現(xiàn)代起重機(jī)的特征和發(fā)展趨勢(shì)

李子木

（寧夏天地奔牛銀起設(shè)備有限公司，寧夏銀川750021）

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和自動(dòng)化程度的提高，起重機(jī)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用越來(lái)越廣，作用愈來(lái)愈大，對(duì)起重機(jī)的要求也越來(lái)越高。 尤其是電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，促使了許多跨學(xué)科的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)，推動(dòng)了現(xiàn)代制造技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)的提高。 激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越依賴于技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。 這些都促使起重機(jī)的技術(shù)性能進(jìn)入嶄新的發(fā)展階段，起重機(jī)正經(jīng)歷著一場(chǎng)巨大的變革。

我國(guó)正以前所未有的速度進(jìn)入全球化國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)，中國(guó)的起重機(jī)制造業(yè)面臨著機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的新形勢(shì)。因此起重機(jī)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新是關(guān)鍵。現(xiàn)根據(jù)國(guó)內(nèi)外起重機(jī)的新理論、新技術(shù)和新動(dòng)向，結(jié)合實(shí)例，簡(jiǎn)要論述現(xiàn)代起重機(jī)的特征和發(fā)展趨向。

1 重點(diǎn)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(kuò)大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中物料裝卸搬運(yùn)費(fèi)用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機(jī)的需求量不斷增長(zhǎng)。起重量越來(lái)越大，工作速度越來(lái)越高，并對(duì)能耗和可靠性提出更高的要求。 起重機(jī)已成為自動(dòng)化生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機(jī)不但要好用，容易維護(hù)，操作方便，而且安全性要好，故障要少，平均無(wú)故障工作時(shí)間要長(zhǎng)。可靠性是國(guó)際市場(chǎng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，國(guó)外許多大公司都制定了可靠性內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)起重機(jī)的性能要趕超世界先進(jìn)水平，最關(guān)鍵的是要提高可靠性，使起重機(jī)具有優(yōu)異的耐久性、無(wú)故障性、維修性和使用經(jīng)濟(jì)性。

工業(yè)生產(chǎn)方式和用戶需求的多樣性，使專用起重機(jī)的市場(chǎng)不斷擴(kuò)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(jī)，防爆、防腐、絕緣起重機(jī)和鐵路、船舶、車(chē)輛專用起重機(jī)的功能不斷增加，性能不斷提高，適應(yīng)性比以往更強(qiáng)。國(guó)外德國(guó)德馬格公司研制出一種飛機(jī)維修保養(yǎng)專用起重機(jī)，在國(guó)際市場(chǎng)上打開(kāi)了銷(xiāo)路。 這種起重機(jī)跨度大，起升高度大，停準(zhǔn)精度高。 在起重小車(chē)下面安裝有可伸縮回轉(zhuǎn)的維修平臺(tái)，可到達(dá)飛機(jī)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(jī)也得到相應(yīng)發(fā)展，如反應(yīng)堆室內(nèi)的環(huán)形橋式起重機(jī)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(xiǎn)載荷，要求可靠性高，安全性好，能自動(dòng)精確定位和緩慢下放物品等，并有多種保護(hù)裝置和特殊安全裝置。

2 系列產(chǎn)品模塊化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)化和實(shí)用化

許多起重機(jī)是成系列成批量的產(chǎn)品，采用系統(tǒng)多目標(biāo)整體優(yōu)化方法進(jìn)行起重機(jī)系列設(shè)計(jì)已成為發(fā)展重點(diǎn)，通過(guò)全面考慮性能、成本、工藝、生產(chǎn)管理、制造批量和使用維護(hù)等多種因素對(duì)系列主參數(shù)進(jìn)行合理匹配，以達(dá)到改善整機(jī)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(jì)80 年代我廠已形成86 系列橋門(mén)式起重機(jī)，時(shí)至今日我們還在借用這些設(shè)計(jì)的另部件，但后期的設(shè)計(jì)基本上在走單機(jī)設(shè)計(jì)這條道路。

用模塊化設(shè)計(jì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機(jī)設(shè)計(jì)方法，將起重機(jī)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(biāo)準(zhǔn)模塊，通過(guò)不同模塊的組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機(jī)。對(duì)起重機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，只需針對(duì)某幾個(gè)模塊。設(shè)計(jì)新型起重機(jī)，只需選用不同模塊重新進(jìn)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(dāng)批量的模塊生產(chǎn)，實(shí)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(jī)，滿足市場(chǎng)需求，增加競(jìng)爭(zhēng)能力。 目前模塊化設(shè)計(jì)工作我們還相當(dāng)滯后。

3 通用產(chǎn)品小型化、輕型化、簡(jiǎn)易化和多樣化

現(xiàn)在市場(chǎng)所需要的有相當(dāng)批量的起重機(jī)是在一般的車(chē)間倉(cāng)庫(kù)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(jī)的適用性，降低制造成本，是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能否獲勝的關(guān)鍵。 考慮綜合效益，要求起重機(jī)盡量降低外形高度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，也可使整個(gè)建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價(jià)和使用維護(hù)費(fèi)用。因此電動(dòng)葫蘆橋式起重機(jī)和輕型梁式起重機(jī)會(huì)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(jī)。

用戶的需求性促進(jìn)了起重機(jī)的多樣性。起重機(jī)的系列參數(shù)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，功能選擇進(jìn)一步增加，一機(jī)多用產(chǎn)品進(jìn)一步得到發(fā)展，以增強(qiáng)應(yīng)變能力。 比如說(shuō)在我們起重機(jī)吊具上有所突破和改進(jìn)，面向用戶使用功能服務(wù)，同一臺(tái)車(chē)用不同的吊具來(lái)滿足不同的使用功能，應(yīng)該借助于首鋼天車(chē)維修服務(wù)的這一平臺(tái)， 研發(fā)和設(shè)計(jì)一些專用吊具，從這方面要效益。

4 產(chǎn)品性能自動(dòng)化、智能化、集成化和高效化

起重機(jī)的更新和發(fā)展， 很大程度上取決于電氣傳動(dòng)與控制的改進(jìn)。將自動(dòng)化技術(shù)和機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，將先進(jìn)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(yīng)用到機(jī)械的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和半自動(dòng)化。 使起重機(jī)組成的物料搬運(yùn)系統(tǒng)具有更高的柔性，以適應(yīng)未來(lái)多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式。

大型高效起重機(jī)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(dòng)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(cè)等設(shè)備組成。 它賦于起重機(jī)以信息功能，可進(jìn)行信息傳遞、處理及動(dòng)力控制，大大提高了綜合自動(dòng)化水平。 目前控制方面重點(diǎn)發(fā)展吊具防偏防搖技術(shù)，取物裝置自動(dòng)取、卸物技術(shù)，位置檢測(cè)及自動(dòng)位置控制技術(shù)，故障自診斷監(jiān)控技術(shù)等。

電氣傳動(dòng)方面重點(diǎn)開(kāi)發(fā)以微處理機(jī)為核心的高性能電氣傳動(dòng)裝置，使起重機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速和靜動(dòng)特性，可進(jìn)行操作的自動(dòng)控制、自動(dòng)顯示與記錄，起重機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)保護(hù)與自動(dòng)檢測(cè)，復(fù)雜條件下的遠(yuǎn)距離遙控等，以適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。 最近國(guó)外的起重機(jī)專家們估計(jì)，將有20%～30%的起重機(jī)需要安裝自動(dòng)化系統(tǒng)。以上變化在目前我們所設(shè)計(jì)的起重機(jī)上也有應(yīng)用，但還處于照搬照抄的設(shè)計(jì)初級(jí)階段。

5 產(chǎn)品組合成套化、系統(tǒng)化、復(fù)合化和信息化

在起重機(jī)單機(jī)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)把各種起重運(yùn)輸機(jī)械組成一個(gè)物料搬運(yùn)集成系統(tǒng)，通過(guò)中央控制室的控制，能與生產(chǎn)設(shè)備有機(jī)結(jié)合，能與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。這類起重機(jī)自動(dòng)化程度較高，具有信息處理功能，可將傳感器檢測(cè)出來(lái)的各種信息實(shí)施存貯、運(yùn)算、邏輯判斷、變換等處理加工，進(jìn)而向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令。這類起重機(jī)還具有較好的信息輸入輸出接口，實(shí)現(xiàn)信息全部、準(zhǔn)確、可靠地在整個(gè)物料搬運(yùn)系統(tǒng)中的傳輸。

起重機(jī)通過(guò)系統(tǒng)集成，能形成不同機(jī)種的最佳匹配和組合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮最佳效用。目前，國(guó)外重點(diǎn)發(fā)展的有工廠生產(chǎn)搬運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)，商業(yè)貨物配送集散系統(tǒng)，集裝箱裝卸搬運(yùn)系統(tǒng)，交通運(yùn)輸和郵電部門(mén)行包貨物的自動(dòng)分揀與搬運(yùn)系統(tǒng)等。

國(guó)外現(xiàn)有為生產(chǎn)工程機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)廠生產(chǎn)制造了以橋式起重機(jī)為主的物料自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)，用以鋼板噴丸處理、自動(dòng)切割和出入庫(kù)的自動(dòng)裝卸運(yùn)輸作業(yè)，比原先采用單機(jī)操作工作效率提高65%。 還有由全自動(dòng)橋式起重機(jī)組成的物料輸送系統(tǒng)來(lái)搬運(yùn)柔性加工線上的夾具和工件，為機(jī)床運(yùn)送毛坯或?qū)⒓庸ず玫牧慵偷较乱还ば蚧騻}(cāng)庫(kù)。這些在空間移動(dòng)的搬運(yùn)起重機(jī)代替了過(guò)去通常在地面行駛的自動(dòng)導(dǎo)向搬運(yùn)車(chē)，使車(chē)間地面面積得到充分利用。

6 產(chǎn)品設(shè)計(jì)微機(jī)化、精確化、快速化和全面化

隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和系統(tǒng)工程、優(yōu)化工程、價(jià)值工程、可靠性工程、創(chuàng)造工程和人機(jī)工程等現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論的不斷發(fā)展，促使許多跨學(xué)科的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)，使起重機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)入創(chuàng)新、高質(zhì)量、高效率的新階段。 目前，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)已逐步深入到設(shè)計(jì)的各個(gè)階段和設(shè)計(jì)工作所涉及的各個(gè)領(lǐng)域。不僅能利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快、計(jì)算精度高、存儲(chǔ)信息量大和邏輯推理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)代替人工進(jìn)行方案選擇、計(jì)算分析與繪圖，而且還能通過(guò)人機(jī)交互，最大限度地發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造力和經(jīng)驗(yàn)。

起重機(jī)是在復(fù)雜工況下工作的大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)性能受多種因素影響，運(yùn)動(dòng)參數(shù)與載荷不能用一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型描述。 以往多以靜態(tài)設(shè)計(jì)為主，局限性很大。 國(guó)內(nèi)外近年來(lái)在起重機(jī)設(shè)計(jì)中采用了動(dòng)態(tài)仿真設(shè)計(jì)新方法，用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)在各種工況下承受載荷進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及隨時(shí)間變化過(guò)程的仿真模擬，得到仿真輸出參數(shù)和結(jié)果，以此來(lái)估計(jì)和推斷實(shí)際運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)。

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

隨著起重機(jī)的高速化和大型化，還需進(jìn)一步深入開(kāi)展對(duì)起重機(jī)載荷變化規(guī)律、動(dòng)態(tài)特性和疲勞特性的研究。 進(jìn)一步開(kāi)展對(duì)起重機(jī)整機(jī)及零部件的可靠性試驗(yàn)研究，提供起重機(jī)新的設(shè)計(jì)方法和數(shù)據(jù)。 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、有限元法、模塊化設(shè)計(jì)、反求工程設(shè)計(jì)、疲勞設(shè)計(jì)和健壯設(shè)計(jì)會(huì)更深入全面地得到應(yīng)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(qiáng)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(jī)橋架大多采用箱形四梁結(jié)構(gòu)，主梁與端梁采用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接，便于加工、運(yùn)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)條件下，要提高起重機(jī)的市場(chǎng)占有率，確保起重機(jī)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(chǎng)變化的適應(yīng)能力和快速反應(yīng)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(yīng)當(dāng)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(chǎng)的準(zhǔn)備時(shí)間縮為最短，使企業(yè)機(jī)制能靈活轉(zhuǎn)向。 生產(chǎn)制造的精益化是使生產(chǎn)過(guò)程勞動(dòng)生產(chǎn)率不斷提高，保持產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，強(qiáng)調(diào)企業(yè)各部門(mén)相互密切合作。

目前國(guó)外起重機(jī)在制造時(shí)廣泛采用計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃(CAPP)、計(jì)算機(jī)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(jī)器人技術(shù)。 充分利用加工中心和全自動(dòng)數(shù)控機(jī)床，提高加工制造的自動(dòng)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(dòng)生產(chǎn)率的前提。國(guó)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(shì)和方向，認(rèn)清自身的現(xiàn)狀和差距，采用科學(xué)合理管理方法和手段， 通過(guò)艱苦卓絕的工作， 才能推動(dòng)事業(yè)的進(jìn)步。 總之，誰(shuí)掌握了先機(jī)，誰(shuí)擁有了技術(shù)優(yōu)勢(shì)，誰(shuí)就贏得了市場(chǎng)。

［1］王欣，高順德，屈福政.國(guó)內(nèi)外大型起重機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r[J].建筑機(jī)械，2005（2）.