浅谈起重机的设计与制造

郭学玲

摘 要：起重机作为一种高科技机械设备，在现代化经济发展中的作用越来越突出，它有多种分类，每种分类的功能和特性也是各具特色。随着科学技术的进步，起重机的应用技术不断在改进，更新换代的速度也在加快，并应用于更广泛的科技领域。在高科技背景下，起重机的设计与制造更应该注重动态性能的优化设计，以延长起重机的使用寿命和提升其社会价值。

关键词：起重机；设计与制造；动态性能

1 起重机的基本知识

1.1 起重机的分类

起重机的分类主要按其性质、构造和性能来进行分类，根据起重的性质来分，则分为塔式起重机、流动式起重机和桅杆式起重机；若按其构造和性能来进行划分，则一般可分为臂架类型起重机、轻小型起重设备、缆索式起重机和桥式类型起重机械，臂架型起重机有汽车起重机、固定式回转起重机、履带起重机、塔式起重机、轮胎起重机等；轻小型起重设备一般包括千斤顶、卷扬机、电动葫芦、气动葫芦、平衡葫芦等；缆索式起重机有升降机等；桥架型起重机主要有龙门起重机和械梁式起重机。

1.2 起重机的运行结构和驱动方式

起重机的运行机构主要采用四个主动、从动车轮，若起重量过大，通常采取增加车轮的方法来降低轮压；如果车轮超过四个时，则起用铰接均衡车架设备，以便于将起重机的载荷平均分布在每个车轮上。主梁和端梁组合构成起重机的金属结构，主梁一般分为两类，一类是单主梁桥架，是由单根主梁与起重机跨度两边的端梁组合而成，另一类则是双梁桥架，它是由两根主梁和端梁构成的。起重机的驱动方式主要有集中驱动和分别驱动两大类，集中驱动是指通过一台电动机的动力来带动长传动轴两边的主动车轮；而分别驱动则是指，两边的主动车轮分别采用一台电动机来驱动。中、小型起重机一般运用由减速器、制动器和电动机组合而成的驱动方式，而大起重量的起重机通常采用万向联轴器的驱动装置，主要因为万向联轴器进行安装和调整时比较便捷。

2 起重机的设计与制造

2.1 起重机设计应考虑的技术参数

机械的技术参数代表了某个设备的工作能力，也就是设备的设计要求。起重机的技术参数跟其他机械设备的技术参数一样，都是新产品设计中最重要和最基本依据，也是最能体现产品设备的工作能力的关键性数据[1]。绝大部分起重机的技术参数都类似，主要包括起重量、起升高度、跨度、变幅和机构工作速度等，臂架类型起重机较为特殊，其技术参数除了一般起重机应有的技术参数以外，还包括起重力矩，对于履带、轮胎、铁路、汽车等起重机，曲率半径和爬坡最小半径也是主要的技术参数。在起重机的设计过程中，应当充分考虑这些技术参数的设计，以便提高起重机的性能。

2.2 起重机制造材料的选取与确定

起重机材料的选择关系到整个机器设备质量的高低与好坏，不同材料的搭配与组合也同样影响着起重机的制造与应用，只有在最优组合的材料搭配下制造的起重机才能发挥其最大价值。起重机结构材料的选择，一般按照起重机的机构和结构的安全要求、载荷状态、经济合理、利用等级等因素来进行选择，另外还须考虑结合起重机的跨度、起重量和起重高度，根据起重机的特性具体分析，通过科学的研究和精确的计算后，再确定起重机制造最合适的材料。

2.3 起重机结构的设计及其重要性

在机械设计中，最核心、最重要的部分的就是机械的结构设计。机械的结构是其性能的基础，通过产品结构可以直接体现该产品的性能，而一个机械产品的使用性能是否能够达到使用者的要求，是一个产品设计成功与否的关键性因素，如果缺乏科学合理有效的结构设计，也就不可能使产品符合相关的性能要求；机械产品的制造主要面对的是产品的结构构造，为了使产品质量得以提高，在结构设计中通常都会对其结构进行计算、实验和分析，同时也是为了结构设计的质量；机械的结构设计贯穿在机械设计的整个过程，耗费的时间和精力也是最大的，并且在一定程度上可以决定设计的成败；在结构设计时往往还需考虑制造工艺、技术应用，所以结构设计是整个机械性能好坏的重要条件[2]。

3 起重机的动态性能优化设计

3.1 动态设计的重要性

动态优化设计作为一种新兴技术，涉及到的学科比较广泛，对起重机进行动态设计主要是为了准确预测机械的动态特性。目前起重机的结构设计大部分都是静态设计，静态设计的主要衡量指标是静强度和静刚性，尽可能地取最大的安全系数，来保证起重机结构的使用性能，但是这样的设计会致使机械自重大，过于笨重，同时耗费的材料也多，经济损失大，而且机械性能也未必能得以提高，所以应进行动态设计来优化机械的性能。通过动力学分析对系统进行模态分析和载荷的动力分析，把有关的约束条件和目标函数用相应的设计变量表示出来，对于一些难以表达的动态性能变量，采用相关的方法对数据通过建模分析，来进行动态设计。

3.2 动态性能优化设计的目的

起重机在各种工程建设，尤其是在现代化工业发展中最主要的施工机械。起重机在运行过程中，各种机构的频繁运行和制动，加上复杂的混合运动，使得起重机的结构承受着强烈的冲击和振动，导致起重机的衰减振动加速；衰减振动会影响到产品的工作效率、可操作性和舒适性，并导致部分结构的疲劳破坏[3]。在现代化工业建设中，对起重机结构起重量、高度、幅度等方面的要求越来越高，这就必然导致起重机结构的大型化，而大型机械受动载荷振动的影响大。虽然随着高强度钢材的应用，能够有效地减轻起重机结构的自重，但是未能达到机械结构本身应达到的稳定性和运作强度。对起重机进行动态特性的优化设计，可以使高性能机器在运作时降低其振动，在机械的设计阶段对其动态性进行预测，以便提前做好预防工作，避免机械的过度振动和共振强度，提高稳定性，降低机械的振动水平，提升整个机器的工作性能。

3.3 动态性能优化设计的方法与步骤

起重机结构的动态性能优化设计的处理方法主要包括“逆问题”与“正问题”两大类。“逆问题”指的通过反求产品结构的设计变量，对已经给定的结构动态特性进行分析；而“正问题”则是按照产品实际结构可变更的设计方案，对设计参数进行修改，并快速分析产品结构的动态特性参数。优化设计的步骤是，先建模、收集数据进行分析、选择优化参数、优化变量参数、再采用科学的优化方法进行优化分析，最后对结果进行处理。

4 结束语

起重机的设计与制造关键在于设计，尤其是在高性能、高效率的要求下对产品动态性能的设计要求也就越来越高，所以在进行产品设计时，为了提高产品的性能和稳定性，尤其要注重机械动态性能的优化。

参考文献

[1]徐磊.6吨船用起重机设计与分析[D].哈尔滨理工大学，2012.

[2]崔云强.组合式塔式起重机设计及制造[D].哈尔滨工业大学，2013.

[3]龙树.塔式起重机结构分析与优化[D].东北大学，2008.