起重機小車模塊化設計研究★

牛曙光

（太原重工股份有限公司技術中心，山西 太原 030024）

引言

模塊化設計是將一些基本模塊單元通過不同的組合形成各種產品，以滿足用戶的多種需求。小車模塊化設計是以功能分析為基礎，將小車上同一功能的基本單元、復合單元設計成具有相同用途、不同性能的基本模塊、復合模塊，這些模塊具有相同的鏈接要素，可以互換。選用不同模塊進行組合，可形成各種品種的小車模塊。由于模塊化設計使得零部件具有完全的互換性，設計周期大為縮短，降低生產成本，提高生產效率，同時在滿足用戶性能要求的前提下實現起重機的最佳輕量化配置。

1 總體設計思路

起重機的主參數是性能特征的來源，是選型和設計的依據。在進行小車系列設計時，結構尺寸的確定，以及電機、減速器、制動器、卷筒和車輪等核心部件的合理選擇均受到主參數的影響。用較少規格的部件組成多品種系列小車，提高小車整體性能，滿足不同用戶不同工況的需求，并降低制造成本，必須對小車系列的主參數進行最佳的科學合理匹配。

1.1 起重量與工作級別的匹配關系

將起重量由小到大進行系列優化排列，工作級別由低到高相應搭配，起重量與工作級別之間的匹配關系如表1所示。按表1設計小車系列，在主要傳動件不變的情況下，只需變化定滑輪組的倍率來改變起重量，從而科學地減少了小車系列里機構和零部件的數量，提高了零部件的通用化程度。

1.2 起重量與工作速度的匹配關系

起升速度計算公式為V=πDn/（iq）。在卷筒直徑D、電機轉速n、減速器傳動比i不變的情況下，起升速度V與定滑輪組倍率q成反比關系。電機的計算功率P=QV/（6.12η），其中η為機械總效率，在電機、減速器、制動器的機座號及傳動軸上的主要零部件都不變的情況下，起重量Q和起升速度V也成反比關系，只需根據定滑輪組的倍率來改變起重量與起升速度，不同性能可以使用同一模塊，提高了零部件設計的一致性、協調性。

表1 起重量與工作級別之間的關系

1.3 工作級別與工作速度的匹配關系

起重機的工作級別是由起重機的使用等級和滿載狀態決定的。工作級別越高，生產率越高，一般都要求有較高的工作速度，但工作速度會影響電機功率及減速器速比。起重量相等、工作級別相同的起重機，工作速度在一個合理的選擇范圍內，從設計模塊化考慮，工作級別高的工作速度并不能適當提高，甚至還要降低，在不得已時還需要采取變通的措施，如改變電機的級數、減速器的速比等，從而實現主要零部件的型號和規格統一。

2 小車模塊的劃分

對小車進行模塊劃分時要遵循相對獨立性、互換性、通用性原則。小車主要由起升機構、運行機構、吊具、小車架、附屬結構等組成（見下頁圖1），各部分又包括一定數量的零部件，每個部件既互相聯系又具有相對獨立性。按照起重量、工作級別、工作速度之間的匹配關系，以鋼絲繩直徑為核心屬性，對卷筒裝置、減速器、吊具、上滑輪裝置進行模塊劃分，利用起重量與起升速度的乘積為常數的方法使起升機構主要部件達到最大限度的通用，再通過滑輪倍率的變化派生出更多的規格。以此為基礎對小車模塊進行劃分（見圖2），基本模塊有吊具、上滑輪梁、減速器、卷筒裝置、電機、車輪裝置、端梁、三合一、走臺欄桿、緩沖限位，復合模塊有起升機構、歐式端梁、附屬結構。

圖1 小車組成

起升機構核心模塊為卷筒裝置模塊，基本屬性為鋼絲繩直徑、軌距，對應的起重機主參數為起重量、工作級別、起升高度，可選模塊為減速器、電機，基本屬性為扭矩、速比、功率，對應的起重機主參數為起重量、工作級別、起升速度。吊具、上滑輪模塊基本屬性為鋼絲繩直徑、倍率、軌距，對應的起重機主參數為起重量、工作級別、起升高度。歐式端梁核心模塊為車輪裝置模塊，基本屬性為車輪直徑、軌道，可選模塊為端梁、三合一，基本屬性為基距、功率、輸出轉速，對應的起重機主參數為起重量、工作級別、運行速度。附屬結構可選模塊為走臺欄桿、緩沖限位，基本屬性為軌距，對應的起重機主參數為起升高度。

3 模塊的組合

模塊之間的組合是實現模塊化設計多樣化特點的唯一途徑。同樣的模塊不同的組合形式可構成不同的系統，不同的模塊相同的組合形式也可構成不同的系統。要想實現模塊的組合必須有能夠在各模塊之間傳遞功能的部分，即模塊間的接口。

圖2 小車模塊劃分圖

根據模塊劃分特點，起升機構、吊具、上滑輪梁模塊間的接口為鋼絲繩直徑，按照起重量與工作級別的匹配關系，變化滑輪組倍率，可選相同直徑的鋼絲繩，從而可選相同規格的卷筒裝置、減速器、滑輪，即可實現相同模塊不同性能。歐式端梁模塊相對獨立，接口為車輪直徑，按照計算輪壓、運行速度選型相同直徑車輪，匹配不同的軌道型號，從而可選相同的端梁，即可實現相同模塊不同性能。以核心模塊為基礎，基本模塊組合成復合模塊，復合模塊組合成小車模塊，從而實現基本模塊的通用性、小車模塊的多樣性。

4 結論

采用模塊化設計理念對起重機小車進行設計，有效解決設計的復雜性和型式多樣性，簡化設計過程，避免重復設計，同時可保持設計的一致性、協調性。每個模塊適用于多種起重量、工作級別等，結合批量生產模式，結構模塊可減少板材規格，機構模塊設計少而精。起重機小車模塊化的設計，根據參數選擇相關模塊組合，可實現標準系列產品快速設計、非標產品不同模塊互換、快速變型設計、個性化定制，縮短報價及設計周期，滿足批量產品需求量大、種類多、周期短的要求，也可節省大量人力物力，獲得顯著的經濟效益。