中小吨位桥式起重机小车系列化设计

李 辉，李鹏举，任师道

(山东丰汇设备技术有限公司，山东 济南 250200）

1 引 言

桥式起重机（以下简称桥机）是横架于车间、仓库和料场上进行物料吊运的起重设备，是使用范围最广、数量最多的一种工程建设机械。桥机由桥架结构、大车运行机构、起重小车和电控系统等部件组成，其中起重小车是重要组成部分，是整机设计的难点，它由主起升机构、副起升机构、起重小车运行机构和车架等组成，传统起重小车构造复杂，零部件多，自重大。据统计，中小吨位桥机中，传统起重小车自重约是额定起重量的23%～33%，吨位越小所占比例越大。桥架结构设计时，起重小车自重应考虑在内，通常计入额定起重量中，从而导致桥架结构笨重，严重影响整机性能。

为提高整机性能，珍惜资源、节约能源，走绿色高效的发展道路，对桥机起重小车进行系列化和模块化设计，采用简单的构造，利用较少的零部件，达到轻量化、模块化和系列化的目标。

2 起重小车现状

目前的桥机，桥架构造形式统一，运行车轮组模块化较好，而起重小车的构造复杂，起升机构绕绳方法多种多样，零部件较多，通用性不强。传统起重小车的设计较复杂，其构造简图如图1所示。

图1 传统起重小车的构造形式

传统起重小车的复杂性主要体现在以下几个方面。

1）车架复杂，板材厚度种类多，形状尺寸多，数量多，下料、组合和焊接工作量大。

2）制造工艺性差，配合端面多，加工端面多，加工量大。

3）零部件多，装配工序多，采购、检验和装配任务量大。

4）单车定制，一台一个样，不利于模块化设计及批量生产。

单车定制式桥机构造类型较多，参数不同，各台设计因人而异，成本不宜控制，综合竞争力不强。为提高竞争力，应根据市场需求，应统一桥机类型，做好系列规划，用较少的零部件组合成较多的产品。

3 系列化设计

中小吨位桥机的设计关键在起重小车上，为适应“制造简便、节能高效、经济性好、成本领先、兼顾性能、追求品质”的要求，尽量使起重小车构造简单，扩展性强，通过好的设计引领客户。

设计来源于市场需求，各行业对桥机性能的要求差别较大。首先要做好行业定位，对应的是产品定型，定型后桥机的构造类型、布置形式不宜大变，以便于桥机的系列化和标准化生产，降本增效。其次是桥机参数的确定，起重量、起升速度、起升高度、极限尺寸等基本参数对应落实，完成图纸的统筹设计、精细设计，便于批量生产。

设计上要追求安全、可靠，力求简单，受力明确，传力直接。在预定目标下，选择最简单、方便和经济的手段，避免投入过剩；在规范要求下，用最小、最少的零部件组合成多种产品，以满足性能需求。

3.1 设计分析

方案尽量简单，简单就是追求构造、设计、制作、检验、安拆和维护的简单。构造形式不同影响桥机的基本尺寸、极限尺寸、制造工艺性和成本造价，应选择合适的构造形式。性能参数由市场需求确定，不同构造或者配置均能实现相同的搬运能力。

1）滑轮组倍率选择 桥机起升机构通常为双联绕绳，按照吨位大小，滑轮组一般选2～6倍率，小吨位选小倍率，大吨位选大倍率。传统起重小车起升机构的滑轮组倍率如图2所示。

图2 各种滑轮组倍率

2倍率多用于20t及以下桥机，4倍率用于32t、50t桥机，5、6倍率用于50t及以上桥机。

2）滑轮组布置 根据滑轮组布置位置的不同，滑轮组分为定滑轮组上置、内藏和下挂三种形式。如图3所示。

图3 滑轮组布置形式

上置式滑轮组静起升高度大，滑轮组易检修，但占用起升机构布置空间；内藏式滑轮组滑轮检修不便，但节省布置空间；下挂式滑轮组构造简单，不影响起升机构布置，但静起升高度较小。

3）车架联接型式 根据起重小车主梁、端梁的连接形式不同，车架分为上下搭接、阶形搭接、焊接对接、凸台螺栓对接（键槽螺栓对接）、摩擦环螺栓对接和剪切环螺栓对接等形式。如图4所示。

上下搭接和阶梯搭接的总体高度较大；焊接对接易变形，不利于运输；螺栓对接方式总体高度较小，但工艺要求高。

图4 车架联接型式

3.2 方案与倍率

起重小车主梁和端梁上下搭接，主起升机构的定滑轮组布置在车架主梁内部，吊点分开，有利于减小主梁的受力，起重小车整体高度低，主梁和端梁可拆分，制作工艺性好。车架构造和联接型式，起重小车运行机构的布置如图5所示。主副起升机构尽量采用可通用的卷扬机，分别固定在车架主梁的两侧。

图5 车架与起重小车运行机构

车架主梁内不同数量的定滑轮对应了不同吨位的起重小车，各吨位起重小车倍率的选择如图6所示。

3.3 性能参数

根据上述方案和倍率进行起重小车的参数化计算和系列化设计，其性能参数及其配置如表1所示。

由表1可知，在起重小车零件配置中，钢丝绳有2种、滑轮有2种、电机有4种、车轮有3种，相对传统起重小车，其零件种类较少。

图6 滑轮组倍率的系列化

表1 系列化起重小车性能参数和配置表

3.4 起重小车实例

下面给出20t、32t和50t起重小车的布置方式和构造形式，三视图及其主、副起升机构的绕绳方法如图7、图8和图9所示。

3.5 扩展设计

图7 20t起重小车

图8 32t起重小车

图9 50t起重小车

根据需求可进行扩展设计，满足其它驱动卷绕方式的需要，如减速机外挂式起升机构、内藏行星减速机式起升机构等，如图10所示。

在该起重小车方案下，不改变构造类型，选择更大的零件，能够实现多种起升速度或起升高度系列产品。

4 结 语

图10 起重小车扩展设计

从节约高效、批量生产的角度看，进行桥机起重小车的模块化和系列化设计，便于生产和管理。从采购、检验、下料、组合、焊接、加工、装配、包装运输和安拆维修等整个流程统筹考虑，精简工作流程，尽可能减少每个环节的工作量。 O

[1] 张质文，王金诺，程文明，等．起重机设计手册(第二版）[M]．北京：中国铁道出版社，2013．

[2] 须 雷．起重机模块化设计[J]．起重运输机械，1990，(7)：3-7．

[3] 朱德康，邹 胜．起重机创新设计展望[J]．起重运输机械，2007，(2)：1-4．

[4] 李向东．浅谈起重机现代设计方法及其应用[J]．起重运输机械，2008，(2)：10-12．

[5] 程文明，李亚民，张则强．桥式起重机与门式起重机轻量化设计的关键要素[J]．中国工程机械学报，2012，(3)：41-49．

[6] 王松雷．我国起重机轻量化设计存在的困难及建议[J]．起重运输机械，2012，(8)：5-9．

[7] 帅 飞，徐国杰，陈 序．基于产品平台的桥式起重机快速设计研究[J]．起重运输机械，2013，(7）：8-10．