轻量化桥式起重机与工业厂房造价影响关系研究

摘 要：桥式起重机主要用于车间、仓库等地的货物运输，轻量化桥式起重机可以推广其应用，现在是是起重机未来发展的方向，而其与工业厂房造价有着紧密的联系，本文主要就轻量化方法进行探讨，针对其对工业厂房的造价影响进行分析。

关键词：桥式起重机;轻量化;工业厂房造价

1  研究背景

随着科技的发展，为了适应市场，提高企业的竞争力，新的设备的研究是必不可少的，虽然我国在起重机方面的研究起步不算早，但是这些年得益于先进的技术方法，其对起重机的设计正高速发展，传统的起重机体型较大，能耗大，而现在取而代之的新型轻量化起重机性能好、结构更加轻便。而其中起重机的自重、高度等一系列参数都会对厂房的设计造成影响，从而对其造价产生影响，为了对厂房的设计进行优化，提升企业的效益，下文主要介绍了轻量化起重机的方法及其外形尺寸、载荷和功率对厂房设计及造价的影响。

2  轻量化起重机

桥式起重机主要用于运输货物，起重机和起重系统提供了多种好处，例如用于负载移动的高起重能力以及易于通过手动或电子方式进行控制。许多行业在其仓库、装配生产线、运输行业以及存储协议期间使用起重机，而且其操作简便，工作更加高效。

但是传统的起重机较为笨重，体积大质量大且能耗高，结构弊端多，资源浪费情况严重。起重机本身金属重量占总重量的一半以上，巨型起重机金属重量所占比例更甚。因此起重机行业虽然每年30%以上的高速增长，但也消耗了大量的钢材，所以需要对其进行轻量化设计。对其进行轻量化设计不仅是从企业本身效益进行考虑，更是从资源节约角度出发，可以有效节约资源，保护环境。

2.1桥式起重机的模块化设计

模块化设计最初由德国提出，后相继被各行业借鉴，在起重机设计中也有很大的作用，主要目的是以最小的成本，满足市场的需求。

模块化设计的关键技术在于对模型的阐述以及对模块的划分。运用的理论主要是公里设计和对象建模理论，将其应用到设计中，针对顾客需求、功能、结构以及过程进行设计。

模块划分需要注意的主要有以下几点：（1）模块划分原则，即用尽量少的基本单元构成尽量多的产品，由于顾客的需求不同，设计时所考虑的功能、应用也不同，所以并没有统一的划分原则;（2）模块化设计划分的角度。主要是根据客户的需求，设计结构尽量简单，尽量保证低成本、性能良好;（3）模块划分的聚类方法。聚类方法有两种，一种是定型的计算，不涉及数据，第二种是定量计算，针对数据进行计算，需要根据设计的难度进行选择，太复杂的产品设计并不适合用定量计算，计算量过大。

现在模块化设计仍存在一些不足，首先是产品创造性设计能力较差，不能真正实现模块化结构，其次是智能功能差，对用户的专业知识水平和经验要求较高，然后是对环境的适应能力较差，所以需要结合相关技术，例如人工智能和专家系统，对其展开进一步的研究设计。

2.2结构优化法和轻量化设计

结构优化法主要有三种：拓扑优化、形状优化和尺寸优化。拓扑优化针对起重机的原理和技术进行优化;形状优化是根据客户需求对起重机的基础设计进行优化。

桥式起重机的轻量化设计主要集中在对桥架、小车和吊钩模块中进行。

2.2.1轻量化运行结构设计

主要包括车轮以及三合一驱动的设计。

车轮的材料的不同对车轮承载能力会有较大的影响，所以需要选择强度较高的材料，同样的质量，使用强度更高的材料的车轮可以承重更多，所以相同承重下，增加材料的强度，可以减轻车轮的质量;三合一驱动设计即将电动机、制动机、减速机合并组合，可以参考欧式起重机运行结构，紧凑的运行结构有利于减轻起重机的质量和体积，且操作（包括安装和调试等）简便，优化之后不易受车架变形影响，有利于延长使用寿命。

2.3.2轻量化结构设计

起重机的金属结构较多，占比很重，有的起重机甚至百分之九十以上都是金属结构，所以，其轻量化设计也包括对其金属结构进行优化改进，例如用薄壁型材料和异型钢材料代替传统材料在桥门式起重机小车轨道上的应用，不仅可以实现轻量化设计，还可以使得其结构连接更加紧密。

2.3.3其他轻量化设计措施

首先是从起重机的性能、成本、生产工艺等方面进行考虑，针对其参数进行合理配置，从而有效降低运行内耗，其次还可采用变频调速控制，改善操作方式，另外，采用遥控操作可以取消司机室，减少附属结构和电气系统的质量。

2.4相关建议

（1）设计过程中的计算设计方面多采用许用应力法，这种方法虽然简单，但是这种计算会消耗不必要的金属资源，系数不精确，建议使用极限设计法，得到的结果一般都能符合實际需求;

（2）很多工厂在起重机的材料方面一般采用的是高分子材料、轻合金等，但是钢材性能不一，为保证安全性能会造成不必要的资源浪费，建议采用轻合金和轻度较高的钢制材料，例如高强尼龙。

3  轻量化起重机对厂房造价的影响分析

工业厂房的建造涉及到的行业众多，包括水、电、气、弱电、通讯等多个领域，专业综合性强、要求高。而桥式起重机的外形尺寸主要影响工业厂房的剖面设计，轮压、刹车力等载荷影响厂房的承轨梁、立柱、基础、屋架等构件的设计，其功率决定了厂房的长期运营成本，下文主要针对这几个方面进行讨论分析。

3.1 轻量化起重机外形尺寸的影响

厂房的剖面设计包括确定厂房的高度，而桥式起重机的安装尺寸对于厂房高度的确定有重要影响，主要根据其所需净高度进行设计。

轻量化起重机的设计包括对起重机的体型的设计，例如上文中提高的三合一结构，可以有效减小起重机的体积，从而降低其净高度，影响厂房的设计高度，节约建筑成本。

3.2轻量化起重机载荷的影响

厂房载荷也是设计中的重要一环，也是承轨梁、柱、基础等构件的选型、尺寸设计依据。

其中，起重机载荷是主要活载之一，主要受轮压值、桥机自重和额定起重量影响。额定起重量根据工厂生产工艺确定，起重机的轮压值及其质量是影响厂房设计的主要原因。起重机轮压会影响厂房结构的安全稳定性，轮压越大，厂房结构设计就越复杂，所需材料就更多。一般实际轮压比计算出来的理论值要小一些，但是在进行厂房设计时是根据理论值进行设计的，可能会导致厂房造价高出所需值，针对此问题，可以与生产工艺设计师进行沟通，再进行进一步的设计，或者直接对起重机工作情况进行改善，例如优化起吊工艺，减小其理论最大轮压值。

3.3轻量化起重机功率的影响

厂房造价也包括运营成本，运营成本包括用电量、用水量等，起重机的用电量、用电时间就包含在其中，而起重机功率大小决定了起重机工作的能耗，其能耗影响着厂房的运营成本，所以起重机功率对运营成本有很大的影响，使用合适的起重机可以降低能耗，有的工厂选择使用进口的起重机，用电量更低，虽然价格贵，但是节能效果甚佳，同时国产起重机还需进行进一步的研究。

4  小结

起重机的轻量化设计不仅可以适应市场需求的变化，推动其发展，还可以节约资源，有效实现资源的合理配置，同时节约关于厂房建设的成本，但有关于其轻量化设计是一项系统性的工作，需要各部门共同讨论设计，才能实现科学的设计，达到原本的设计目的，希望能在以后有更多的性能优良的轻量化起重机被设计出来，推动行业的发展。

参考文献：

[1]李艳， 向东， 王君英. 轻量化桥式起重机与工业厂房造价影响关系研究[J]. 起重运输机械， 2017， 000（006）：1-5.

[2]陈宝元. 试论桥式起重机和厂房结构设计的关系[J]. 机械工厂设计， 1982（03）：48-51.

作者简介：

帖红霞（1986.05—），女，汉族，山西，本科，中级工程师，研究方向：机电制造。