革新橋式起重機傳統(tǒng)的設計與制造技術，優(yōu)化整機性能并實現(xiàn)節(jié)能降耗，突破輕量化關鍵技術，既是起重機行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，更是實現(xiàn)我國綠色制造總體目標的關鍵。
　　
　　起重機械廣泛應用于冶金、裝備制造業(yè)、運輸與物流業(yè)、造船等國民經(jīng)濟支柱行業(yè)，在經(jīng)濟建設中發(fā)揮著*的重要作用。橋式起重機作為起重機械中量大面廣的一種機型，在實際應用中更具有廣泛性、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）傳統(tǒng)的設計與制造技術，優(yōu)化整機性能并實現(xiàn)節(jié)能降耗，突破輕量化關鍵技術，既是起重機行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，更是實現(xiàn)我國綠色制造總體目標的關鍵。
　　
　　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(tǒng)的半偏軌形式相比，采用全偏軌箱型梁因主、副腹板受力不同，副腹板板厚選取可比主腹板小，并可取消半偏軌箱形梁內(nèi)部眾多小隔板。采用該結構形式，能明顯改善主梁上蓋板的焊接變形和波浪變形，且焊接下?lián)献冃瘟枯^小。大噸位偏軌箱形梁系寬形梁，為此可省略走臺，從而使制造工藝進一步簡化，總體質(zhì)量進一步降低。與傳統(tǒng)起重機采用壓板固定的軌道不同，輕
　　
　　量化起重機小車軌道采用方鋼（或扁鋼）直接焊接在主梁上，能使軌道和箱型梁組成整體結構，共同承受載荷，提高了主梁的強度和剛度，較大幅度降低了主梁高度和主梁質(zhì)量。
　　
　　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*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
　　
　　傳統(tǒng)起重小車架采用超靜定結構的布局方式，選用的零部件技術陳舊，布置缺乏優(yōu)化，由此導致起升機構大而笨重。其承載起升機構的小車架則多采用由2根端梁、多根橫梁以及多處加強筋焊接成的超靜定剛性框架結構形式，框架上面還需鋪設厚重的鋼板。由此看出，傳統(tǒng)小車架結構不僅存在質(zhì)量大、成本高、結構復雜、焊接工藝復雜、剛性大等缺點，且極易出現(xiàn)車輪三點著地、輪壓分配不均衡、車輪啃軌現(xiàn)象，嚴重影響作業(yè)的安全性和壽命。
　　
　　輕量化起重機采用如圖2所示的三支點靜定支承形式的工字形三梁小車架，其橫梁為開口滑輪梁。該型小車架在垂直方向有足夠的剛度，以減小起吊重物的振動。在水平扭轉方面，有一定的柔性，允許小車架承受一定量的扭轉變形，以確保四輪支點適應主梁的變形。
　　
　　（3）起升機構輕量化技術
　　
　　起升機構自身的結構形式、質(zhì)量、高度等參數(shù)對起重機整機的輕量化指標，特別是主梁質(zhì)量、整機凈空高度等都會產(chǎn)生巨大的影響。傳統(tǒng)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(lián)軸器與減速器的低速軸相連，電動機通過聯(lián)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、制動器的支座均用地腳螺栓固定在小車架上。由于該種起升機構傳動鏈尺寸龐大、結構形式復雜、整體小車架剛性過大，導致其整體質(zhì)量和外形尺寸均偏大。
　　
　　優(yōu)化后的新型起升機構布置如圖4所示。其采用工字型梁、無整體安裝平臺結構，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個車輪梁之間。減速器的花鍵輸出軸端通過剛性錐形接手與卷筒法蘭板相連，電機通過法蘭固定在減速器箱體上。整個起升機構僅有一個
　　
　　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(yōu)化，提高了起升高度、增加了空間利用率，實現(xiàn)了起重小車整體結構緊湊、整機高度大幅度降低的目的。
　　
　　減速器的安裝形式既要保證傳動的穩(wěn)定，又要滿足輕量化起重機起升機構的需求。輕量化起重機小車空間布置緊湊，沒有傳統(tǒng)的小車平臺用以安裝零部件，其端梁較窄且剛性小，為此需對傳統(tǒng)減速器的安裝形式進行優(yōu)化，以壓縮傳動鏈尺寸、減小傳動振動。具體可采取以下方案：對于電機、制動器等無底座部件，可采用剛性接口連接在減速器箱體上，如圖5所示。從有利于
　　
　　起升小車穩(wěn)定性的角度考慮，電機的長度應盡量短，質(zhì)量應盡量輕。
　　
　　通過上述金屬結構關鍵技術研究及輕量化優(yōu)化設計，新型起重機產(chǎn)品整機質(zhì)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筑高度，節(jié)省取暖和照明等費用，顯著降低綜合使用成本。
　　
　　2.智能化控制技術
　　
　　（1）定位與防搖擺技術
　　
　　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和起重載荷搖擺的實測數(shù)據(jù)，經(jīng)建模和計算可預測出載荷搖擺的幅值和相位。其利用智能化防搖擺自動定位控制理論和控制方法，通過可編程控制、現(xiàn)場總線通信、變頻調(diào)速驅(qū)動等現(xiàn)代電氣控制技術，可實時地控制起重機的運行速度。
　　
　　定位及防搖擺技術的研究內(nèi)容主要需圍繞3個方面展開：一是檢測裝置的選用，二是信號傳輸方式、檢測系統(tǒng)構架、抗*力、分辨率、可擴展性的確定，三是可視化操作技術與PLC控制技術的綜合應用。具體包括以下3個方面研究內(nèi)容：一是開發(fā)出新型實用起重機防搖擺控制理論和方法，二是開發(fā)出新型實用起重機自動定位控制理論和方法，三是開發(fā)出適合推廣應用的起重機電氣防搖擺自動定位控制系統(tǒng)。電氣防搖擺自動定位控制系統(tǒng)打破了人們一直以來對起重機載荷搖擺問題的固有認知，使起重機轉變成為新型的“起重機器人”成為可能。
　　
　　（2）故障診斷及安全保護系統(tǒng)
　　
　　智能故障診斷及安全保護系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集、控制、處理、儲存、導出、遠程監(jiān)視平臺等單元。為保障起重機械運行安全，可將動態(tài)運行狀態(tài)、快速維護、部件監(jiān)測等內(nèi)容列為重點。具體內(nèi)容包括3項：一是規(guī)劃數(shù)據(jù)采集范圍、控制方案，提出數(shù)據(jù)處理、儲存、導出要求；二是明確遠程監(jiān)視平臺功能要求；三是建立智能故障診斷及安全保護系統(tǒng)研發(fā)框架等。
　　
　　（3）自動控制系統(tǒng)
　　
　　智能自動控制主要體現(xiàn)在起重機械能夠適應不同環(huán)境，能夠靈活、安全可靠自動運行。隨著現(xiàn)代控制技術、網(wǎng)絡技術、模糊控制等技術的不斷發(fā)展，起重機智能自動控制運行研發(fā)基礎逐漸成型，并在垃圾起重機、全自動冶金起重機等領域的應用已取得一定的成效。起重機自動控制研究重點在于在線運行空間檢測、負載特性、物料掃描。研發(fā)人員可根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)工藝布局和
　　
　　施工路線，通過與吊鉤定位、智能故障診斷系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)以及吊具的結合，提出智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動運行的功能方案。
　　
　　（4）在線監(jiān)測及安全評估技術
　　
　　此項技術的關鍵是起重機安全光纖光柵傳感數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)的基本理論和應用技術。基于光纖光柵起重機安全監(jiān)測系統(tǒng)，形成的起重機光纖光柵傳感器及光纖光柵高速解調(diào)器等新裝置，如圖6所示。對于研發(fā)人員而講，可根據(jù)大型橋式起重機結構特點、在線監(jiān)測要求，確立起重機光纖光柵傳感器設計方法和封裝與埋設工藝。
　　
　　此外，研發(fā)人員結合大型橋式起重機結構的特點，應用基于光纖光柵傳感技術還可構建應變監(jiān)測和結構健康監(jiān)測評價系統(tǒng)。基于光纖傳感的在線應用如圖7所示。根據(jù)橋式起重機運行時動態(tài)應變數(shù)據(jù)信息量大、系統(tǒng)頻響快的特點，采用*的C/S結構和3D建模技術，可模擬橋式起重機動態(tài)作業(yè)過程，形成友好的人機交互環(huán)境。
　　
　　（5）材料損傷壽命評價技術
　　
　　該技術是指采用聲發(fā)射檢測技術，研究起重機金屬結構材料與焊接結構材料的過載形變損傷及疲勞損傷的信號特征，并依據(jù)測試數(shù)據(jù)研究預測橋式起重機械材料的損傷狀態(tài)或剩余壽命。
　　
　　該技術從斷裂力學入手，引入聲發(fā)射能量理論，并結合實驗室或現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)預測缺陷尺寸、增長狀態(tài)及結構失效概率，建立參數(shù)擬合模型、概率預測模型及神經(jīng)網(wǎng)絡分析等模型。然后根據(jù)上述模型進行缺陷擴張情況預測，并結合臨界缺陷尺寸及損傷容限探討，預測金屬結構剩余壽命。