起重机轻量化及模块化优化设计论述

陈志斌　杨杰　段力群

摘要：文章通过对传统桥式及门式起重机进行优化设计的论述，实现轻量化和模块化，结构紧凑，外形尺寸小，采用了很多新型的技术设计，达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，为国内同类设备设计提供一些有益的资料。

关键词：起重机；轻量化；模块化；优化设计；起重设备 文献标识码：A

中图分类号：TH215 文章编号：1009-2374（2017）05-0045-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.021

1 概述

桥式起重机与门式起重机是使用量最大的起重设备，对其进行优化设计，实现轻量化和模块化，对节能降耗和推动绿色低碳经济具有重要意义。

KONE、DEMAG等传统起重机强企已是成熟技术，系列化、标准化、模块化。国外主要生产厂家有KONE、SWF、DEMAG、法兰泰克、韩国半岛。国内一些厂家已经开始生产，经轻量化设计后的产品可替代一些进口起重机产品，市场前景好。

2 技术特点

用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。

2.1 起升机构优化设计

起升机构低净空设计。对于起升机构低净空设施需寻求新的布置形式，挖掘新的外购件供应商，对卷筒、定滑轮组（梁）进行标准化低净空设计，联系供应商进行减速器新型式的设计。

起升机构采用全新的布置形式，能够有效降低小车整体高度，结构紧凑，外形尺寸小，适应范围广，尤其是客户厂房顶部到轨道面较低的车间厂房，见图1：

2.2 轮组与端梁优化设计

采用轻量化设计的轮组，加工精度高，废品率低，装配维护方便，零部件可模块化。

根据轮压及运行速度对车轮进行轻型标准化设计，采用新型偏心轴承箱，进行新型加工及装配工艺研究。降低轮组及端梁部分重量及外形尺寸，标准化设计，减少设计及加工周期，降低成本。轮组直径系列（mm）有200、250、315、400、500、630、710以及與轮组配套的端梁，见图2。

3 国内外技术对比

以国内生产的额定起重量150t，起升高度20m桥式起重机的起重小车为例，与国外科尼公司设计进行对比。

3.1 外形尺寸对比

3.2 钢丝绳缠绕方式

钢丝绳缠绕方式对比结果：（1）考虑到所有动滑轮起升的同步，要采用一点吊形式，科尼的均衡滑轮数量会增加；（2）科尼采用了内侧入绳的方式，避免了入绳角增大的问题，因此只要卷筒允许，动滑轮可以尽量的往上升，增加了起升高度；（3）科尼采用内侧入绳，双联卷筒上的2根钢丝绳可以无限的接近，避免了中间保留200mm左右光面的问题。

3.3 卷筒

卷筒结构对比结果：（1）科尼钢丝绳的选型、入绳角和国家标注造成卷筒外形尺寸和重量都较小；（2）科尼轴承安装在卷筒内，可以直接将支撑座做小，降低卷筒高度；（3）排绳器可以允许入绳角增大；（4）科尼在卷筒内增加了一套行星齿轮减速，这样可以减小减速器的机座号，降低成本。

3.4 行走轮组

行走轮组对比结果：（1）科尼车轮数量多，单个车轮轮压小，车轮直径小，可降低整个台车横梁高度；（2）由轮组的装配形式可以看出，科尼车轮所用行走配件较少，易于安装拆卸，而且方便维护；（3）科尼轮距较小，这样可以减小端梁的横截面积，既降低了成本，又降低了小车高度，同时减小了左右极限距离；（4）车轮较小时，在运行速度相同的情况下，减速器的输出速度大，选型时，减速器机座号小，降低了外购件成本。

3.5 起升机构整体布置

布置形式对比结果：（1）科尼的小车形式充分利用了空间布置，有效地降低整个小车的高度；（2）科尼的整个小车通过螺栓连接，方便了运输，同时可以对台车梁和各个部件进行标准化设计，进行批量生产，满足不同轨距要求。

4 意义

经优化设计后的起重机与传统起重机相比有如下优点：（1）有效降低整机自重；（2）相应可减轻机构的负荷及降低承载基础结构的造价；（3）改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度。

5 结语

设计新型起重机只需选用不同模块重新进行组合，可使单件小批量生产的起重机改换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，企业的生产组织也可由产品管理变为模块管理，达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。

参考文献

[1] 起重机设计规范（GB/T 3811-2008）[S].

[2] 起重机械安全规程（GB 6067.1-2010）[S].

[3] 张质文，虞和谦，王金诺，等.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，1998.

作者简介：陈志斌（1984-），男，河北秦皇岛人，秦皇岛天业通联重工科技有限公司工程师，研究方向：起重机械。

（责任编辑：黄银芳）