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中国桥式起重机轻量化与智能化技术的实际应用
作者:中山起重机网 时间：2015-07-02
改造桥式起重机传统的计划与制作技能，优化整机功用并完成节能降耗，打破轻量化要害技能，既是起重机行业开展的必然趋势，更是完成中国绿色制作总体方针的要害。
起重机械广泛使用于冶金、配备制工作、运送与物流业、造船等国民经济支柱行业，在经济建设中发挥着不可或缺的重要作用。桥式起重机作为起重机械中量大面广的一种机型，在实践使用中更具有广泛性、根底性和通用性的特色。因此改造桥式起重机(以下简称起重机)传统的计划与制作技能，优化整机功用并完成节能降耗，打破轻量化要害技能，既是起重机行业开展的必然趋势，更是完成中国绿色制作总体方针的要害。
1. 轻量化技能
(1)桥架轻量化技能新式轻量化起重机桥架通常选用四梁构造办法，如图 1 所示。其主梁选用窄翼缘全偏轨焊接箱型梁构造，小车轮压力经过轨迹直接传递到上盖板与主腹板的焊缝上。
与传统的半偏轨办法比较，选用全偏轨箱型梁因主、副腹板受力不一样，副腹板板厚选择可比主腹板小，并可撤销半偏轨箱形梁内部很多小隔板。选用该构造办法，能明显改进主梁上盖板的焊接变形和波浪变形，且焊接下挠变形量较小。大吨位偏轨箱形梁系宽形梁，为此可省掉走台，从而使制作技能进一步简化，总体质量进一步下降。与传统起重机选用压板固定的轨迹不一样，轻
量化起重机小车轨迹选用方钢(或扁钢)直接焊接在主梁上，能使轨迹和箱型梁构成全体构造，一起接受载荷，提高了主梁的强度和刚度，较大幅度下降了主梁高度和主梁质量。
经过选用四梁桥架构造办法、全偏轨焊接轨迹箱形主梁，合理选配资料，使用**的端梁模块化等计划思维，可使起重机从构造计划上到达轻量化的方针。
(2)小车架轻量化技能
传统起重小车架选用超静定构造的计划办法，选用的零部件技能陈旧，安置缺少优化，由此致使起升组织大而粗笨。其承载起升组织的小车架则多选用由 2 根端梁、多根横梁以及多处加强筋焊接成的超静定刚性构造构造办法，构造上面还需铺设厚重的钢板。由此看出，传统小车架构造不仅存在质量大、本钱高、构造杂乱、焊接技能杂乱、刚性大等缺点，且很容易呈现车轮三点着地、轮压分配不均衡、车轮啃轨现象，严重影响工作的**性和寿数。
轻量化起重机选用如图 2 所示的三支点静定支承办法的工字形三梁小车架，其横梁为开口滑轮梁。该型小车架在垂直方向有满意的刚度，以减小起吊重物的振荡。在水平改变方面，有必定的柔性，答应小车架接受必定量的改变变形，以确保四轮支点习惯主梁的变形。
(3)起升组织轻量化技能
起升组织本身的构造办法、质量、高度等参数对起重机整机的轻量化指标，特别是主梁质量、整机净空高度等都会发生巨大的影响。传统起重机起升组织如图 3 所示。其卷筒两端用2个轴承座支持，卷筒经过卷筒联轴器与减速器的低速轴相连，电动机经过联轴器与减速器的高速轴相连。卷筒的 个轴承座，电机、减速器、制动器的支座均用地脚螺栓固定在小车架上。因为该种起升组织传动链尺度巨大、构造办法杂乱、全体小车架刚性过大，致使其全体质量和外形尺度均偏大。
优化后的新式起升组织安置如图 4 所示。其选用工字型梁、无全体装置渠道构造，卷筒经过一个卷筒轴承座和一个减速器简支座半卧式安置在 2 个车轮梁之间。减速器的花键输出轴端经过刚性锥形接手与卷筒法兰板相连，电机经过法兰固定在减速器箱体上。全部起升组织仅有一个
减速器简支座、一个铰接支座和一个卷筒轴承座与小车架端梁相连，支承办法简略，受力明晰。该构造经过对传动链的优化，提高了起升高度、增加了空间使用率，完成了起重小车全体构造紧凑、整机高度大幅度下降的意图。
减速器的装置办法既要确保传动的稳定，又要满意轻量化起重机起升组织的需要。轻量化起重机小车空间安置紧凑，没有传统的小车渠道用以装置零部件，其端梁较窄且刚性小，为此需对传统减速器的装置办法进行优化，以压缩传动链尺度、减小传动振荡。详细可采纳以下计划：关于电机、制动器等无底座部件，可选用刚性接口连接在减速器箱体上，如图 5 所示。从有利于
起升小车稳定性的视点思考，电机的长度应尽量短，质量应尽量轻。
经过上述金属构造要害技能研讨及轻量化优化计划，新式起重机商品整机质量平均可削减20% ～ 25%，高度可下降 10% ～ 30%，能耗可下降 10% ～ 30%。一起，选用轻量化技能的起重机可以有用下降厂房修建高度，节约取温暖照明等费用，明显下降归纳使用本钱。
2. 智能化操控技能
(1)准确定位与防摇晃技能
起重机防电气摇晃主动定位操控技能，归纳悬挂物摇晃的物理特性和起重载荷摇晃的实测数据，经建模和核算可猜测出载荷摇晃的幅值和相位。其使用智能化防摇晃主动定位操控理论和操控办法，经过可编程操控、现场总线通讯、变频调速驱动等现代电气操控技能，可实时地操控起重机的运转速度。
准确定位及防摇晃技能的研讨内容主要需环绕 3 个方面打开：一是检查装置的选用，二是信号传输办法、检查体系构架、抗干扰才能、分辨率、可扩展性的确定，三是可视化操作技能与 PLC 操控技能的归纳使用。详细包含以下 3个方面研讨内容：一是开宣布新式有用起重机防摇晃操控理论和办法，二是开宣布新式有用起重机主动准确定位操控理论和办法，三是开宣布合适推广使用的起重机电气防摇晃主动定位操控体系。电气防摇晃主动定位操控体系打破了大家一直以来对起重机载荷摇晃疑问的固有认知，使起重机改变变成新式的“起重机器人”变成可能。
(2)故障诊断及**维护体系
智能故障诊断及**维护体系主要包含数据收集、操控、处理、贮存、导出、长途监督渠道等单元。为保证起重机械运转****，可将动态运转状况、疾速维护、部件监测等内容列为要点。详细内容包含 3 项：一是计划数据收集规模、操控计划，提出数据处理、贮存、导出请求;二是明确长途监督渠道功用请求;三是树立智能故障诊断及**维护体系研制构造等。
(3)主动操控体系
智能主动操控主要体现在起重机械可以习惯不一样环境，可以准确灵敏、**可靠主动运转。随着现代操控技能、网络技能、模糊操控等技能的不断开展，起重机智能主动操控运转研制根底逐步成型，并在废物起重机、全主动冶金起重机等领域的使用已取得必定的成效。起重机主动操控研讨要点在于在线运转空间检查、负载特性、物料扫描。研制人员可依据现场生产技能计划和
施工道路，经过与吊钩定位、智能故障诊断体系、**维护体系以及专用吊具的联系，提出智能操控体系完成主动运转的功用计划。
(4)在线监测及**评估技能
此项技能的要害是起重机**光纤光栅传感数字化监测体系的基本理论和使用技能。依据光纤光栅起重机**监测体系，构成的起重机专用光纤光栅传感器及光纤光栅高速解调器等新装置，如图 6 所示。关于研制人员而讲，可依据大型桥式起重组织造特色、在线监测请求，树立起重机专用光纤光栅传感器计划办法和封装与埋设技能。
此外，研制人员联系大型桥式起重组织造的特色，使用依据光纤光栅传感技能还可构建应变监测和构造健康监测评估体系。依据光纤传感的在线使用如图 7 所示。依据桥式起重机运转时动态应变数据信息量大、体系频响快的特色，选用**的 C/S 构造和 3D 建模技能，可模仿桥式起重机动态工作进程，构成友爱的人机交互环境。
(5)资料损害寿数评估技能
该技能是指选用声发射检查技能，研讨起重机金属构造资料与焊接构造资料的过载形变损害及疲劳损害的信号特征，并依据测试数据研讨猜测桥式起重机械资料的损害状况或剩下寿数。选用声发射检查技能检查起重机钢构造如图 8 所示。
起重机械广泛使用于冶金、配备制工作、运送与物流业、造船等国民经济支柱行业，在经济建设中发挥着不可或缺的重要作用。桥式起重机作为起重机械中量大面广的一种机型，在实践使用中更具有广泛性、根底性和通用性的特色。因此改造桥式起重机(以下简称起重机)传统的计划与制作技能，优化整机功用并完成节能降耗，打破轻量化要害技能，既是起重机行业开展的必然趋势，更是完成中国绿色制作总体方针的要害。
1. 轻量化技能
(1)桥架轻量化技能新式轻量化起重机桥架通常选用四梁构造办法，如图 1 所示。其主梁选用窄翼缘全偏轨焊接箱型梁构造，小车轮压力经过轨迹直接传递到上盖板与主腹板的焊缝上。
与传统的半偏轨办法比较，选用全偏轨箱型梁因主、副腹板受力不一样，副腹板板厚选择可比主腹板小，并可撤销半偏轨箱形梁内部很多小隔板。选用该构造办法，能明显改进主梁上盖板的焊接变形和波浪变形，且焊接下挠变形量较小。大吨位偏轨箱形梁系宽形梁，为此可省掉走台，从而使制作技能进一步简化，总体质量进一步下降。与传统起重机选用压板固定的轨迹不一样，轻
量化起重机小车轨迹选用方钢(或扁钢)直接焊接在主梁上，能使轨迹和箱型梁构成全体构造，一起接受载荷，提高了主梁的强度和刚度，较大幅度下降了主梁高度和主梁质量。
经过选用四梁桥架构造办法、全偏轨焊接轨迹箱形主梁，合理选配资料，使用**的端梁模块化等计划思维，可使起重机从构造计划上到达轻量化的方针。
(2)小车架轻量化技能
传统起重小车架选用超静定构造的计划办法，选用的零部件技能陈旧，安置缺少优化，由此致使起升组织大而粗笨。其承载起升组织的小车架则多选用由 2 根端梁、多根横梁以及多处加强筋焊接成的超静定刚性构造构造办法，构造上面还需铺设厚重的钢板。由此看出，传统小车架构造不仅存在质量大、本钱高、构造杂乱、焊接技能杂乱、刚性大等缺点，且很容易呈现车轮三点着地、轮压分配不均衡、车轮啃轨现象，严重影响工作的**性和寿数。
轻量化起重机选用如图 2 所示的三支点静定支承办法的工字形三梁小车架，其横梁为开口滑轮梁。该型小车架在垂直方向有满意的刚度，以减小起吊重物的振荡。在水平改变方面，有必定的柔性，答应小车架接受必定量的改变变形，以确保四轮支点习惯主梁的变形。
(3)起升组织轻量化技能
起升组织本身的构造办法、质量、高度等参数对起重机整机的轻量化指标，特别是主梁质量、整机净空高度等都会发生巨大的影响。传统起重机起升组织如图 3 所示。其卷筒两端用2个轴承座支持，卷筒经过卷筒联轴器与减速器的低速轴相连，电动机经过联轴器与减速器的高速轴相连。卷筒的 个轴承座，电机、减速器、制动器的支座均用地脚螺栓固定在小车架上。因为该种起升组织传动链尺度巨大、构造办法杂乱、全体小车架刚性过大，致使其全体质量和外形尺度均偏大。
优化后的新式起升组织安置如图 4 所示。其选用工字型梁、无全体装置渠道构造，卷筒经过一个卷筒轴承座和一个减速器简支座半卧式安置在 2 个车轮梁之间。减速器的花键输出轴端经过刚性锥形接手与卷筒法兰板相连，电机经过法兰固定在减速器箱体上。全部起升组织仅有一个
减速器简支座、一个铰接支座和一个卷筒轴承座与小车架端梁相连，支承办法简略，受力明晰。该构造经过对传动链的优化，提高了起升高度、增加了空间使用率，完成了起重小车全体构造紧凑、整机高度大幅度下降的意图。
减速器的装置办法既要确保传动的稳定，又要满意轻量化起重机起升组织的需要。轻量化起重机小车空间安置紧凑，没有传统的小车渠道用以装置零部件，其端梁较窄且刚性小，为此需对传统减速器的装置办法进行优化，以压缩传动链尺度、减小传动振荡。详细可采纳以下计划：关于电机、制动器等无底座部件，可选用刚性接口连接在减速器箱体上，如图 5 所示。从有利于
起升小车稳定性的视点思考，电机的长度应尽量短，质量应尽量轻。
经过上述金属构造要害技能研讨及轻量化优化计划，新式起重机商品整机质量平均可削减20% ～ 25%，高度可下降 10% ～ 30%，能耗可下降 10% ～ 30%。一起，选用轻量化技能的起重机可以有用下降厂房修建高度，节约取温暖照明等费用，明显下降归纳使用本钱。
2. 智能化操控技能
(1)准确定位与防摇晃技能
起重机防电气摇晃主动定位操控技能，归纳悬挂物摇晃的物理特性和起重载荷摇晃的实测数据，经建模和核算可猜测出载荷摇晃的幅值和相位。其使用智能化防摇晃主动定位操控理论和操控办法，经过可编程操控、现场总线通讯、变频调速驱动等现代电气操控技能，可实时地操控起重机的运转速度。
准确定位及防摇晃技能的研讨内容主要需环绕 3 个方面打开：一是检查装置的选用，二是信号传输办法、检查体系构架、抗干扰才能、分辨率、可扩展性的确定，三是可视化操作技能与 PLC 操控技能的归纳使用。详细包含以下 3个方面研讨内容：一是开宣布新式有用起重机防摇晃操控理论和办法，二是开宣布新式有用起重机主动准确定位操控理论和办法，三是开宣布合适推广使用的起重机电气防摇晃主动定位操控体系。电气防摇晃主动定位操控体系打破了大家一直以来对起重机载荷摇晃疑问的固有认知，使起重机改变变成新式的“起重机器人”变成可能。
(2)故障诊断及**维护体系
智能故障诊断及**维护体系主要包含数据收集、操控、处理、贮存、导出、长途监督渠道等单元。为保证起重机械运转****，可将动态运转状况、疾速维护、部件监测等内容列为要点。详细内容包含 3 项：一是计划数据收集规模、操控计划，提出数据处理、贮存、导出请求;二是明确长途监督渠道功用请求;三是树立智能故障诊断及**维护体系研制构造等。
(3)主动操控体系
智能主动操控主要体现在起重机械可以习惯不一样环境，可以准确灵敏、**可靠主动运转。随着现代操控技能、网络技能、模糊操控等技能的不断开展，起重机智能主动操控运转研制根底逐步成型，并在废物起重机、全主动冶金起重机等领域的使用已取得必定的成效。起重机主动操控研讨要点在于在线运转空间检查、负载特性、物料扫描。研制人员可依据现场生产技能计划和
施工道路，经过与吊钩定位、智能故障诊断体系、**维护体系以及专用吊具的联系，提出智能操控体系完成主动运转的功用计划。
(4)在线监测及**评估技能
此项技能的要害是起重机**光纤光栅传感数字化监测体系的基本理论和使用技能。依据光纤光栅起重机**监测体系，构成的起重机专用光纤光栅传感器及光纤光栅高速解调器等新装置，如图 6 所示。关于研制人员而讲，可依据大型桥式起重组织造特色、在线监测请求，树立起重机专用光纤光栅传感器计划办法和封装与埋设技能。
此外，研制人员联系大型桥式起重组织造的特色，使用依据光纤光栅传感技能还可构建应变监测和构造健康监测评估体系。依据光纤传感的在线使用如图 7 所示。依据桥式起重机运转时动态应变数据信息量大、体系频响快的特色，选用**的 C/S 构造和 3D 建模技能，可模仿桥式起重机动态工作进程，构成友爱的人机交互环境。
(5)资料损害寿数评估技能
该技能是指选用声发射检查技能，研讨起重机金属构造资料与焊接构造资料的过载形变损害及疲劳损害的信号特征，并依据测试数据研讨猜测桥式起重机械资料的损害状况或剩下寿数。选用声发射检查技能检查起重机钢构造如图 8 所示。
该技能从断裂力学入手，引进声发射能量理论，并联系实验室或现场监测数据猜测缺点尺度、增加状况及构造失效概率，树立参数拟合模型、概率猜测模型及神经网络分析等模型。然后依据上述模型进行缺点扩大情况猜测，并联系临界缺点尺度及损害容限讨论，猜测金属构造剩下寿数。
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