生产率，大起重量的起重机宜选用低速以降低驱动功率，提高运行的平稳性和安全性。

工作速度还取决于工作级别和使用要求，工作级别高、经常使用、要求生产率高的起重
机选用高速；工作级别低、用于调整性运行的工作机构可选用低速；仅用于设备安装与维修的起重机除应选用低速外，还可根据需要，采用双速(快、慢速)、微速或调速。

采用变频调速可使工作速度在1∶10之间任意调节。

工作速度还与起重机的服务空间大小有关，运行路程长、起升高度大的宜选用高速。

当起重机运行路程较短时，就不宜采用高速，以免没有起动完毕就开始制动。

但随着现代工业的发展，做大量转载工作的起重机日趋采用高速度，安装维修用的起重机大量采用调速。

对一些特殊功能的起重机，如用于工件淬火作业的起重机，应有快速下降装置；大起升高度的起重机除应适当提高起升速度外，还可重载采用低速、空载采用高速，或者采取措施获得更高的下降速度，以提高生产率。

1.5 跨度
桥式起重机大车运行轨道中心线之间的水平距离称为跨度。

起重机的跨度主要取决于服务空间的宽度，用于厂房内的起重机跨度取决于建筑物的宽度。

为了使跨度参数系列化，桥式起重机的常用跨度每隔3 m为一级，具体数值见表5。

起重量50 t以下的起重机对应每种厂房跨度有两种跨度值，在厂房上方的吊车梁上留有安全通道的情况下用小值。

如在同一轨道上有80 t以上的起重机，也有50 t以下的起重机时，起重机的跨度按80 t以上的起重机选取。

当同一跨内有两层起重机时，表内数值只适用于上层起重机，下层起重机的跨度值应为0.5m的整数倍。

当跨度不符合表中所列数值时一般属于特殊设计起重机。

厂房跨度9 12 15 18 21 24 27 30 33 36
起重机跨度
起重量
3～50t
7.5 10.5 13.5 16.5 19.5 22.5 25.5 28.5 31.5 －
7 10 13 16 19 22 25 28 31 －起重量
80—250t －－－16 19 22 25 28 31 34
2 构造形式的选择
选择合适的桥架、起重小车、操纵方式和取物装置等，可使桥式起重机在各种特定安装尺寸和作业方式下更好地满足使用要求。

2.1 桥架
桥架是金属结构承载主体。

桥式起重机的桥架有单梁桥架和双梁桥架两类，由一根或两根主梁和位于跨度两边的各一根端梁组成。

在起重量10t以下，工作级别较低，跨度较小，运行速度要求不高，起重机不频繁使用的情况下，一般可选用单梁桥架。

这种单梁起重机通常采用电动葫芦作为起升机构，因此结构紧凑，自重轻，价格也比较低。

在其他情况下可选择双梁桥架，稳定性好，受力条件好，运行性能也较好。

为了满足特定厂房建筑结构的要求，桥架的形式可采取相应的变化。

一般情况下，主梁和端梁采取水平连接的方式，制造简单，调整方便，见图1a。

有时厂房建筑结构已经确定，为了满足起重量和起升高度要求，在起重小车超高情况下，可采用主梁下凹的形式，见图1b。

有时为了降低厂房吊车梁的高度，尽量减轻厂房建筑结构重量，可采用主梁与端梁不等高的连接方式，见图1c、图1d。

图1 主梁与端梁的连接方式
2.2 起重小车
起重小车用来实现起吊物的升降和沿桥架的运行，其性能直接影响到整台起重机的工作性能。

双梁桥式起重机一般采用上置式起重小车，承载能力大，运行平稳，但外形尺寸大。

这种起重小车上一般布置有电动机、减速器、卷筒组成的起升机构。

为了降低建筑高度，减
轻自重，简化结构，可以采用电动葫芦作为起升机构。

电动葫芦桥式起重机的整机自重要比前者轻30%左右，更适合于厂房建筑对高度和轮压有限定的情况，目前在国外已大量使用。

单梁起重机通常采用电动葫芦作为起升和小车运行机构，且悬挂在单梁的下部。

这种结构更轻巧，自重更轻。

但葫芦下置会影响起升高度。

有时在厂房建筑高度低，而又要尽可能增加起升高度的情况下，可选用低建筑高度电动葫芦单梁起重机。

这种起重机把电动葫芦安置在单梁的侧边，达到增加起升高度的目的。

这种起重机需采取特殊措施，对悬挂式电动葫芦需增加配重以保持平衡，但也增加了自重；另一种采用小车侧挂式，也可有效利用空间，但小车结构复杂，还会给主梁附加一个扭矩。

2.3 操纵方式
对于起重量大、工作级别高、运行速度快的起重机，一般都采用司机室操纵方式，以确保运行安全。

司机室通常都固定在桥架的一侧。

如果起重机跨度很大，在起吊作业复杂的情况下，可以选用司机室随起重小车一起运动的形式。

有时还可选用司机室能沿主梁随意移动的形式，操作更便利。

在起重机运行速度慢、行程短、工作不繁忙、并要求司机直接挂、摘钩的情况；在厂房低矮或地面设备高，不能安装司机室的情况；在厂房上部有有害气体，不能在起重机上操纵的情况下，可采用地面操纵。

地面操纵起重机的运行速度一般不超过45 m/min。

地面操纵有手电门固定、手电门随小车移动、手电门随意移动几种方式，可根据需要选用。

由于采用地面操纵时有电缆相连，操作者必须跟随起重机运动，因此还可采用无线遥控操纵方式，包括红外光或无线电遥控，使起重机的操纵更加灵活便利。

这种操纵方式在国外已得到广泛采用。

2.4 取物装置
选择合适的取物装置，对安全生产和提高生产效率具有重要意义。

由于桥式起重机装卸物品的对象种类繁多，有成件的、散粒的和
液态的等等，它们的物理性能和几何形状各具特色。

为了适应各类物品的装卸工作，常用的取物装置有吊钩、抓斗、电磁吸盘、吊环、扎具、夹钳、真空吸盘、料斗、盛桶和承重梁等，此外还有集装箱专用吊具和其他专用工具。

吊钩是桥式起重机应用最广泛的取物装置。

抓斗主要用来装卸大量的散粒物料，也有用来抓取圆木的抓斗。

抓斗是一种自动的取物装置，它的抓料和卸料动作由司机在司机室操纵，不需要辅助人员协助，大大提高了装卸生产率。

电磁吸盘适用于吊运具有导磁性的金属物料，一般只用于吸取500℃以下的黑色金属。

在吊运物料经常变化，且生产率要求较高的场合，可选择两用桥式起重机，取物装置是抓斗和电磁吸盘，或是抓斗和吊钩，或是电磁吸盘和吊钩。

起重小车上有两套各自独立的起升机构，分别驱动取物装置。

但两个取物装置不能同时工作。

在吊运物料经常变化，但生产率要求不很高的特殊场合，可选择三用桥式起重机，在吊钩桥式起重机的基础上根据需要可在吊钩上套挂电动抓斗或电磁吸盘。

3 运行性能的选择
为使桥式起重机在特殊的环境条件下或在特定的工况下满足使用要求，可对起重机的运行性能提出特殊要求，包括环境要求、自动控制和安全保护要求等。

3.1 环境要求
桥式起重机一般在-25～+40℃温度范围内能够正常作业，当超出上述范围时需采取特殊措施，在选购起重机时要提出特殊要求。

在低温环境下使用的起重机需选择保温司机室，金属结构应由低温敏感性低、冲击韧性较高的材料制造。

在高温情况，并搬运赤热或融熔金属的起重机，为避免对主梁的高温辐射，主梁下盖板甚至腹板处应装设隔热层，对电气装置应有适当降温措施。

在室外使用的桥式起重机应有防雨措施。

起重小车、大车运行机构、电气装置应加装防雨罩。

在多粉尘情况下使用的起重机，应选择
具有密封性的电气室，电器装置应有防尘性能。

在具有易燃易爆混合气体环境中使用的起重机应选择防爆型的。

根据防爆类型、使用环境、爆炸性气体混合物特性和最高表面温度可分为不同的防爆等级。

起重机的电动机和电控装置都需采用隔爆型的，各机构传动中可能会因摩擦发热产生火花的地方也要采取相应的预防措施，起重机的工作速度也要相应降低，以确保使用安全。

在铝、镁等电解冶炼车间使用的桥式起重机，由于在完成加料、更换电极及吊运电解液时，吊具在有强大电流的电解池中工作，要求起重机的有关部位必须绝缘，确保人身与设备的安全。

因此应选择设置有三级绝缘措施的起重机，即吊钩与钢丝绳之间绝缘；起升机构与小车架之间绝缘；小车与折架之间绝缘。

每级绝缘电阻必须大于1MΩ。

有时在冶金、石油、化工、港口及热处理车间使用的起重机，由于工作在具有腐蚀介质的环境中，会对起重机的金属结构造成严重腐蚀，危及起重机的安全。

因此应选用具有防腐能力的起重机，其金属材料可选择耐蚀钢，或采用有效的防腐涂层。

在结构设计和工艺设计时应考虑腐蚀的影响，还可采用牺牲阳极保护法来达到防腐目的。

3.2 自动控制
随着生产自动化程度的不断提高，桥式起重机由于能充分利用空间，已被用作在空间移动的搬运机器人，成为物料搬运自动化的关键设备之一。

起重机的更新和发展，在很大程度上取决于自动控制与电气传动的改进。

国外的专家估计，今后20%～30%的桥式起重机需要安装自动化系统。

对具有自动抓取货物功能的桥式起重机，为了能精确地搬运货物，提高生产效率，防止吊具晃动而不能有效定位，一般应选择有防摇功能的吊具。

吊具防摇有机械式、液压式、电子式、刚性导杆式等多种形式，国外还开发了模糊逻辑电路的控制技术，达到最佳的防摇控制。

在某些特殊场合，如吊运核燃料，安装精密机件等，要求桥式起重机能精确定位。

在选择这类起重机时，应提出定位精度要求。

根据
需要，还可在司机室内安装计算机，屏幕自动显示坐标点，并进行各种搬运作业的自动化过程控制。

对一些重要使用场合的桥式起重机，为确保起重机的使用安全，可选装运行状态及故障自诊断监控系统。

该系统能在计算机上自动显示大部分常规维护检查内容，如起重机的载荷、应力和振动情况，重要电气元件的工作状况，电动机的温升，制动器摩擦衬片的磨损状况，钢丝绳、卷筒、滑轮的工作状况等。

3.3 安全保护
为了保证起重机运行更加安全可靠，应根据不同的情况选择一些安全保护装置。

例如对容易发生超载的起重机增加超负荷限制器；同一跨内或上下两层有多台频繁作业的起重机应装设防碰撞装置，室外使用的起重机应增设防风抗滑装置；对重载和频繁使用的起重机为防止车轮和钢丝绳过度磨损，可增设自动涂油装置；对大跨度起重机可增设防跑偏装置等。

一些重要场合用以吊运危险物品的起重机，如核电站的环形起重机等，其起升机构可采用单项故障保护，即起升机构有两套装置，当其中一个出现故障时，另一个能自动承担全部工作，平稳地吊住危险载荷。

这类起重机根据需要还可选择一些特殊安全装置，如减速限位、事故限位、超行程限位、断火限位、防钢丝绳叠绕限位、平衡梁倾斜限位、超速保护、应急手动操作装置、防地震装置等。

为使起重机在整个使用期内能定量保证功能的有效性，少出故障，确保起重机绝大多数时间都处于正常运转工作状态，在采购起重机时，应提出可靠性要求。

目前常用的可靠性指标有：平均首次无故障工作时间；当量平均无故障工作时间；平均修复时间；使用可用度等。

4 其他方面的选择
在选用桥式起重机时，除上述外，还有一些因素也是必不可少的，例如司机室的要求、色彩的要求、自重和价格等。

4.1 司机室
为了提高司机的工作效率，满足劳动保护要求，达到人与起重机的协调配合，充分发挥起重机的效用，应选择适用的司机室。

首先应保证司机有良好的视野，还应考虑保证司机良好的工作环境。

操纵装置应布置合理、操作方便。

为减轻由于桥架振动影响司机的正常操作，可选用具有隔振装置的司机室。

对司机室内显示仪表和讯号装置的颜色、标记，仪表的最小尺寸，以及通风、温度、照明度甚至工具箱等都应提出符合人体工程学的明确要求。

4.
4.2 色彩
研究表明，起重机协调的色彩能使操作者感到精神愉快，有助于减少差错，提高工作效率。

因此要重视起重机的色彩要求，使之与周围环境相协调，又能比较突出和醒目，保证运行安全。

在具体色彩设计时还应综合考虑均衡与稳定、统一与变化、基调与装饰等各种因素。

4.3 自重
有相当批量的桥式起重机是在一般的车间和仓库使用的，工作并不十分繁重。

考虑到综合效益，起重机应尽量降低外形高度，简化结构，减轻自重和轮压，以便使整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价，同时也可减小起重机的运行功率，因而可更多的选用轻型桥式起重机或电动葫芦桥式起重机。

4.4 价格
价格是选择起重机的重要因素之一。

这不仅是起重机本身的价格，还应考虑起重机的全寿命周期成本。

既包括起重机成本，还要包括使用成本，如运行费用、维修费用、备品备件费用，甚至还要考虑由于起重机故障停机影响生产而造成的直接和间接损失，要进行综合效益分析，要追求最佳的性能价格比。

因此起重机的功能、性能和可靠性也要作为价格的一个重要组成部分。

注：现在德马格起重机械（上海）有限公司
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