橋式起重機輕量化與智能化技術運用實踐

黃玉麟

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院常州分院，江蘇常州 213125）

0 引言

起重機設備在諸多行業領域中得到了廣泛應用，如裝備制造業、運輸和物流業等。在起重機械中，橋式起重機的使用量較大，而且具有廣泛的使用范圍，在實際操作中，其廣泛性、通用性等優勢也得到了充分體現。現階段應加強橋式起重機的創新，密切融合智能化技術和輕量化技術，使這兩種技術成為協調統一的有機整體，將其融入到橋式起重機使用技術中，貫徹落實節能降耗原則，旨在為起重機提供更為廣闊的發展空間。

1 橋式起重機輕量化技術的具體應用

1.1 橋架輕量化技術

針對于新型輕量化起重機橋架，四梁結構形式得到了廣泛應用，在其主梁，窄翼緣全偏軌焊接箱型梁結構比較常見，小車輪壓力在軌道的帶動下，可以順利傳遞到上蓋板和主腹板的焊縫上。相比于傳統半偏軌形式，全偏軌箱型梁在主、副腹板受力方面有著明顯的差異性，與主腹板進行對比，副腹板板厚應小一些，而且在半偏軌箱形梁內部，諸多小隔板應進行適度取消。通過該結構形式的應用，可以將主梁上蓋板的焊接變形改善至最佳，并控制好焊接下撓變形梁。大噸位偏軌箱形梁系寬形梁，可省略走臺，從而不斷簡化制造工藝，影響總體質量的提升。不同于傳統起重機采用壓板固定的軌道，輕量化起重機小車軌道在主梁上的焊接方面，主要采取方鋼，密切融合軌道和箱型梁，使之成為整體結構，發揮出在承受載荷方面的作用，確保主梁的強度和剛度的穩步提升。四梁橋架結構形式、全偏軌焊接軌道箱形主梁的應用，應對其材料進行合理選擇和搭配，加強主梁模塊化等設計思想的應用，確保結構方案與輕量化需求相一致。

1.2 小車架輕量化技術

超靜定結構的布局方式，在傳統起重小車架中的應用價值顯著，所選的零部件技術并不先進，布置優化力度也明顯不足，一定程度上加劇了起升機構的笨重程度。其承載起升機構的小車架，在超靜定剛性框架結構形式中，主要借助于2 根端梁、多根橫梁以及多處加強筋焊接而成，在框架上面，還要對厚重的鋼板進行鋪設。由此了解到，傳統小車架結構的缺陷明顯，成本高、焊接工藝復雜，而且在不良情況的影響下，如輪壓分配的均衡性缺失、車輪啃軌等，對作業安全性目標的實現造成了嚴重的影響[1]，甚至威脅到其使用壽命。

輕量化起重機中工字形三梁小車架的應用，其橫梁主要以開口滑輪梁為主。該型小車架基于垂直方向的剛度明顯，以此來將起吊重物的振動控制在合理范圍內。在水平扭轉方面，憑借其柔性功能，小車架在扭轉變形方面具有一定的承受力，從而保證四輪支點與主梁的變形保持高度的適應性。

1.3 起升機構輕量化技術

在起重機整機的輕量化指標中，尤其對于主梁質量和整機凈空高度等，起升機構自身的相關參數為重要的影響因素。針對于傳統起重機起升機構，兩個軸承座支撐在其卷筒兩端得到了充分體現，卷筒通過卷筒聯軸器與減速器的低速軸連接在一起。卷筒的兩個軸承座、電機以及制動器的支座固定在小車架上，主要借助于地腳螺栓來進行固定。該起升機構傳承鏈尺寸較大[2]，而且結構形式的復雜性突出，整體小車架剛性明顯，對其整體質量造成影響。

優化的新型起升機構，通過工字形梁、無整體安裝平臺結構的應用，卷筒布置在兩個車輪梁之間，主要采用一個卷筒軸承座和一個減速器簡支座半臥式。整個起升機構的減速器簡支座僅僅為一個，以此來連接小車架端梁，支承形式并不復雜，受力突出。該結構在傳動鏈優化的帶動下，可以將起升高度提升上來，不斷增強空間利用效率，凸顯出起重小車整體結構的緊湊性。

2 橋式起重機智能化技術的具體應用

2.1 精確定位和防搖擺技術

起重機防電氣搖擺自動定位控制技術，綜合懸掛物搖擺的物理特性，經過建模和計算了解到，可以為載荷搖擺的幅值和相位的預測提供可行依據。通過對智能化防搖擺自動定位控制理論的應用，靈活采用現代化電氣控制技術，不斷提高起重機運行效率，發揮出實時性和控制性優勢。

在精確定位和防搖擺技術的研究中，檢測裝置的選用和信號傳輸方式的確定等非常重要。加強新型實用起重機防搖擺控制、自動精確定位控制理論和方法的開發，并基于推廣應用角度，加強起重機電氣防搖擺自動定位控制系統的開發建設。借助電氣防搖擺自動定位系統[3]，可以引導人們正確認識起重機載荷搖擺問題，實現起重機向新型“空中機器人”的順利轉變。

2.2 故障診斷及安全保護系統

數據采集、控制以及遠程監視平臺等單元，在智能故障診斷和安全保護系統中發揮著重要作用。在起重機械運行方面，要想實現安全性目標，應提高對動態運行狀態、部件監測等內容的重視程度。分析其具體內容，既要對數據采集范圍和控制方案進行合理規劃，確保數據處理、儲存等要求的針對性，同時也要對遠程監視平臺功能要求予以明確化。

2.3 自動控制系統

分析智能自動控制的作用，體現在起重機械可以與不同環境相互適應，其運行過程具有較高的靈活性、安全性以及自動化等趨勢。在現代化控制技術和網絡技術不斷發展的過程中，起重機智能自動控制運行比較成型化，作用于諸多領域，如垃圾起重機、全自動冶金起重機等。在研究起重機自動控制方面，在線運行空間檢測、物料掃描等不容忽視。對于研究人員來說，應對現場生產工藝布局進行深入分析，了解施工路線，密切融合于智能故障診斷系統、安全保護系統等，不斷提高智能控制系統自動化運行效率[4]。

2.4 在線監測及安全評估技術

在該項技術中，起重機安全光纖光柵傳感數字化監測系統占據著舉足輕重的地位。對于研發人員來說，應從大型橋式起重機結構特點和在線監測要求出發，合理設計起重機專用光纖光柵傳感器設計方法，并靈活運用封裝和埋設工藝。除此之外，研發人員應對大型橋式起重機結構特點充分考慮，基于光纖光柵傳感技術，對于構建應變監測和結構健康監測評價系統也具有一定的幫助[5]。通常來說，橋式起重機運行時動態應變數據信息量大，系統頻響也比較迅速，加強3D 建模技術的應用，可以對橋式起重機動態作業過程進行自動化模擬，實現人機交互環境的順利構建。

2.5 材料損傷壽命評價技術

在該技術中，聲發射檢測技術具有較高的應用優勢，其中應對起重機金屬結構材料的過載形變損傷的信號特征進行深入分析，并基于測試數據，對橋式起重機械材料的損傷狀態進行合理預測。該技術應根據斷裂力學開始進行，加強聲發射能量理論的滲透，并從實驗室或現場監測數據出發，確保缺陷尺寸和增長狀態預測的科學性、合理性。然后結合上述模型預測缺陷擴張情況，并根據臨界缺陷尺寸，給予金屬結構剩余壽命的合理預測一定的保障。

3 結束語

在物料運輸中，橋式起重機設備的作用突出，要想實現現代化生產目標，應加強輕量化技術和智能化技術的融合，致力于橋式起重機運行水平的提升，并滿足其質量保障需求。