通用橋式起重機(jī)模塊化設(shè)計(jì)探討

許國(guó)坤

【摘? 要】隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的全球化，我國(guó)的起重機(jī)械制造業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。為了提高國(guó)產(chǎn)起重機(jī)械的技術(shù)含量，贏得國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)，本文以功能分析為基礎(chǔ)，采用模塊化設(shè)計(jì)理論的方法，對(duì)橋式起重機(jī)進(jìn)行新的設(shè)計(jì)，使其能夠更快、更好地符合市場(chǎng)需求。本文在前人研究的基礎(chǔ)上提出了概念模塊及其結(jié)構(gòu)解和參數(shù)解的概念。通過(guò)這些概念進(jìn)一步闡述了橫系列模塊化、縱系列模塊化以及跨系列模塊化和全系列模塊化的實(shí)質(zhì)。并用這些概念和方法實(shí)現(xiàn)了橋式起重機(jī)基型模塊的縱橫擴(kuò)展，建立了全系列模塊矩陣。

【關(guān)鍵詞】通用橋式起重機(jī);模塊化設(shè)計(jì)

一、起重機(jī)模塊化設(shè)計(jì)概述

模塊化設(shè)計(jì)是指在對(duì)一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過(guò)模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法。就起重機(jī)而言，模塊化設(shè)計(jì)就是將起重機(jī)上功能基本相同的構(gòu)件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標(biāo)準(zhǔn)模塊，通過(guò)不同模塊的相互組合，形成不同類(lèi)型和規(guī)格的起重機(jī)。對(duì)起重機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，只需針對(duì)某幾個(gè)模塊。設(shè)計(jì)新型起重機(jī)，只需選用不同模塊重新進(jìn)行組合。模塊化設(shè)計(jì)可使單件小批量生產(chǎn)的起重機(jī)轉(zhuǎn)換成具有相當(dāng)批量的模塊生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)組織也可由產(chǎn)品管理變?yōu)槟K管理。模塊化制造能夠改善整機(jī)性能，降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格的零部件組成多品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品，充分滿足用戶需求。

二、QD型通用橋式起重機(jī)的主要部件現(xiàn)狀分析

（以QD5～50/10t為例進(jìn)行分析）

QD型通用橋式起重機(jī)是我國(guó)生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，目前在市場(chǎng)上需求量比較大的一種機(jī)型。QD型通用橋式起重機(jī)主要由橋架、大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車(chē)、電氣控制四部分組成。

1、橋架

橋架主要由主梁、端梁、走臺(tái)、梯子、欄桿、平臺(tái)、電纜滑架等組成。

（1）、主梁：采用箱型結(jié)構(gòu)，其橫截面的大小、蓋板的厚度隨著噸位、跨度的變化而變化。腹板的厚度為6mm，高度則隨著噸位、跨度的增加而增高，變化范圍為：6×600mm（QD5t×10.5m）～6×1700mm（QD50t×31.5m）。上、下蓋板的厚度及寬度隨著噸位、跨度的增加而變化，變化范圍為：6×300mm（QD5t×10.5m）～24×650mm（QD50t×31.5m）。由上述參數(shù)可以看出，鋼板的規(guī)格較多。

（2）、端梁：采用箱型結(jié)構(gòu)，其橫截面的大小、蓋板的厚度隨著噸位、跨度的變化而變化。腹板的厚度、高度隨著噸位、跨度的增加而變化，變化范圍為：6×588mm（QD5t×10.5m）～8×760mm（QD50t×31.5m）。上、下蓋板的厚度及寬度隨著噸位、跨度的增加而變化，變化范圍為：6×460mm（QD5t×10.5m）～20×600mm（QD50t×31.5m）。由上述參數(shù)可以看出，鋼板的規(guī)格較多。

2、大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)

大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要由車(chē)輪組、齒輪聯(lián)軸器、浮動(dòng)軸、電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器組成。

（1）、車(chē)輪組：車(chē)輪組的規(guī)格隨著噸位、跨度的增加而變化，共有四種規(guī)格，分別是：∮500、∮630、∮710、∮800。

（2）、齒輪聯(lián)軸器：CL4～CL7;CLZ2～CLZ3，其間有多種規(guī)格。

3、小車(chē)

（1）、車(chē)輪組：車(chē)輪組的規(guī)格隨著噸位的增加而變化，共有四種規(guī)格，分別是：∮250（QD5t）、∮315（QD10t、QD20t）、∮400（QD32t）、∮500（QD50t）。

（2）、齒輪聯(lián)軸器：CL1～CL2;CLZ2～CLZ5，其間有多種規(guī)格。

（3）、固定滑輪組：滑輪的規(guī)格隨著噸位的增加而變化，共有五種規(guī)格，分別是：∮250（QD5t）、∮400（QD10t）、∮500（QD16t、QD20t）、∮630（QD32t）、∮710（QD50t）。

（4）、卷筒組：卷筒組共有七種規(guī)格，分別是：∮315×1000、∮315×1500、∮400×1000、∮400×1500、∮500×1500、∮630×2000、∮800×2000。

綜上所述，QD5～50/10t通用橋式起重機(jī)部件規(guī)格較多，尤以車(chē)輪組、齒輪聯(lián)軸器的規(guī)格多，分別見(jiàn)表一、表二。

根據(jù)上述資料可以看出，QD型通用橋式起重機(jī)的主梁、端梁在設(shè)計(jì)時(shí)未過(guò)多考慮原料鋼板的幅寬，規(guī)格較多，造成材料利用率較低。QD型通用橋式起重機(jī)部件種類(lèi)多，互換性差，不能形成批量生產(chǎn)，制造成本高，制造周期長(zhǎng)。特別是對(duì)于非標(biāo)設(shè)計(jì)，往往要從基礎(chǔ)工作開(kāi)始，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。

三、通用橋式起重機(jī)模塊化設(shè)計(jì)方案探討

模塊化設(shè)計(jì)的原則，以少量的模塊組成盡可能多的產(chǎn)品，并在滿足要求的基礎(chǔ)上力求產(chǎn)品精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，模塊間的聯(lián)系盡可能簡(jiǎn)單。同時(shí)，注重模塊的系列化，用較少的模塊規(guī)格來(lái)最大限度地組合成較多產(chǎn)品。對(duì)于QD型通用橋式起重機(jī)，可以從以下幾方面進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)：

1、橋架

主梁采用全偏軌或半偏軌結(jié)構(gòu)，端梁優(yōu)先采用方管制作，當(dāng)沒(méi)有合適的方管時(shí)再采用鋼板焊接。

主梁、端梁橫截面參數(shù)的設(shè)計(jì)結(jié)合鋼板幅寬（市場(chǎng)上1500mm幅寬的鋼板較多，采購(gòu)容易）來(lái)進(jìn)行，腹板的高度，上、下蓋板的寬度采用能夠提高材料利用率的尺寸，盡量減少規(guī)格品種。

端梁采用整體端梁或者組合式端梁結(jié)構(gòu)，即噸位、跨度較小時(shí)，用整體端梁（單件模塊端梁）。當(dāng)噸位、跨度較大時(shí)，用組合式端梁，即由兩件模塊端梁組成，兩件模塊端梁間用平衡梁連接。采用模塊化設(shè)計(jì)后，當(dāng)噸位、跨度較大時(shí)，大車(chē)輪總數(shù)由原來(lái)的4件增加至8件，輪壓大幅減小，這有利于減少?gòu)S房的投資。

2、大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)

大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用“三合一”驅(qū)動(dòng)裝置，省去制動(dòng)器、聯(lián)軸器、浮動(dòng)軸等部件，減少了部件種類(lèi)。同時(shí)，采用變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行平穩(wěn)。當(dāng)噸位、跨度較小時(shí)采用二驅(qū)動(dòng);當(dāng)噸位、跨度較大時(shí)，采用四驅(qū)動(dòng)，這樣就能夠減少驅(qū)動(dòng)裝置的種類(lèi)。

3、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)

小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用“三合一”驅(qū)動(dòng)裝置，并與大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu) “三合一”驅(qū)動(dòng)裝置互換（共用）。

4、車(chē)輪組

車(chē)輪組可以設(shè)計(jì)為∮160、∮250、∮315、∮400、∮500共五種規(guī)格，并且大車(chē)車(chē)輪組與小車(chē)車(chē)輪組互換（共用）。

5、起升機(jī)構(gòu)

根據(jù)使用工況，起升機(jī)構(gòu)分單制動(dòng)及雙制動(dòng)兩種結(jié)構(gòu)，單制動(dòng)形式采用“三合一”驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，雙制動(dòng)形式除采用“三合一”驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)外，在減速器的高速軸上再增加一套獨(dú)立的制動(dòng)器。采用“三合一”驅(qū)動(dòng)裝置，省去制動(dòng)器、聯(lián)軸器、浮動(dòng)軸等部件，減少了部件種類(lèi)。

四、結(jié)語(yǔ)

模塊化設(shè)計(jì)是比較先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念。通用橋式起重機(jī)部件種類(lèi)多，互換性差，不能夠形成批量生產(chǎn)，制造成本高，制造周期長(zhǎng)。采用模塊化設(shè)計(jì)后，能夠有效減少部件種類(lèi)，同時(shí)增加部件互換性，實(shí)現(xiàn)部件的批量生產(chǎn)，有效縮短制造周期，降低制造成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T3811-2008 《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》

[2]《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 中國(guó)鐵道出版社 張質(zhì)文 虞和謙 王金諾 包起帆 主編

（作者單位：云南煤業(yè)能源股份有限公司? 技術(shù)中心）