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摘要：随着我国科学技术的不断进步，对于起重机的设计也越来越轻量化。本文介绍新型通用桥式起重机结构组成及技术特点。特别涉及主副起升机构各部件的布置，大小车运行机构的选型和安装方式，小车架和桥机的结构设计及材料的改进，以期能够为类似设计提供参考。
关键词：新型轻量化桥式起重机；小车架；桥架
引言
随着我国经济的不断发展，起重机在工业安装以及物资的运输中起到了不可忽视的作用。现阶段我国拥有的起重机的设计以及制造水平正向世界水平逐步靠拢，然而由于一部分的历史原因，在起重机的设计方面我国承袭了前苏联的相关设计理念，从而致使起重机能耗高、自重及体积较大且安全系数裕量也较大。新型轻量化通用桥式起重机具有独特的设计理念，具有高度低、质量轻、轮压小等特点，可广泛应用于各类生产车间，降低车间结构的设计承载能力和建设高度。使用轻量化起重机不仅可以有效减少用户对厂房建筑的改造成本，而且可以节省起重机制造商的原材料投入。因此，开发该类产品的新结构，实现绿色制造模式在起重机制造业的运用势在必行。
1桥式起重机自重现状
起重机自重是判断其技术性能高低的一个指标。在起重机的发展过程中，起重机的起重重量越来越大，但与此同时，起重机的自重也越来越大。举例来说，三峡工作用到的1200t桥式起重机，它是由太重集团设计制造的，自重达1000t；大连重工设计制造的20000t桥式起重机，其自重便达到8000t。我们可以看出，这些起重机的自重惊人，这也便意味着它们的制造需要耗费大量的金属材料，造成巨大的材料使用成本。除了对材料的损耗，起重机自重过大对道路、厂房、码头等会造成一定的破坏，要想避免这种破坏，这便要求道路、厂房、码头等拥有极高的承载能力。综合以上可以看出，在起重机的设计过程中，除了考虑起重重量达到预期要求之外，还应尽量减轻起重机的自重。起重机的自重可以分为两类：结构重量和机构重量。结构重量通常占自重的40%-70%，巨型起重机甚至可以达到自重的90%以上。我国的起重机自重与国外等发达国家相比较而言，平均要比他们高20%-50%。因此在降低起重机自重上还有很大的提高空间。
2新型轻量化通用桥式起重机结构组成
新型轻量化桥式起重机一般采用双梁双轨单小车结构，由小车、桥架、大车运行机构、主吊钩吊具、副吊钩装置、司机室装置和电气设备等组成。小车采用电缆滑车供电。主梁为偏轨窄翼缘箱型梁结构形式，端梁分三段用双铰连接，在桥架的两角分别设有大车驱动车轮，驱动轮占总轮数1/4。电气设置在主梁外的平台上。（1）桥架。新型轻量化桥式起重机桥架由2根主梁、4根端梁、端梁铰及连接梁组成。桥架通过铰接式端梁使车轮之间的距离拉大，改善厂房集中受力状况，省去了大车运行机构的平衡架。每根主梁头部的两端都安装有车轮，每根主梁成为一个独立稳定的结构，在安装桥架时分别把带有车轮的主梁吊放在厂房的轨道上，用铰轴连起来即可，给桥架的安装带来了便利。（2）主副起升机构。新型轻量化桥式起重机主副起升机构采用单电机、单减速机、单制动器、单卷筒的布置形式。减速器的低速轴驱动一个双联卷筒，卷筒与减速器之间采用花键轴连接，电机壳体与减速机壳体采用法兰连接，电机轴与减速机轴连接采用梅花型联轴器。制动器采用电力液压轮（盘）式制动器。主副起升机构起升载荷直接作用在小车架两侧的端梁上，主副起升减速器前部悬臂式安装。上滑轮组安装在上滑轮梁内，上滑轮梁安装在小车架两根端梁上部。减速器悬空安装，同时减速器的箱体有足够的强度。（3）小车运行机构。新型轻量化桥式起重机轻量化小车运行机构采用“三合一”的驱动方式，即电动机、制动器和减速器合并组装成一个部件，“三合一”减速电机只通过一个固定铰支座与车架相连接，输出端采用锁紧套与车轮轴相联，安装调试十分方便，受车架变形影响也小。小车车轮为4个，1/2集中驱动。（4）大车运行机构。新型轻量化桥式起重机大车运行机构采用“三合一”的驱动方式，大车车轮为8个，1/4集中驱动。
3关键技术特点
3.1起升机构“四合一”结构形式
“四合一”为卷筒、减速机、制动器、电机合为一体，卷筒轴侧挂减速器，减速机高速轴为双出，一侧通过法兰套筒与电机连接，另一侧安装制动轮，而且制动器底座焊接于减速机壳体上。
3.2起升机构采用三支点支撑安装形式
起升载荷通过卷筒两端的轴承座直接作用在小车架两侧的端梁上，减速器悬臂安装在端梁的外侧，并通过头部支撑安装在端梁上。卷筒的下半部结构下沉到小车架内，电机外壳通过法兰固定在减速机外箱体上，制动器支座焊接在减速器箱体的另一侧，可有效降低卷筒中心高。同时，通过上滑轮梁安装在小车架两根端梁上部，可降低上滑轮梁的变形对小车架端梁的影响，小车架结构紧凑，质量减轻。
3.3小车架的设计
小车架主要由2根端梁、上滑轮梁和2根连接梁组成。2根端梁和2根连接梁通过焊接组成一个框架结构，上滑轮安装在小车架端梁上。这种布置方式的优点有：（1）上滑轮梁和端梁的受力情况可以简化为简支梁的受力情况，这种结构形式既保证了小车４轮在任何正常工况下都能与钢轨接触，又降低了车架的制造精度要求；（2）卷筒处设计无车架体，减轻了小车架的质量，降低了小车高。
3.4桥架采用骑马式结构
主端梁连接采用定位块+高强度螺栓塔接，安装装配时易于调整。起重机吊钩上极限更小，同时有利于结构的参数化和模块化（特别是端梁）设计。
3.5适应轻量化起重机电气控制柜的优化设计
起重机各机构采用变频调速、PLC程序控制、在线运行监控、故障显示及报警，机构互相连锁，实现调速和控制一体化。采用国产起重专用变频器，在保证安全可靠的前提下，有效地降低设计成本，提高产品竞争力。根据变频器大小选择合适的控制柜尺寸，使元件布置紧凑合理。
3.6材料改进
材料的选择也会对起重机轻量化设计产生影响，目前倾向于选择轻质材料来制作起重机的各部分结构。比如，对于起重机臂架的设计，国外有成功使用铝合金结构制造起重机，使用这种材料比使用常规材料的自重少30%-60%。对于主梁的设计，德国成功使用铝合金箱形单主梁制造起重机，以此来代替参数一样的钢制双主梁，相比而言，前者比后者自重少70%左右。对于主梁强度的设计，目前使用的是普通钢材，为了减少起重机的材料用量，可以使用高强度的钢材进行设计，由此降低整体自重。此外，如果使用H型钢来替代现在普遍使用的板材，能够极大地减少材料的使用，节约材料和成本，并且抗弯能力也会有所提高，根据测试结果显示，使用H型钢比使用板材抗弯能力会提高30%左右。如果使用尼龙柱销联轴器来替代现在普遍使用的齿轮联轴器，也可以减少桥式起重机的自重，实现桥式起重机的轻量化设计。除了对材料的选择之外，材料的使用应当注意合理性。由于辅助材料占据主梁自重的20%-30%，因此要尽可能地减少对辅助材料的使用量，以减少自重。设计人员的设计原则是在原来结构的基础上做减法，使每一块材料都能获得最有价值的使用，而不要平添自重却毫无意义。
结语
桥式起重机主要是由小车和大车组成的。小车质量的减轻，将决定大车运行车轮的选型和主梁截面的大小，起重机的轻量化应主要考虑小车结构的轻量化，有效减轻小车各机构和小车架的质量将是轻量化研究的方向。
参考文献：
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