橋式起重機輕量化技術與智能化技術的應用

gexinqiaoshiqizhongjichuantongdeshejiyuzhizaojishu，youhuazhengjixingnengbingshixianjienengjianghao，tupoqinglianghuaguanjianjishu，jishiqizhongjixingyefazhandebiranqushi，gengshishixianwoguolvsezhizaozongtimubiaodeguanjian。

起重機械廣泛應用於冶金
、裝備製造業、運輸與物流業、造zao船chuan等deng國guo民min經jing濟ji支zhi柱zhu行xing業ye
，在zai經jing濟ji建jian設she中zhong發fa揮hui著zhe不bu可ke或huo缺que的de重zhong要yao作zuo用yong。橋qiao式shi起qi重zhong機ji作zuo為wei起qi重zhong機ji械xie中zhong量liang大da麵mian廣guang的de一yi種zhong機ji型xing，在zai實shi際ji應ying用yong中zhong更geng具ju有you廣guang泛fan性xing、基礎性和通用性的特點。因此革新橋式起重機(以下簡稱起重機)chuantongdeshejiyuzhizaojishu，youhuazhengjixingnengbingshixianjienengjianghao，tupoqinglianghuaguanjianjishu

，jishiqizhongjixingyefazhandebiranqushi
，gengshishixianwoguolvsezhizaozongtimubiaodeguanjian。

1. 輕量化技術

(1)橋架輕量化技術新型輕量化起重機橋架一般采用四梁結構形式，如圖 1 所示。其主梁采用窄翼緣全偏軌焊接箱型梁結構，小車輪壓力通過軌道直接傳遞到上蓋板與主腹板的焊縫上。

與傳統的半偏軌形式相比，采用全偏軌箱型梁因主
、副(fu)腹(fu)板(ban)受(shou)力(li)不(bu)同(tong)，副(fu)腹(fu)板(ban)板(ban)厚(hou)選(xuan)取(qu)可(ke)比(bi)主(zhu)腹(fu)板(ban)小(xiao)，並(bing)可(ke)取(qu)消(xiao)半(ban)偏(pian)軌(gui)箱(xiang)形(xing)梁(liang)內(nei)部(bu)眾(zhong)多(duo)小(xiao)隔(ge)板(ban)。采(cai)用(yong)該(gai)結(jie)構(gou)形(xing)式(shi)，能(neng)明(ming)顯(xian)改(gai)善(shan)主(zhu)梁(liang)上(shang)蓋(gai)板(ban)的(de)焊(han)接(jie)變(bian)形(xing)和(he)波(bo)浪(lang)變(bian)形(xing)
，且(qie)焊(han)接(jie)下(xia)撓(nao)變(bian)形(xing)量(liang)較(jiao)小(xiao)。大(da)噸(dun)位(wei)偏(pian)軌(gui)箱(xiang)形(xing)梁(liang)係(xi)寬(kuan)形(xing)梁(liang)，為(wei)此(ci)可(ke)省(sheng)略(lve)走(zou)台(tai)
，從(cong)而(er)使(shi)製(zhi)造(zao)工(gong)藝(yi)進(jin)一(yi)步(bu)簡(jian)化(hua)，總(zong)體(ti)質(zhi)量(liang)進(jin)一(yi)步(bu)降(jiang)低(di)。與(yu)傳(chuan)統(tong)起(qi)重(zhong)機(ji)采(cai)用(yong)壓(ya)板(ban)固(gu)定(ding)的(de)軌(gui)道(dao)不(bu)同(tong)，輕(qing)

量化起重機小車軌道采用方鋼(或扁鋼)直zhi接jie焊han接jie在zai主zhu梁liang上shang
，能neng使shi軌gui道dao和he箱xiang型xing梁liang組zu成cheng整zheng體ti結jie構gou，共gong同tong承cheng受shou載zai荷he


，提ti高gao了le主zhu梁liang的de強qiang度du和he剛gang度du，較jiao大da幅fu度du降jiang低di了le主zhu梁liang高gao度du和he主zhu梁liang質zhi量liang。

通過采用四梁橋架結構形式、全偏軌焊接軌道箱形主梁
，合理選配材料，應用先進的端梁模塊化等設計思想，可使起重機從結構方案上達到輕量化的目標。

(2)小車架輕量化技術

傳(chuan)統(tong)起(qi)重(zhong)小(xiao)車(che)架(jia)采(cai)用(yong)超(chao)靜(jing)定(ding)結(jie)構(gou)的(de)布(bu)局(ju)方(fang)式(shi)，選(xuan)用(yong)的(de)零(ling)部(bu)件(jian)技(ji)術(shu)陳(chen)舊(jiu)，布(bu)置(zhi)缺(que)乏(fa)優(you)化(hua)，由(you)此(ci)導(dao)致(zhi)起(qi)升(sheng)機(ji)構(gou)大(da)而(er)笨(ben)重(zhong)。其(qi)承(cheng)載(zai)起(qi)升(sheng)機(ji)構(gou)的(de)小(xiao)車(che)架(jia)則(ze)多(duo)采(cai)用(yong)由(you) 2 根端梁、多duo根gen橫heng梁liang以yi及ji多duo處chu加jia強qiang筋jin焊han接jie成cheng的de超chao靜jing定ding剛gang性xing框kuang架jia結jie構gou形xing式shi，框kuang架jia上shang麵mian還hai需xu鋪pu設she厚hou重zhong的de鋼gang板ban。由you此ci看kan出chu，傳chuan統tong小xiao車che架jia結jie構gou不bu僅jin存cun在zai質zhi量liang大da、成本高、結構複雜


、焊接工藝複雜、剛性大等缺點，且極易出現車輪三點著地、輪壓分配不均衡
、車輪啃軌現象
，嚴重影響作業的安全性和壽命。

輕量化起重機采用如圖 2 suoshidesanzhidianjingdingzhichengxingshidegongzixingsanliangxiaochejia，qihengliangweikaikouhualunliang。gaixingxiaochejiazaichuizhifangxiangyouzugoudegangdu
，yijianxiaoqidiaozhongwudezhendong。zaishuipingniuzhuanfangmian，youyidingderouxing

，yunxuxiaochejiachengshouyidingliangdeniuzhuanbianxing
，yiquebaosilunzhidianshiyingzhuliangdebianxing。

(3)起升機構輕量化技術

起升機構自身的結構形式、質量
、高度等參數對起重機整機的輕量化指標，特別是主梁質量、整機淨空高度等都會產生巨大的影響。傳統起重機起升機構如圖 3 所示。其卷筒兩端用2個軸承座支撐，卷筒通過卷筒聯軸器與減速器的低速軸相連，電動機通過聯軸器與減速器的高速軸相連。卷筒的 2 個軸承座，電機、減速器
、製動器的支座均用地腳螺栓固定在小車架上。由於該種起升機構傳動鏈尺寸龐大、結構形式複雜、整體小車架剛性過大，導致其整體質量和外形尺寸均偏大。

優化後的新型起升機構布置如圖 4 所示。其采用工字型梁
、無整體安裝平台結構，卷筒通過一個卷筒軸承座和一個減速器簡支座半臥式布置在 2 個ge車che輪lun梁liang之zhi間jian。減jian速su器qi的de花hua鍵jian輸shu出chu軸zhou端duan通tong過guo剛gang性xing錐zhui形xing接jie手shou與yu卷juan筒tong法fa蘭lan板ban相xiang連lian，電dian機ji通tong過guo法fa蘭lan固gu定ding在zai減jian速su器qi箱xiang體ti上shang。整zheng個ge起qi升sheng機ji構gou僅jin有you一yi個ge

減速器簡支座、一個鉸接支座和一個卷筒軸承座與小車架端梁相連，支承形式簡單，受力清晰。該結構通過對傳動鏈的優化
，提高了起升高度、增加了空間利用率，實現了起重小車整體結構緊湊、整機高度大幅度降低的目的。

jiansuqideanzhuangxingshijiyaobaozhengchuandongdewending
，youyaomanzuqinglianghuaqizhongjiqishengjigoudexuqiu。qinglianghuaqizhongjixiaochekongjianbuzhijincou，meiyouchuantongdexiaochepingtaiyongyianzhuanglingbujian，qiduanliangjiaozhaiqiegangxingxiao
，weicixuduichuantongjiansuqideanzhuangxingshijinxingyouhua，yiyasuochuandonglianchicun、減小傳動振動。具體可采取以下方案：對於電機
、製動器等無底座部件
，可采用剛性接口連接在減速器箱體上，如圖 5 所示。從有利於

起升小車穩定性的角度考慮，電機的長度應盡量短，質量應盡量輕。

通過上述金屬結構關鍵技術研究及輕量化優化設計，新型起重機產品整機質量平均可減少20% ～ 25%，高度可降低 10% ～ 30%，能耗可降低 10% ～ 30%。同時，采用輕量化技術的起重機可以有效降低廠房建築高度，節省取暖和照明等費用
，顯著降低綜合使用成本。

2. 智能化控製技術

(1)精確定位與防搖擺技術

起qi重zhong機ji防fang電dian氣qi搖yao擺bai自zi動dong定ding位wei控kong製zhi技ji術shu，綜zong合he懸xuan掛gua物wu搖yao擺bai的de物wu理li特te性xing和he起qi重zhong載zai荷he搖yao擺bai的de實shi測ce數shu據ju
，經jing建jian模mo和he計ji算suan可ke預yu測ce出chu載zai荷he搖yao擺bai的de幅fu值zhi和he相xiang位wei。其qi利li用yong智zhi能neng化hua防fang搖yao擺bai自zi動dong定ding位wei控kong製zhi理li論lun和he控kong製zhi方fang法fa，通tong過guo可ke編bian程cheng控kong製zhi、現場總線通信、變頻調速驅動等現代電氣控製技術，可實時地控製起重機的運行速度。

精確定位及防搖擺技術的研究內容主要需圍繞 3 個方麵展開：一是檢測裝置的選用，二是信號傳輸方式、檢測係統構架、抗幹擾能力、分辨率、可擴展性的確定，三是可視化操作技術與 PLC 控製技術的綜合應用。具體包括以下 3個方麵研究內容：一yi是shi開kai發fa出chu新xin型xing實shi用yong起qi重zhong機ji防fang搖yao擺bai控kong製zhi理li論lun和he方fang法fa，二er是shi開kai發fa出chu新xin型xing實shi用yong起qi重zhong機ji自zi動dong精jing確que定ding位wei控kong製zhi理li論lun和he方fang法fa
，三san是shi開kai發fa出chu適shi合he推tui廣guang應ying用yong的de起qi重zhong機ji電dian氣qi防fang搖yao擺bai自zi動dong定ding位wei控kong製zhi係xi統tong。電dian氣qi防fang搖yao擺bai自zi動dong定ding位wei控kong製zhi係xi統tong打da破po了le人ren們men一yi直zhi以yi來lai對dui起qi重zhong機ji載zai荷he搖yao擺bai問wen題ti的de固gu有you認ren知zhi
，使shi起qi重zhong機ji轉zhuan變bian成cheng為wei新xin型xing的de“起重機器人”成為可能。

(2)故障診斷及安全保護係統

智能故障診斷及安全保護係統主要包括數據采集
、控製、處理、儲存、導出、遠程監視平台等單元。為保障起重機械運行高效安全
，可將動態運行狀態
、快速維護
、部件監測等內容列為重點。具體內容包括 3 項：一是規劃數據采集範圍、控製方案，提出數據處理
、儲存、導出要求;二是明確遠程監視平台功能要求;三是建立智能故障診斷及安全保護係統研發框架等。

(3)自動控製係統

智能自動控製主要體現在起重機械能夠適應不同環境，能夠精確靈活、安全可靠自動運行。隨著現代控製技術、網絡技術、模糊控製等技術的不斷發展，起重機智能自動控製運行研發基礎逐漸成型，並在垃圾起重機、全自動冶金起重機等領域的應用已取得一定的成效。起重機自動控製研究重點在於在線運行空間檢測、負載特性
、物料掃描。研發人員可根據現場生產工藝布局和

施工路線，通過與吊鉤定位、智能故障診斷係統
、安全保護係統以及專用吊具的結合，提出智能控製係統實現自動運行的功能方案。

(4)在線監測及安全評估技術

cixiangjishudeguanjianshiqizhongjianquanguangxianguangzhachuanganshuzihuajiancexitongdejibenlilunheyingyongjishu。jiyuguangxianguangzhaqizhongjianquanjiancexitong

，xingchengdeqizhongjizhuanyongguangxianguangzhachuanganqijiguangxianguangzhagaosujietiaoqidengxinzhuangzhi，rutu 6 所示。對於研發人員而講，可根據大型橋式起重機結構特點
、在線監測要求，確立起重機專用光纖光柵傳感器設計方法和封裝與埋設工藝。

此ci外wai，研yan發fa人ren員yuan結jie合he大da型xing橋qiao式shi起qi重zhong機ji結jie構gou的de特te點dian

，應ying用yong基ji於yu光guang纖xian光guang柵zha傳chuan感gan技ji術shu還hai可ke構gou建jian應ying變bian監jian測ce和he結jie構gou健jian康kang監jian測ce評ping價jia係xi統tong。基ji於yu光guang纖xian傳chuan感gan的de在zai線xian應ying用yong如ru圖tu 7 所示。根據橋式起重機運行時動態應變數據信息量大、係統頻響快的特點，采用先進的 C/S 結構和 3D 建模技術，可模擬橋式起重機動態作業過程，形成友好的人機交互環境。

(5)材料損傷壽命評價技術

gaijishushizhicaiyongshengfashejiancejishu，yanjiuqizhongjijinshujiegoucailiaoyuhanjiejiegoucailiaodeguozaixingbiansunshangjipilaosunshangdexinhaotezheng，bingyijuceshishujuyanjiuyuceqiaoshiqizhongjixiecailiaodesunshangzhuangtaihuoshengyushouming。caiyongshengfashejiancejishujianceqizhongjigangjiegourutu 8 所示。

該技術從斷裂力學入手，引入聲發射能量理論
，並結合實驗室或現場監測數據預測缺陷尺寸、增長狀態及結構失效概率，建立參數擬合模型
、gailvyucemoxingjishenjingwangluofenxidengmoxing。ranhougenjushangshumoxingjinxingquexiankuozhangqingkuangyuce，bingjiehelinjiequexianchicunjisunshangrongxiantantao，yucejinshujiegoushengyushouming。