韩哲
华电郑州机械设计研究院有限公司 河南郑州 450000
摘要：近几年来，在国家大力倡导节能减排、绿色环保理念的号召下，为了符合时代的发展，起重机也开始向轻量化发展，基于此，桥、门式起重机作为使用量最大的起重设备，对其进行轻量化、智能化设计不仅能够有效的与绿色理念相结合，同时也是时代发展下的必然趋势。文章就轻量化设计相关技术予以分析，并对桥式和门式起重机不同结构的轻量化设计展开深入探讨．
关键词：桥式起重机；门式起重机；轻量化设计；关键要素
1、桥式起重机与门式起重机轻量化设计的意义
起重机的轻量化设计是为了满足社会发展的需要，这些年来起重机在结构设计方面取得了很大的进展，促进了整个市场的发展，也刺激了国内外对起重机的需求。而正是因为如此，对于起重机的技术研究和设计优化也日益重视，尤其在起重机的轻量化设计方面，国家出台了相关政策给予支持。但是，现阶段我国自主研发的起重机和国外发达国家研发的起重机相比还是存在一定的距离，主要原因在于我国起重机的自重力较大，几乎是其他国家起重机重量的1.5~2倍。所以开展起重机轻量化设计研究是必然趋势，只有结构得到优化了才能提高市场竞争力。此外，随着环保节能意识的强化，为了提高资源的利用率、降低环境污染，开展起重机轻量化设计也势在必行。这是因为起重机是金属结构，金属的重量占整个起重机重量的一半，甚至有的大型起重机大部分都是金属制造的在，为此制造起重机对金属的需求量极大，如果可以实现金属结构的轻量化设计就可以大大减少对金属的需求量，同时可以有效降低制造成本，实现资源的最优化配置以及用最低的成本制造出性能优良的起重机。
2、轻量化小车设计
在起重设备构造中，小车结构的设计与优化直接关系起重机成本及整体性能，因而在进行轻量化设计时，应当对其起重小车进行优化。而且经实际比对，相同级别的不同起重机产品在小车质量上有极大差距，这更加凸显轻量化设计的重要性。
2.1吊钩设计
在实际应用中，小车吊钩的材质有多种选择，而且在质量及强度等级上有明显差距，通过选用更为先进的合金材料，可在较低质量下达到小车强度要求，进而实现小车的轻量化设计。
2.2滑轮设计
现阶段，起重机滑轮主要有三种制造方式：高温压模、焊接与制造。通过比对不同类型滑轮，可对滑轮轻量化设计提供有效参考，其中：灰铸铁材质的韧性及强度较差，较易发生断裂的情况；球墨铸铁性能有所提升，然而对工艺要求较高，且对钢丝绳有较大磨损；焊接滑轮尽管在强度及塑性上有优势，然而质量合格率低。同时，上述滑轮在质量上均不占优势，而铸型尼龙滑轮，作为更为先进的工程塑料，较好的满足滑轮对质量及性能的需求，能够减轻滑轮自重80%，延长滑轮的使用寿命，在轻量化设计中应多加注意。
2.3起升机构设计
在起重机构造中，由于起升机构构成较为复杂，常规的设计方法为组合式，构成以电动机驱动的整体起升机构，但在重量及体积上并不占优。在实际设计中，要结合起重机的吨位，对其起升机构采取不同的优化设计。电动葫芦式起升机构，因其体积及质量更小，适用于吨位较小的起重设备，而且能够以独立模块进行批量制造。同时，在较大吨位起重机设计中，对于起升机构不仅要考虑结构尺寸、整体质量、使用寿命，还要提高起升机构使用性能，不应出现钢丝绳乱绳问题。
2.4小车架设计
在常规设计中，小车架主要是以焊接方式构造的刚性框架，不具备质量优势，对焊接质量要求高，在使用中还易出现小车架扭摆、啃轨、磨损等状况，由于设计局限性，小车架整体空间利用较低，整体尺寸及质量较大，并不符合轻量化设计要求。因而，可对其构造进
行优化，采用更加简约的Ｈ型三梁结构，可有效减重1/4，且相较于常规车架，其制造精度有所降低，可实现模块化制造，且有效避免三点着地、小车啃轨等问题。
3、轻量化运行机构设计
在桥式起重机与门式起重机轻量化设计过程中，轻量化的运行机构设计也是关键的要素之一；即其实际的构成是由车轮、三合一驱动方式、轴承座构成的。在我国现阶段的起重机大小车运行机构的组成中，其多数采用电动机、制动器、减速器、车轮等几个部件相应组合形成的驱动框架，也使得其在实际运行的过程中，小车架或门架的变形会直接影响其实际的工作效率。因此，在现实的运行机构的设计中，应按照我国起重设备实际运用的环境和工程量的有效分析和掌握中，将其运行机构进行构建的体积减小、质量减轻的过程中，同时通过高效驱动方式的装配，使其受车架变形的影响和作用减小、体积的减小及承载能力和使用寿命的提升。
4、轻量化结构设计
在实际的起重机结构的组成分布中，其金属结构就占据了整机成本的1/3，质量的40%~70%，而大型起重机高达百分之九十以上的数据，也使起重机结构轻量化的设计提上对应研究的章程之中。而起重机的结构通常是由材料、小车轨道及纵向筋、结构形式、主梁截面参数构建的。而相关的组成也在现代社会的发展中，有了相对应的功能结构的转换和设计创新，如：在我国传统的桥式起重机与门式起重机设计中，其小车轨道大多采用“工字型”的P型钢轨进行压板式固定，而这样的固定方式也会造成轨道与主梁盖板之间的贴合不够严密，出现相应滑移等现象。针对相关的问题，对实际的结构形式进行薄壁型材和异型钢的采用。也能从侧面降低结构拼接之间的焊缝数量；提升其抗疲劳的性能。而目前，我国对桥式起重机与门式起重机轻量化结构设计已经实践出全偏轨的主梁布置，使其能进行
更好的传递受力的过程中，满足局部稳定性、安全性的需要。同时减少着材料成本的投入和机构的负荷及承载结构的造价。
5、其他轻量化设计内容
除上述结构外，在起重机轻量化设计中，还需考虑如下内容：首先是设备参数的合理匹配，若部分起重机械的使用频率并不高，应设置相对较低的起重速度，进而达到控制动载系数的作用，延长起重机寿命。要结合起重机的实际性能要求，对其工作参数予以合理调整，
使其成本、零部件通用化水平、运行功效等有所优化。其次要改善起重机的控制及操作方式，对其调速系统应当采取更加节能且调速性能优异的变频控制方式，其设计优势在于：可使起重机运行更加平稳，整体载荷水平显著降低，有益于轻量化设计的开展；可根据起重机荷载情况，合理调整运行速度，不需在进行副钩的设计，降低车体载重；具有超基频调速功能，可使其承载能力显著增长；变频调速控制箱体因免去许多无用构造，具有更小的尺寸及质量。最后对于走台及司机室结构，可视情况省去走台构造，而对于司机室的设计，要从视野、自重、安全性、人性化等方面考虑。
结语
综上所述，桥式起重机和门式起重机作为使用最为广泛的两种起重设备，进行轻量化设计不仅可以减少对资源的使用，实现对资源的最合理配置，而且还能节约成本、降低对环境的污染，确保起重机械在使用中的安全可靠性。但是轻量化设计是一项系统性的工作，必须
从系统的角度进行认识研究，为此需要各个部门互相协调与合作，和厂家沟通，才能实现科学合理的起重机轻量化设计，制造出新型的性能优良的轻量化起重机，推动节能低碳型经济社会的发展。
参考文献
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