輕量化橋式起重機(jī)與工業(yè)廠房造價(jià)影響關(guān)系研究

摘 要：橋式起重機(jī)主要用于車間、倉庫等地的貨物運(yùn)輸，輕量化橋式起重機(jī)可以推廣其應(yīng)用，現(xiàn)在是是起重機(jī)未來發(fā)展的方向，而其與工業(yè)廠房造價(jià)有著緊密的聯(lián)系，本文主要就輕量化方法進(jìn)行探討，針對其對工業(yè)廠房的造價(jià)影響進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī);輕量化;工業(yè)廠房造價(jià)

1 ?研究背景

隨著科技的發(fā)展，為了適應(yīng)市場，提高企業(yè)的競爭力，新的設(shè)備的研究是必不可少的，雖然我國在起重機(jī)方面的研究起步不算早，但是這些年得益于先進(jìn)的技術(shù)方法，其對起重機(jī)的設(shè)計(jì)正高速發(fā)展，傳統(tǒng)的起重機(jī)體型較大，能耗大，而現(xiàn)在取而代之的新型輕量化起重機(jī)性能好、結(jié)構(gòu)更加輕便。而其中起重機(jī)的自重、高度等一系列參數(shù)都會對廠房的設(shè)計(jì)造成影響，從而對其造價(jià)產(chǎn)生影響，為了對廠房的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，提升企業(yè)的效益，下文主要介紹了輕量化起重機(jī)的方法及其外形尺寸、載荷和功率對廠房設(shè)計(jì)及造價(jià)的影響。

2 ?輕量化起重機(jī)

橋式起重機(jī)主要用于運(yùn)輸貨物，起重機(jī)和起重系統(tǒng)提供了多種好處，例如用于負(fù)載移動的高起重能力以及易于通過手動或電子方式進(jìn)行控制。許多行業(yè)在其倉庫、裝配生產(chǎn)線、運(yùn)輸行業(yè)以及存儲協(xié)議期間使用起重機(jī)，而且其操作簡便，工作更加高效。

但是傳統(tǒng)的起重機(jī)較為笨重，體積大質(zhì)量大且能耗高，結(jié)構(gòu)弊端多，資源浪費(fèi)情況嚴(yán)重。起重機(jī)本身金屬重量占總重量的一半以上，巨型起重機(jī)金屬重量所占比例更甚。因此起重機(jī)行業(yè)雖然每年30%以上的高速增長，但也消耗了大量的鋼材，所以需要對其進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。對其進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)不僅是從企業(yè)本身效益進(jìn)行考慮，更是從資源節(jié)約角度出發(fā)，可以有效節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境。

2.1橋式起重機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)最初由德國提出，后相繼被各行業(yè)借鑒，在起重機(jī)設(shè)計(jì)中也有很大的作用，主要目的是以最小的成本，滿足市場的需求。

模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)在于對模型的闡述以及對模塊的劃分。運(yùn)用的理論主要是公里設(shè)計(jì)和對象建模理論，將其應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，針對顧客需求、功能、結(jié)構(gòu)以及過程進(jìn)行設(shè)計(jì)。

模塊劃分需要注意的主要有以下幾點(diǎn)：（1）模塊劃分原則，即用盡量少的基本單元構(gòu)成盡量多的產(chǎn)品，由于顧客的需求不同，設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的功能、應(yīng)用也不同，所以并沒有統(tǒng)一的劃分原則;（2）模塊化設(shè)計(jì)劃分的角度。主要是根據(jù)客戶的需求，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)盡量簡單，盡量保證低成本、性能良好;（3）模塊劃分的聚類方法。聚類方法有兩種，一種是定型的計(jì)算，不涉及數(shù)據(jù)，第二種是定量計(jì)算，針對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，需要根據(jù)設(shè)計(jì)的難度進(jìn)行選擇，太復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)并不適合用定量計(jì)算，計(jì)算量過大。

現(xiàn)在模塊化設(shè)計(jì)仍存在一些不足，首先是產(chǎn)品創(chuàng)造性設(shè)計(jì)能力較差，不能真正實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)，其次是智能功能差，對用戶的專業(yè)知識水平和經(jīng)驗(yàn)要求較高，然后是對環(huán)境的適應(yīng)能力較差，所以需要結(jié)合相關(guān)技術(shù)，例如人工智能和專家系統(tǒng)，對其展開進(jìn)一步的研究設(shè)計(jì)。

2.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化法和輕量化設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)優(yōu)化法主要有三種：拓?fù)鋬?yōu)化、形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化。拓?fù)鋬?yōu)化針對起重機(jī)的原理和技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化;形狀優(yōu)化是根據(jù)客戶需求對起重機(jī)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

橋式起重機(jī)的輕量化設(shè)計(jì)主要集中在對橋架、小車和吊鉤模塊中進(jìn)行。

2.2.1輕量化運(yùn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主要包括車輪以及三合一驅(qū)動的設(shè)計(jì)。

車輪的材料的不同對車輪承載能力會有較大的影響，所以需要選擇強(qiáng)度較高的材料，同樣的質(zhì)量，使用強(qiáng)度更高的材料的車輪可以承重更多，所以相同承重下，增加材料的強(qiáng)度，可以減輕車輪的質(zhì)量;三合一驅(qū)動設(shè)計(jì)即將電動機(jī)、制動機(jī)、減速機(jī)合并組合，可以參考?xì)W式起重機(jī)運(yùn)行結(jié)構(gòu)，緊湊的運(yùn)行結(jié)構(gòu)有利于減輕起重機(jī)的質(zhì)量和體積，且操作（包括安裝和調(diào)試等）簡便，優(yōu)化之后不易受車架變形影響，有利于延長使用壽命。

2.3.2輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)較多，占比很重，有的起重機(jī)甚至百分之九十以上都是金屬結(jié)構(gòu)，所以，其輕量化設(shè)計(jì)也包括對其金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，例如用薄壁型材料和異型鋼材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料在橋門式起重機(jī)小車軌道上的應(yīng)用，不僅可以實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)，還可以使得其結(jié)構(gòu)連接更加緊密。

2.3.3其他輕量化設(shè)計(jì)措施

首先是從起重機(jī)的性能、成本、生產(chǎn)工藝等方面進(jìn)行考慮，針對其參數(shù)進(jìn)行合理配置，從而有效降低運(yùn)行內(nèi)耗，其次還可采用變頻調(diào)速控制，改善操作方式，另外，采用遙控操作可以取消司機(jī)室，減少附屬結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)的質(zhì)量。

2.4相關(guān)建議

（1）設(shè)計(jì)過程中的計(jì)算設(shè)計(jì)方面多采用許用應(yīng)力法，這種方法雖然簡單，但是這種計(jì)算會消耗不必要的金屬資源，系數(shù)不精確，建議使用極限設(shè)計(jì)法，得到的結(jié)果一般都能符合實(shí)際需求;

（2）很多工廠在起重機(jī)的材料方面一般采用的是高分子材料、輕合金等，但是鋼材性能不一，為保證安全性能會造成不必要的資源浪費(fèi)，建議采用輕合金和輕度較高的鋼制材料，例如高強(qiáng)尼龍。

3 ?輕量化起重機(jī)對廠房造價(jià)的影響分析

工業(yè)廠房的建造涉及到的行業(yè)眾多，包括水、電、氣、弱電、通訊等多個(gè)領(lǐng)域，專業(yè)綜合性強(qiáng)、要求高。而橋式起重機(jī)的外形尺寸主要影響工業(yè)廠房的剖面設(shè)計(jì)，輪壓、剎車力等載荷影響廠房的承軌梁、立柱、基礎(chǔ)、屋架等構(gòu)件的設(shè)計(jì)，其功率決定了廠房的長期運(yùn)營成本，下文主要針對這幾個(gè)方面進(jìn)行討論分析。

3.1 輕量化起重機(jī)外形尺寸的影響

廠房的剖面設(shè)計(jì)包括確定廠房的高度，而橋式起重機(jī)的安裝尺寸對于廠房高度的確定有重要影響，主要根據(jù)其所需凈高度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

輕量化起重機(jī)的設(shè)計(jì)包括對起重機(jī)的體型的設(shè)計(jì)，例如上文中提高的三合一結(jié)構(gòu)，可以有效減小起重機(jī)的體積，從而降低其凈高度，影響廠房的設(shè)計(jì)高度，節(jié)約建筑成本。

3.2輕量化起重機(jī)載荷的影響

廠房載荷也是設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)，也是承軌梁、柱、基礎(chǔ)等構(gòu)件的選型、尺寸設(shè)計(jì)依據(jù)。

其中，起重機(jī)載荷是主要活載之一，主要受輪壓值、橋機(jī)自重和額定起重量影響。額定起重量根據(jù)工廠生產(chǎn)工藝確定，起重機(jī)的輪壓值及其質(zhì)量是影響廠房設(shè)計(jì)的主要原因。起重機(jī)輪壓會影響廠房結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，輪壓越大，廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就越復(fù)雜，所需材料就更多。一般實(shí)際輪壓比計(jì)算出來的理論值要小一些，但是在進(jìn)行廠房設(shè)計(jì)時(shí)是根據(jù)理論值進(jìn)行設(shè)計(jì)的，可能會導(dǎo)致廠房造價(jià)高出所需值，針對此問題，可以與生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)師進(jìn)行溝通，再進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，或者直接對起重機(jī)工作情況進(jìn)行改善，例如優(yōu)化起吊工藝，減小其理論最大輪壓值。

3.3輕量化起重機(jī)功率的影響

廠房造價(jià)也包括運(yùn)營成本，運(yùn)營成本包括用電量、用水量等，起重機(jī)的用電量、用電時(shí)間就包含在其中，而起重機(jī)功率大小決定了起重機(jī)工作的能耗，其能耗影響著廠房的運(yùn)營成本，所以起重機(jī)功率對運(yùn)營成本有很大的影響，使用合適的起重機(jī)可以降低能耗，有的工廠選擇使用進(jìn)口的起重機(jī)，用電量更低，雖然價(jià)格貴，但是節(jié)能效果甚佳，同時(shí)國產(chǎn)起重機(jī)還需進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

4 ?小結(jié)

起重機(jī)的輕量化設(shè)計(jì)不僅可以適應(yīng)市場需求的變化，推動其發(fā)展，還可以節(jié)約資源，有效實(shí)現(xiàn)資源的合理配置，同時(shí)節(jié)約關(guān)于廠房建設(shè)的成本，但有關(guān)于其輕量化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，需要各部門共同討論設(shè)計(jì)，才能實(shí)現(xiàn)科學(xué)的設(shè)計(jì)，達(dá)到原本的設(shè)計(jì)目的，希望能在以后有更多的性能優(yōu)良的輕量化起重機(jī)被設(shè)計(jì)出來，推動行業(yè)的發(fā)展。

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作者簡介：

帖紅霞（1986.05—），女，漢族，山西，本科，中級工程師，研究方向：機(jī)電制造。