摘 要:橋式起重機(jī)主要用于車間、倉庫等地的貨物運(yùn)輸,輕量化橋式起重機(jī)可以推廣其應(yīng)用,現(xiàn)在是是起重機(jī)未來發(fā)展的方向,而其與工業(yè)廠房造價(jià)有著緊密的聯(lián)系,本文主要就輕量化方法進(jìn)行探討,針對其對工業(yè)廠房的造價(jià)影響進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞:橋式起重機(jī);輕量化;工業(yè)廠房造價(jià)
1 ?研究背景
隨著科技的發(fā)展,為了適應(yīng)市場,提高企業(yè)的競爭力,新的設(shè)備的研究是必不可少的,雖然我國在起重機(jī)方面的研究起步不算早,但是這些年得益于先進(jìn)的技術(shù)方法,其對起重機(jī)的設(shè)計(jì)正高速發(fā)展,傳統(tǒng)的起重機(jī)體型較大,能耗大,而現(xiàn)在取而代之的新型輕量化起重機(jī)性能好、結(jié)構(gòu)更加輕便。而其中起重機(jī)的自重、高度等一系列參數(shù)都會對廠房的設(shè)計(jì)造成影響,從而對其造價(jià)產(chǎn)生影響,為了對廠房的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,提升企業(yè)的效益,下文主要介紹了輕量化起重機(jī)的方法及其外形尺寸、載荷和功率對廠房設(shè)計(jì)及造價(jià)的影響。
2 ?輕量化起重機(jī)
橋式起重機(jī)主要用于運(yùn)輸貨物,起重機(jī)和起重系統(tǒng)提供了多種好處,例如用于負(fù)載移動的高起重能力以及易于通過手動或電子方式進(jìn)行控制。許多行業(yè)在其倉庫、裝配生產(chǎn)線、運(yùn)輸行業(yè)以及存儲協(xié)議期間使用起重機(jī),而且其操作簡便,工作更加高效。
但是傳統(tǒng)的起重機(jī)較為笨重,體積大質(zhì)量大且能耗高,結(jié)構(gòu)弊端多,資源浪費(fèi)情況嚴(yán)重。起重機(jī)本身金屬重量占總重量的一半以上,巨型起重機(jī)金屬重量所占比例更甚。因此起重機(jī)行業(yè)雖然每年30%以上的高速增長,但也消耗了大量的鋼材,所以需要對其進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。對其進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)不僅是從企業(yè)本身效益進(jìn)行考慮,更是從資源節(jié)約角度出發(fā),可以有效節(jié)約資源,保護(hù)環(huán)境。
2.1橋式起重機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)
模塊化設(shè)計(jì)最初由德國提出,后相繼被各行業(yè)借鑒,在起重機(jī)設(shè)計(jì)中也有很大的作用,主要目的是以最小的成本,滿足市場的需求。
模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)在于對模型的闡述以及對模塊的劃分。運(yùn)用的理論主要是公里設(shè)計(jì)和對象建模理論,將其應(yīng)用到設(shè)計(jì)中,針對顧客需求、功能、結(jié)構(gòu)以及過程進(jìn)行設(shè)計(jì)。
模塊劃分需要注意的主要有以下幾點(diǎn):(1)模塊劃分原則,即用盡量少的基本單元構(gòu)成盡量多的產(chǎn)品,由于顧客的需求不同,設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的功能、應(yīng)用也不同,所以并沒有統(tǒng)一的劃分原則;(2)模塊化設(shè)計(jì)劃分的角度。主要是根據(jù)客戶的需求,設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)盡量簡單,盡量保證低成本、性能良好;(3)模塊劃分的聚類方法。聚類方法有兩種,一種是定型的計(jì)算,不涉及數(shù)據(jù),第二種是定量計(jì)算,針對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,需要根據(jù)設(shè)計(jì)的難度進(jìn)行選擇,太復(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計(jì)并不適合用定量計(jì)算,計(jì)算量過大。
現(xiàn)在模塊化設(shè)計(jì)仍存在一些不足,首先是產(chǎn)品創(chuàng)造性設(shè)計(jì)能力較差,不能真正實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu),其次是智能功能差,對用戶的專業(yè)知識水平和經(jīng)驗(yàn)要求較高,然后是對環(huán)境的適應(yīng)能力較差,所以需要結(jié)合相關(guān)技術(shù),例如人工智能和專家系統(tǒng),對其展開進(jìn)一步的研究設(shè)計(jì)。
2.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化法和輕量化設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)優(yōu)化法主要有三種:拓?fù)鋬?yōu)化、形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化。拓?fù)鋬?yōu)化針對起重機(jī)的原理和技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化;形狀優(yōu)化是根據(jù)客戶需求對起重機(jī)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。
橋式起重機(jī)的輕量化設(shè)計(jì)主要集中在對橋架、小車和吊鉤模塊中進(jìn)行。
2.2.1輕量化運(yùn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
主要包括車輪以及三合一驅(qū)動的設(shè)計(jì)。
車輪的材料的不同對車輪承載能力會有較大的影響,所以需要選擇強(qiáng)度較高的材料,同樣的質(zhì)量,使用強(qiáng)度更高的材料的車輪可以承重更多,所以相同承重下,增加材料的強(qiáng)度,可以減輕車輪的質(zhì)量;三合一驅(qū)動設(shè)計(jì)即將電動機(jī)、制動機(jī)、減速機(jī)合并組合,可以參考?xì)W式起重機(jī)運(yùn)行結(jié)構(gòu),緊湊的運(yùn)行結(jié)構(gòu)有利于減輕起重機(jī)的質(zhì)量和體積,且操作(包括安裝和調(diào)試等)簡便,優(yōu)化之后不易受車架變形影響,有利于延長使用壽命。
2.3.2輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)較多,占比很重,有的起重機(jī)甚至百分之九十以上都是金屬結(jié)構(gòu),所以,其輕量化設(shè)計(jì)也包括對其金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),例如用薄壁型材料和異型鋼材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料在橋門式起重機(jī)小車軌道上的應(yīng)用,不僅可以實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì),還可以使得其結(jié)構(gòu)連接更加緊密。
2.3.3其他輕量化設(shè)計(jì)措施
首先是從起重機(jī)的性能、成本、生產(chǎn)工藝等方面進(jìn)行考慮,針對其參數(shù)進(jìn)行合理配置,從而有效降低運(yùn)行內(nèi)耗,其次還可采用變頻調(diào)速控制,改善操作方式,另外,采用遙控操作可以取消司機(jī)室,減少附屬結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)的質(zhì)量。
2.4相關(guān)建議
(1)設(shè)計(jì)過程中的計(jì)算設(shè)計(jì)方面多采用許用應(yīng)力法,這種方法雖然簡單,但是這種計(jì)算會消耗不必要的金屬資源,系數(shù)不精確,建議使用極限設(shè)計(jì)法,得到的結(jié)果一般都能符合實(shí)際需求;
(2)很多工廠在起重機(jī)的材料方面一般采用的是高分子材料、輕合金等,但是鋼材性能不一,為保證安全性能會造成不必要的資源浪費(fèi),建議采用輕合金和輕度較高的鋼制材料,例如高強(qiáng)尼龍。
3 ?輕量化起重機(jī)對廠房造價(jià)的影響分析
工業(yè)廠房的建造涉及到的行業(yè)眾多,包括水、電、氣、弱電、通訊等多個(gè)領(lǐng)域,專業(yè)綜合性強(qiáng)、要求高。而橋式起重機(jī)的外形尺寸主要影響工業(yè)廠房的剖面設(shè)計(jì),輪壓、剎車力等載荷影響廠房的承軌梁、立柱、基礎(chǔ)、屋架等構(gòu)件的設(shè)計(jì),其功率決定了廠房的長期運(yùn)營成本,下文主要針對這幾個(gè)方面進(jìn)行討論分析。
3.1 輕量化起重機(jī)外形尺寸的影響
廠房的剖面設(shè)計(jì)包括確定廠房的高度,而橋式起重機(jī)的安裝尺寸對于廠房高度的確定有重要影響,主要根據(jù)其所需凈高度進(jìn)行設(shè)計(jì)。
輕量化起重機(jī)的設(shè)計(jì)包括對起重機(jī)的體型的設(shè)計(jì),例如上文中提高的三合一結(jié)構(gòu),可以有效減小起重機(jī)的體積,從而降低其凈高度,影響廠房的設(shè)計(jì)高度,節(jié)約建筑成本。
3.2輕量化起重機(jī)載荷的影響
廠房載荷也是設(shè)計(jì)中的重要一環(huán),也是承軌梁、柱、基礎(chǔ)等構(gòu)件的選型、尺寸設(shè)計(jì)依據(jù)。
其中,起重機(jī)載荷是主要活載之一,主要受輪壓值、橋機(jī)自重和額定起重量影響。額定起重量根據(jù)工廠生產(chǎn)工藝確定,起重機(jī)的輪壓值及其質(zhì)量是影響廠房設(shè)計(jì)的主要原因。起重機(jī)輪壓會影響廠房結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性,輪壓越大,廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就越復(fù)雜,所需材料就更多。一般實(shí)際輪壓比計(jì)算出來的理論值要小一些,但是在進(jìn)行廠房設(shè)計(jì)時(shí)是根據(jù)理論值進(jìn)行設(shè)計(jì)的,可能會導(dǎo)致廠房造價(jià)高出所需值,針對此問題,可以與生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)師進(jìn)行溝通,再進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì),或者直接對起重機(jī)工作情況進(jìn)行改善,例如優(yōu)化起吊工藝,減小其理論最大輪壓值。
3.3輕量化起重機(jī)功率的影響
廠房造價(jià)也包括運(yùn)營成本,運(yùn)營成本包括用電量、用水量等,起重機(jī)的用電量、用電時(shí)間就包含在其中,而起重機(jī)功率大小決定了起重機(jī)工作的能耗,其能耗影響著廠房的運(yùn)營成本,所以起重機(jī)功率對運(yùn)營成本有很大的影響,使用合適的起重機(jī)可以降低能耗,有的工廠選擇使用進(jìn)口的起重機(jī),用電量更低,雖然價(jià)格貴,但是節(jié)能效果甚佳,同時(shí)國產(chǎn)起重機(jī)還需進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
4 ?小結(jié)
起重機(jī)的輕量化設(shè)計(jì)不僅可以適應(yīng)市場需求的變化,推動其發(fā)展,還可以節(jié)約資源,有效實(shí)現(xiàn)資源的合理配置,同時(shí)節(jié)約關(guān)于廠房建設(shè)的成本,但有關(guān)于其輕量化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作,需要各部門共同討論設(shè)計(jì),才能實(shí)現(xiàn)科學(xué)的設(shè)計(jì),達(dá)到原本的設(shè)計(jì)目的,希望能在以后有更多的性能優(yōu)良的輕量化起重機(jī)被設(shè)計(jì)出來,推動行業(yè)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
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[2]陳寶元. 試論橋式起重機(jī)和廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系[J]. 機(jī)械工廠設(shè)計(jì), 1982(03):48-51.
作者簡介:
帖紅霞(1986.05—),女,漢族,山西,本科,中級工程師,研究方向:機(jī)電制造。