現(xiàn)代起重機的特征和發(fā)展趨勢

李子木

（寧夏天地奔牛銀起設備有限公司，寧夏銀川750021）

隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大和自動化程度的提高，起重機在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機的要求也越來越高。 尤其是電子計算機技術(shù)的廣泛應用，促使了許多跨學科的先進設計方法出現(xiàn)，推動了現(xiàn)代制造技術(shù)和檢測技術(shù)的提高。 激烈的國際市場競爭也越來越依賴于技術(shù)的競爭。 這些都促使起重機的技術(shù)性能進入嶄新的發(fā)展階段，起重機正經(jīng)歷著一場巨大的變革。

我國正以前所未有的速度進入全球化國際競爭市場，中國的起重機制造業(yè)面臨著機遇與挑戰(zhàn)并存的新形勢。因此起重機的不斷發(fā)展和創(chuàng)新是關(guān)鍵。現(xiàn)根據(jù)國內(nèi)外起重機的新理論、新技術(shù)和新動向，結(jié)合實例，簡要論述現(xiàn)代起重機的特征和發(fā)展趨向。

1 重點產(chǎn)品大型化、高速化、耐久化和專用化

由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料裝卸搬運費用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機的需求量不斷增長。起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出更高的要求。 起重機已成為自動化生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機不但要好用，容易維護，操作方便，而且安全性要好，故障要少，平均無故障工作時間要長。可靠性是國際市場產(chǎn)品競爭的焦點，國外許多大公司都制定了可靠性內(nèi)控標準。我國起重機的性能要趕超世界先進水平，最關(guān)鍵的是要提高可靠性，使起重機具有優(yōu)異的耐久性、無故障性、維修性和使用經(jīng)濟性。

工業(yè)生產(chǎn)方式和用戶需求的多樣性，使專用起重機的市場不斷擴大，品種也不斷更新，以特有的功能滿足特殊的需要，發(fā)揮出最佳的效用。 冶金專用起重機，防爆、防腐、絕緣起重機和鐵路、船舶、車輛專用起重機的功能不斷增加，性能不斷提高，適應性比以往更強。國外德國德馬格公司研制出一種飛機維修保養(yǎng)專用起重機，在國際市場上打開了銷路。 這種起重機跨度大，起升高度大，停準精度高。 在起重小車下面安裝有可伸縮回轉(zhuǎn)的維修平臺，可到達飛機任一部位。 隨著世界核電站的迅速發(fā)展，核電站專用起重機也得到相應發(fā)展，如反應堆室內(nèi)的環(huán)形橋式起重機在放射性環(huán)境中工作，用于起吊壓力容器頂蓋及堆內(nèi)構(gòu)件等危險載荷，要求可靠性高，安全性好，能自動精確定位和緩慢下放物品等，并有多種保護裝置和特殊安全裝置。

2 系列產(chǎn)品模塊化、組合化、標準化和實用化

許多起重機是成系列成批量的產(chǎn)品，采用系統(tǒng)多目標整體優(yōu)化方法進行起重機系列設計已成為發(fā)展重點，通過全面考慮性能、成本、工藝、生產(chǎn)管理、制造批量和使用維護等多種因素對系列主參數(shù)進行合理匹配，以達到改善整機性能.降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格數(shù)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。在20 世紀80 年代我廠已形成86 系列橋門式起重機，時至今日我們還在借用這些設計的另部件，但后期的設計基本上在走單機設計這條道路。

用模塊化設計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機設計方法，將起重機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準模塊，通過不同模塊的組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機。對起重機進行改進，只需針對某幾個模塊。設計新型起重機，只需選用不同模塊重新進行組合。 由于提高了通用化程度，可使單件小批生產(chǎn)的產(chǎn)品改換成具有相當批量的模塊生產(chǎn)，實現(xiàn)高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，降低制造成本。能以較少的模塊形式，組合成多品種多規(guī)格的起重機，滿足市場需求，增加競爭能力。 目前模塊化設計工作我們還相當滯后。

3 通用產(chǎn)品小型化、輕型化、簡易化和多樣化

現(xiàn)在市場所需要的有相當批量的起重機是在一般的車間倉庫使用，要求并不很高，工作并不十分繁重。 如何提高這些起重機的適用性，降低制造成本，是市場競爭能否獲勝的關(guān)鍵。 考慮綜合效益，要求起重機盡量降低外形高度，簡化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，也可使整個建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價和使用維護費用。因此電動葫蘆橋式起重機和輕型梁式起重機會有更快的發(fā)展，并將大部分取代中小噸位一般用途橋式起重機。

用戶的需求性促進了起重機的多樣性。起重機的系列參數(shù)范圍進一步擴大，功能選擇進一步增加，一機多用產(chǎn)品進一步得到發(fā)展，以增強應變能力。 比如說在我們起重機吊具上有所突破和改進，面向用戶使用功能服務，同一臺車用不同的吊具來滿足不同的使用功能，應該借助于首鋼天車維修服務的這一平臺， 研發(fā)和設計一些專用吊具，從這方面要效益。

4 產(chǎn)品性能自動化、智能化、集成化和高效化

起重機的更新和發(fā)展， 很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將自動化技術(shù)和機械傳動技術(shù)相結(jié)合，將先進的微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜通訊技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應用到機械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化和半自動化。 使起重機組成的物料搬運系統(tǒng)具有更高的柔性，以適應未來多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式。

大型高效起重機的新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動裝置、可編程序控制器PLC、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測等設備組成。 它賦于起重機以信息功能，可進行信息傳遞、處理及動力控制，大大提高了綜合自動化水平。 目前控制方面重點發(fā)展吊具防偏防搖技術(shù)，取物裝置自動取、卸物技術(shù)，位置檢測及自動位置控制技術(shù)，故障自診斷監(jiān)控技術(shù)等。

電氣傳動方面重點開發(fā)以微處理機為核心的高性能電氣傳動裝置，使起重機具有優(yōu)良的調(diào)速和靜動特性，可進行操作的自動控制、自動顯示與記錄，起重機運行的自動保護與自動檢測，復雜條件下的遠距離遙控等，以適應自動化生產(chǎn)的需要。 最近國外的起重機專家們估計，將有20%～30%的起重機需要安裝自動化系統(tǒng)。以上變化在目前我們所設計的起重機上也有應用，但還處于照搬照抄的設計初級階段。

5 產(chǎn)品組合成套化、系統(tǒng)化、復合化和信息化

在起重機單機自動化的基礎(chǔ)上，通過計算機把各種起重運輸機械組成一個物料搬運集成系統(tǒng)，通過中央控制室的控制，能與生產(chǎn)設備有機結(jié)合，能與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。這類起重機自動化程度較高，具有信息處理功能，可將傳感器檢測出來的各種信息實施存貯、運算、邏輯判斷、變換等處理加工，進而向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制指令。這類起重機還具有較好的信息輸入輸出接口，實現(xiàn)信息全部、準確、可靠地在整個物料搬運系統(tǒng)中的傳輸。

起重機通過系統(tǒng)集成，能形成不同機種的最佳匹配和組合，取長補短，發(fā)揮最佳效用。目前，國外重點發(fā)展的有工廠生產(chǎn)搬運自動化系統(tǒng)，商業(yè)貨物配送集散系統(tǒng)，集裝箱裝卸搬運系統(tǒng)，交通運輸和郵電部門行包貨物的自動分揀與搬運系統(tǒng)等。

國外現(xiàn)有為生產(chǎn)工程機械金屬結(jié)構(gòu)廠生產(chǎn)制造了以橋式起重機為主的物料自動搬運系統(tǒng)，用以鋼板噴丸處理、自動切割和出入庫的自動裝卸運輸作業(yè)，比原先采用單機操作工作效率提高65%。 還有由全自動橋式起重機組成的物料輸送系統(tǒng)來搬運柔性加工線上的夾具和工件，為機床運送毛坯或?qū)⒓庸ず玫牧慵偷较乱还ば蚧騻}庫。這些在空間移動的搬運起重機代替了過去通常在地面行駛的自動導向搬運車，使車間地面面積得到充分利用。

6 產(chǎn)品設計微機化、精確化、快速化和全面化

隨著電子計算機技術(shù)的廣泛應用和系統(tǒng)工程、優(yōu)化工程、價值工程、可靠性工程、創(chuàng)造工程和人機工程等現(xiàn)代設計理論的不斷發(fā)展，促使許多跨學科的現(xiàn)代設計方法出現(xiàn)，使起重機的設計進入創(chuàng)新、高質(zhì)量、高效率的新階段。 目前，計算機輔助設計(CAD)已逐步深入到設計的各個階段和設計工作所涉及的各個領(lǐng)域。不僅能利用計算機運算速度快、計算精度高、存儲信息量大和邏輯推理能力強等優(yōu)點代替人工進行方案選擇、計算分析與繪圖，而且還能通過人機交互，最大限度地發(fā)揮設計人員的創(chuàng)造力和經(jīng)驗。

起重機是在復雜工況下工作的大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其動態(tài)性能受多種因素影響，運動參數(shù)與載荷不能用一個簡單的數(shù)學模型描述。 以往多以靜態(tài)設計為主，局限性很大。 國內(nèi)外近年來在起重機設計中采用了動態(tài)仿真設計新方法，用計算機對機構(gòu)與結(jié)構(gòu)在各種工況下承受載荷進行運動狀態(tài)及隨時間變化過程的仿真模擬，得到仿真輸出參數(shù)和結(jié)果，以此來估計和推斷實際運行的各種數(shù)據(jù)。

人機工程學把起重機、人和作業(yè)環(huán)境作為整個系統(tǒng)來研究，創(chuàng)造一種人與起重機最佳相互作用狀態(tài)。人機工程學在起重機上的應用主要體現(xiàn)在司機室的設計，包括司機室的合理布置，減輕司機疲勞和提高工作效率的措施，加強環(huán)境保護，減少灰塵和廢氣污染，減少司機室的振動和噪聲等。 也拿目前我們產(chǎn)品配備的司機室也有帶空調(diào)、全視角、配備航空座椅等考慮人機工程的設計雛形。

隨著起重機的高速化和大型化，還需進一步深入開展對起重機載荷變化規(guī)律、動態(tài)特性和疲勞特性的研究。 進一步開展對起重機整機及零部件的可靠性試驗研究，提供起重機新的設計方法和數(shù)據(jù)。 極限狀態(tài)設計、優(yōu)化設計、可靠性設計、有限元法、模塊化設計、反求工程設計、疲勞設計和健壯設計會更深入全面地得到應用。

7 產(chǎn)品構(gòu)造新型化、美觀化、宜人化和綜合化

結(jié)構(gòu)方面采用薄壁型材和異型鋼，減少結(jié)構(gòu)的拼接焊縫，提高抗疲勞性能。采用各種高強度低合金鋼新材料，提高承載能力，改善受力條件，減輕自重和增加外形美觀。 橋式類型起重機橋架大多采用箱形四梁結(jié)構(gòu)，主梁與端梁采用高強度螺栓聯(lián)接，便于加工、運輸與安裝。

8 產(chǎn)品制造柔性化、靈捷化、精益化和規(guī)模化

在激烈的市場競爭條件下，要提高起重機的市場占有率，確保起重機的高性能、高質(zhì)量，并不斷推出新產(chǎn)品，生產(chǎn)企業(yè)必須具備市場變化的適應能力和快速反應能力。 包括提高生產(chǎn)效率，提高和保持產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代等。生產(chǎn)制造的柔性化是使工藝裝備與工藝路線能適用于生產(chǎn)各種產(chǎn)品的需要，從適應當前單品種大批量生產(chǎn)方式向多品種小批量生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。生產(chǎn)制造的靈捷化是使產(chǎn)品生產(chǎn)與推向市場的準備時間縮為最短，使企業(yè)機制能靈活轉(zhuǎn)向。 生產(chǎn)制造的精益化是使生產(chǎn)過程勞動生產(chǎn)率不斷提高，保持產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，強調(diào)企業(yè)各部門相互密切合作。

目前國外起重機在制造時廣泛采用計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)、計算機輔助制造(CAM)和柔性制造系統(tǒng)(FMS)。 采用擠壓成型、沖壓成型、精密鑄造等，減少切削工藝，采用光電跟蹤切割技術(shù)、焊接機器人技術(shù)。 充分利用加工中心和全自動數(shù)控機床，提高加工制造的自動化水平。制造手段的現(xiàn)代化是保持質(zhì)量穩(wěn)定，提高勞動生產(chǎn)率的前提。國內(nèi)也有一些公司在這方面已走在前面。

了解和掌握事物發(fā)展的趨勢和方向，認清自身的現(xiàn)狀和差距，采用科學合理管理方法和手段， 通過艱苦卓絕的工作， 才能推動事業(yè)的進步。 總之，誰掌握了先機，誰擁有了技術(shù)優(yōu)勢，誰就贏得了市場。

［1］王欣，高順德，屈福政.國內(nèi)外大型起重機的發(fā)展狀況[J].建筑機械，2005（2）.