現(xiàn)代起重機的特征和發(fā)展趨向
| 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(yīng)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(yīng)用，促使了許多跨學(xué)科的先進設(shè)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?，F(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(biāo)準(zhǔn)。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。 目前世界上******的浮游起重機起重量6500t，******的履帶起重機起重量3000t，******的橋式起重機起重量1200t，自動化立體倉庫堆垛起重機******運行速度達240m／min。 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******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(yīng)性比以往更強。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(zhǔn)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(yīng)發(fā)展，如反應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)整體優(yōu)化方法進行起重機系列設(shè)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。 用模塊化設(shè)計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(dāng)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。 德國德馬格公司生產(chǎn)的橋式起重機充分考慮了模塊化和組合化，使系列、整機、機構(gòu)、部件和零件互相之間的參數(shù)匹配，能力分布達到最為經(jīng)濟合理的搭配效果。利用起重量與起升速度的乘積為常數(shù)的方法使起升機構(gòu)主要部件達到******限度的通用。再通過滑輪倍率的變化派生出更多的規(guī)格。5～125t橋式起重機系列，多種工作級別，只需4種基型的起重小車。該公司開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)車輪箱模塊系列，上面有多組聯(lián)接孔，可選裝不同型號的驅(qū)動單元，可組裝成臺車，可與金屬結(jié)構(gòu)件組合后用作各種橋式、門式起重機，巷道堆垛起重機或其它軌行式起重運輸機械的運行機械，其車輪有多種踏面形式可供選用。由于不受基距限制，組合靈活，用途廣泛。該公司的端梁標(biāo)準(zhǔn)模塊系列已經(jīng)商品化，與主梁之間采用摩擦環(huán)和高強度螺栓的連接方式，提高了互換性和尺寸精度，減少了接合面的加工量。與任一主梁都可快速有效相接。有適用于單梁或雙梁兩種形式的端梁模塊，根據(jù)起重量及跨度就可確定出適用的端梁型號。 3 通用產(chǎn)品小型化、輕型化、簡易化和多樣化 有相當(dāng)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(yīng)變能力。在一般使用場合采用無線遙控操作的比例也將逐步增多。 德國德馬格公司經(jīng)過長期的開發(fā)和創(chuàng)新，已形成一個輕型組合式標(biāo)準(zhǔn)起重機系列。整個系列由組合式工字形單梁、懸掛箱形單梁、角形小車箱形單梁和箱形雙梁多個品種組成。主梁與端梁相接共有15種形式，可適合不同建筑物和不同起吊物的要求。每種規(guī)格起重機都有三種單速及三種雙速可供任意選擇。操縱方式有地面手電門自行移動、手電門隨小車移動、手電門固定、遠紅外或無線電遙控、司機室固定、司機室隨小車移動、司機室自行移動等7種選擇，外加不同的導(dǎo)電形式，不同的電控形式，通過不同的組合，可搭配成百上千種起重機，充分滿足用戶不同的需求。這種起重機的另一******優(yōu)點是輕型化，與國內(nèi)產(chǎn)品相比較，起重量32t，跨度25.5m，國內(nèi)雙梁橋式起重機自重為46.4t，電動葫蘆橋式起重機自重為28.3t，而德馬格電動葫蘆橋式起重機的自重只有18.5t，比國內(nèi)產(chǎn)品分別輕60％和35％。 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(yīng)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(yīng)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(shè)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(fù)雜條件下的遠距離遙控等，以適應(yīng)自動化生產(chǎn)的需要。 德國的起重機，采用激光裝置查找起吊物的重心位置，依靠超聲波傳感器引導(dǎo)取物裝置抓取貨物。大車和小車運行采用編碼軌系統(tǒng)測定路徑，起升高度采用恒定張緊的測量索和角度發(fā)生器測定。起重機采用磁場變換器或激光達到高精度定位。英國的起重機上安裝了近場感應(yīng)系統(tǒng)，可避免起重機之間的互相碰撞。采用無線遙控時載重稱量也能在遠控發(fā)射機上顯示。起重機上還裝有微機自診斷監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能提供大部分常規(guī)維護檢查內(nèi)容，如鋼絲繩狀況，減速器油溫油位，車輪軸承溫度，起重機載荷、應(yīng)力和振動情況，制動器摩擦襯片的壽命及溫度狀況等。德國近年為解決起重機吊具的防搖控制，開發(fā)了模糊邏輯電路的控制技術(shù)。用神經(jīng)信息技術(shù)和模糊技術(shù)來尋找開始加速的******時刻，將有經(jīng)驗司機防搖實際操作的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，實現(xiàn)最優(yōu)控制。模糊控制方式能確定實施自動工作的控制指令，將人們主觀上的模糊量通過模糊集合進行數(shù)字化定量，再利用微處理機實現(xiàn)像熟練司機一樣的自如操作，取得了更高的效率和安全性。 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)。 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(shè)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(zhǔn)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******匹配和組合，取長補短，發(fā)揮******效用。目前重點發(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。 生產(chǎn)工程機械的美國卡特皮勒公司金屬結(jié)構(gòu)廠購置了一條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％。日本東芝浜川崎工廠采用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(dǎo)向搬運車，使車間地面面積得到充分利用。 6 產(chǎn)品設(shè)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(yīng)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(shè)計理論的不斷發(fā)展，促使許多跨學(xué)科的現(xiàn)代設(shè)計方法出現(xiàn)，使起重機的設(shè)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(shè)計(CAD)已逐步深入到設(shè)計的各個階段和設(shè)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，******限度地發(fā)揮設(shè)計人員的創(chuàng)造力和經(jīng)驗。美國，德國，、日本等一些起重機公司都廣泛應(yīng)用CAD徹底拋棄了傳統(tǒng)的圖板。并且還與計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)和計算機輔助制造(CAM)相銜接，做到了無圖化生產(chǎn)。 起重機是在復(fù)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(xué)模型描述。以往多以靜態(tài)設(shè)計為主，局限性很大。國內(nèi)外近年來在起重機設(shè)計中采用了動態(tài)仿真設(shè)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(xué)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******相互作用狀態(tài)。人機工程學(xué)在起重機上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在司機室的設(shè)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。 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(shè)計方法和數(shù)據(jù)。極限狀態(tài)設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、有限元法、模塊化設(shè)計、反求工程設(shè)計、疲勞設(shè)計和健壯設(shè)計會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。 在機構(gòu)方面進一步開發(fā)新型傳動零部件，簡化機構(gòu)?！叭弦弧边\行機構(gòu)由于結(jié)構(gòu)緊湊。拆裝方便、調(diào)整簡單并運行平穩(wěn)，將成為起重機運行機構(gòu)的主流，減速器殼體、卷筒及滑輪等的制造都以焊代鑄，能減輕自重、增加承載能力和改善加工制造條件。減速器齒輪采用硬齒面，以減小體積，提高承載能力，增加使用壽命。 在電控方面開發(fā)性能好、成本低、可靠性高的調(diào)速系統(tǒng)和屯控系統(tǒng)，發(fā)展半自動和全自動操縱。采用機、電、儀、液一體化技術(shù)，提高使用性能和可靠性，增加起重機的功能。有專家指出，未來的起重機驅(qū)動技術(shù)，由于變頻調(diào)速系統(tǒng)越來越多地得到應(yīng)用，交流鼠籠電動機將會重新受到重視并被廣泛采用。今后會更加注重起重機的安全性，研制新型安全保護裝置和故障自動顯示裝置，并重視司機工作條件的改善。 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(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)與推向市場的準(zhǔn)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。良好的生產(chǎn)機制和管理機制是企業(yè)發(fā)展的前提。 起重機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、精密鑄造等少，無切削工藝，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。 美國、德國和日本的起重機大公司生產(chǎn)自動化程度都很高，廣泛全面采用了CAM，并對制造質(zhì)量嚴(yán)格控制。如德國德馬格公司生產(chǎn)橋式起重機主梁時，鋼板都先經(jīng)過預(yù)處理，并采用光電跟蹤激光切割。吊運鋼板采用真空吸盤，確保板材不變形。腹板和蓋板焊接時采用液壓裝置對蓋板加壓，確保腹板與蓋板能充分貼緊；提高主梁的承載能力和剛度．為保證質(zhì)量，每條焊縫都打上焊工的工號，責(zé)任到人。由于提高了制造的自動化程度，德馬格公司制造一根起重量5t的主梁只需約20個工時，端梁為14個工時，整臺起重機100多個工時便可完成，大大縮短了交貨周期。 |
