我国起重机轻量化设计存在的困难及建议

赵会娟

起重机作为大型的搬运输送机器和工业安装设备被广泛用于各个领域，例如船用起重机和门市起重机的使用途径就大不相同，前者用于桥梁建筑，后者用于搬卸货物。起重机用途广泛使其实现轻量化十分必要，改进设计方法和设计理论，将起重机的重量减轻、尺寸减小，更好的符合现代社会的发展需求是起重机行业当前面临的任务。

1.起重机轻量化设计理念

传统的起重机设计理念主要考虑其安全系数是否达标，为了达到设计标准使得起重机自身体积重量过于庞大、耗费能量多，总体设计不合理。现今的起重机轻量化设计理念主要针对这些旧的体制进行改革，在起重机的各个组成部分和运行机构中进行改进，辅以新型的设计技术手段，综合实施起重机轻量化设计方案，达到世界先进化发展水平。

2.起重机轻量化设计中面临的困难

2.1机体自身体积、质量大

在十二五计划中对于起重机轻量化设计的标准是平均减轻自重的15%～20%。与别国相比，我国的起重机重量较先进起重机大约重20%～50%。国内的产品自重大，发达国家的大多数起重机都属于轻量化，因此，国内大多引进外来的起重机来满足发展的需要，这无疑就造成了中国经济的损失。在负重上减少不仅节约了原材料，也减轻了结构的负担和材料的造价，是从根本上解决起重机轻量化的关键问题之一。

2.2起重机设计的金属材料相关问题

我国对起重机金属材料的设计技术较差，在起重机中所用的金属材料质量占机身的40%～70%，所用成本约占其总体的30%，大型的起重机用量更大，因此金属的材质选取十分重要。我国主要采用的是以金属材料制成的钢板，并且为了提高安全性不断加大金属的使用量，而国外则采用较为结实轻便的低合金结构钢板，既实用又环保，从而解决了机身负重和使用效率问题。

2.3起重机组成和运行结构

我国目前起重机内部结构主要是桁架式和箱型结构，且至今的金属结构变化不大，传统的结构上主要偏重稳定，一般比较笨重。大部分起重机大小车运行结构采用的是电动机、减速器、制动器等多个部件相结合的驱动式，其体积和重量大、安装要求较高、易变形，造成了整体的运行效率差。

2.4政策的实施与监管

起重机导致伤人致命的事故每年都有发生，主要原因是由于使用不当，或者是在使用、运输、装卸中发生意外事故。国家制定关于起重机的相关管理制度在实行上存在问题，主要体现在起重机维修、保养监管制度和其在使用环节的安全评估不到位，各地对于起重机的检查、验收、使用上理解不一致，导致起重机的使用受到限制。并且对于新型起重机轻量化变革所引发的各种特殊性原因，使得人们对于新型产品存在不理解的现象，因此，由国家主导的政策普及就变得至关重要。

3.解决起重机轻量化设计存在的建议

3.1新型设计方法

3.1.1反求工程设计方法

反求设计主要是吸取世界各地的科技成果来进一步提高自身的技术水平，并整合成一系列技术方法并應用于国家建设中。主要通过对起重机轻量化先进产品进行分析和研究，了解其技术手段和工艺原理，分析其构造、性能和功能，评价所有有价值的方面并进行仿制和发展，取其精华，创造出新的技术方法。

3.1.2极限状态设计方法

传统的许用应力设计法缺点较多，而极限状态法是一种较为准确的计算方法，其主要分析金属的性能、荷载的性质和结构情况的影响，反映其安全度和稳定性，提高结构的实际工作效率，能更好的利用金属材料性能，节约能源、资源，更好的避免风险发生。

3.2轻量化设计的材料选用

设计轻量化起重机要采用高强度结构钢或者是轻合金，以减小自身重量，并节省材料。主要可以表现为用强度高的尼龙代替钢板或是铸铁，可以有效的减弱噪声的危害；用硅化陶瓷等代替滚动轴承，可以减小摩擦、减低能耗；用H型钢板代替板材，可以增强抗弯能力。合理选择适合的材料将有效的降低机体自重，提高起重机的工作效率。

3.3起重机的结构建议

3.3.1偏轨薄壁箱型结构的设计

小车是起重机的重要组成部件，对整体工作性能有极其重要的影响，同时也是轻量化设计的关键。在设计时采用的桥架结构选用偏轨箱型，主要的特点就是小车轨道直接设置在梁的主板中心线上，避免了小车车轮受挤压形成弯曲的现象，也可以减轻主梁自重。亦可以采用偏轨梁较大的宽度，将机电设备安装在梁的内部，减轻附加结构的自重。

3.3.2单梁和空腹箱结构

单梁起重机在近几年中有较为广泛的应用，其本身重量轻且耗电量较少，目前正向大型化转变发展。桁架结构可以有效的减小自重、节约成本、减轻载荷。目前，在大重量桥架中常采用空腹桁架结构，它是在钢板上分割出多窗口，与一般的桁架不同，其在桁架边上镶嵌板条框架或是型钢来提高整体的强度和韧性，并且刚性较好，其在工程中运用也较为广泛，工作效率高。

3.3.3采用地面遥控方式

取消司机室，实行在地面操控，此法可以减轻机体自重，也可以简化电气系统的总质量，综合提高整体的运行效率。其必须安装司机室时可以使用轻质铝合金板材。

3.4轻量化运行机构设计

3.4.1起升机构的设计

传统的起升机构是由电动机、制动机、减速机等多个部件组合成的驱动方式，不利于工程实施。小吨位桥式与门式起重机等常采用电动葫芦起升机构，其结构组成独立成套，便于规模化管理生产，具有体积小、自重轻、安装方便等特点。欧式起重机一般采用三支点支撑安装形式，其对减速机的箱体要求是要有足够的强度。起升机构各有千秋，要选择适合工程的具体实施机构来更好的完成项目。

3.4.2轴承座的设计

目前使用最普遍的类型是带有角型轴承箱的车轮组，但其构造较为复杂且加工量大、安装精度低，结构高度高。为了改善其车轮的安装精度，可以减少车轮组的质量，直接在车架上镗孔改装车轮方式，使得传送轴与车轮无键锥面联接。

3.4.3使用高速电机和硬齿面减速器

各个机构采用高速旋转的电动机，高效运转的电动机可以减小总体的动力装置总质量，并且可以节省机身空间。选用硬齿面的减速器来实现机体更快更好的制动性能。

结束语

我国的起重机轻量化技术发展日益完善，不断进步。轻量化技术的应用可以有效的减轻机身自重、提高产品性能、提高企业收益，对于实现技术的再创新和社会进步具有重大意义。衡量一个国家的发展水平，主要是衡量国家的技术经济水平，好的技术设计是社会发展的关键。树立正确的轻量化设计理念，吸取外来知识，积累知识经验，在逐步求精的过程中完善适合我国发展的先进设计手段。同时政府要提升对此研发技术的重视程度，促进其不断发展进步，开辟其设计实施的途径，更好的实现社会主义建设。

（作者单位：株洲天桥起重机股份有限公司）