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【摘 要】随着经济发展的全球化，我国的起重机械制造业面临着巨大的挑战。为了提高国产起重机械的技术含量，赢得国内外市场，本文以功能分析为基础，采用模块化设计理论的方法，对桥式起重机进行新的设计，使其能够更快、更好地符合市场需求。本文在前人研究的基础上提出了概念模块及其结构解和参数解的概念。通过这些概念进一步阐述了横系列模块化、纵系列模块化以及跨系列模块化和全系列模块化的实质。并用这些概念和方法实现了桥式起重机基型模块的纵横扩展，建立了全系列模块矩阵。
【关键词】通用桥式起重机;模块化设计
一、起重机模块化设计概述
模块化设计是指在对一定范围内的不同功能或相同功能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品的设计方法。就起重机而言，模块化设计就是将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。模块化设计可使单件小批量生产的起重机转换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，生产组织也可由产品管理变为模块管理。模块化制造能够改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。
二、QD型通用桥式起重机的主要部件现状分析
（以QD5～50/10t为例进行分析）
QD型通用桥式起重机是我国生产时间较长，目前在市场上需求量比较大的一种机型。QD型通用桥式起重机主要由桥架、大车运行机构、小车、电气控制四部分组成。
1、桥架
桥架主要由主梁、端梁、走台、梯子、栏杆、平台、电缆滑架等组成。
（1）、主梁：采用箱型结构，其横截面的大小、盖板的厚度随着吨位、跨度的变化而变化。腹板的厚度为6mm，高度则随着吨位、跨度的增加而增高，变化范围为：6×600mm（QD5t×10.5m）～6×1700mm（QD50t×31.5m）。上、下盖板的厚度及宽度随着吨位、跨度的增加而变化，变化范围为：6×300mm（QD5t×10.5m）～24×650mm（QD50t×31.5m）。由上述参数可以看出，钢板的规格较多。
（2）、端梁：采用箱型结构，其横截面的大小、盖板的厚度随着吨位、跨度的变化而变化。腹板的厚度、高度随着吨位、跨度的增加而变化，变化范围为：6×588mm（QD5t×10.5m）～8×760mm（QD50t×31.5m）。上、下盖板的厚度及宽度随着吨位、跨度的增加而变化，变化范围为：6×460mm（QD5t×10.5m）～20×600mm（QD50t×31.5m）。由上述参数可以看出，钢板的规格较多。
2、大车运行机构
大车运行机构主要由车轮组、齿轮联轴器、浮动轴、电动机、减速器、制动器组成。
（1）、车轮组：车轮组的规格随着吨位、跨度的增加而变化，共有四种规格，分别是：∮500、∮630、∮710、∮800。
（2）、齿轮联轴器：CL4～CL7;CLZ2～CLZ3，其间有多种规格。
3、小车
（1）、车轮组：车轮组的规格随着吨位的增加而变化，共有四种规格，分别是：∮250（QD5t）、∮315（QD10t、QD20t）、∮400（QD32t）、∮500（QD50t）。
（2）、齿轮联轴器：CL1～CL2;CLZ2～CLZ5，其间有多种规格。
（3）、固定滑轮组：滑轮的规格随着吨位的增加而变化，共有五种规格，分别是：∮250（QD5t）、∮400（QD10t）、∮500（QD16t、QD20t）、∮630（QD32t）、∮710（QD50t）。
（4）、卷筒组：卷筒组共有七种规格，分别是：∮315×1000、∮315×1500、∮400×1000、∮400×1500、∮500×1500、∮630×2000、∮800×2000。
综上所述，QD5～50/10t通用桥式起重机部件规格较多，尤以车轮组、齿轮联轴器的规格多，分别见表一、表二。
根据上述资料可以看出，QD型通用桥式起重机的主梁、端梁在设计时未过多考虑原料钢板的幅宽，规格较多，造成材料利用率较低。QD型通用桥式起重机部件种类多，互换性差，不能形成批量生产，制造成本高，制造周期长。特别是对于非标设计，往往要从基础工作开始，设计周期长。
三、通用桥式起重机模块化设计方案探讨
模块化设计的原则，以少量的模块组成尽可能多的产品，并在满足要求的基础上力求产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉，模块间的联系尽可能简单。同时，注重模块的系列化，用较少的模块规格来最大限度地组合成较多产品。对于QD型通用桥式起重机，可以从以下几方面进行模块化设计：
1、桥架
主梁采用全偏轨或半偏轨结构，端梁优先采用方管制作，当没有合适的方管时再采用钢板焊接。
主梁、端梁横截面参数的设计结合钢板幅宽（市场上1500mm幅宽的钢板较多，采购容易）来进行，腹板的高度，上、下盖板的宽度采用能够提高材料利用率的尺寸，尽量减少规格品种。
端梁采用整体端梁或者组合式端梁结构，即吨位、跨度较小时，用整体端梁（单件模块端梁）。当吨位、跨度较大时，用组合式端梁，即由两件模块端梁组成，两件模块端梁间用平衡梁连接。采用模块化设计后，当吨位、跨度较大时，大车轮总数由原来的4件增加至8件，轮压大幅减小，这有利于减少厂房的投资。
2、大车运行机构
大车运行机构采用“三合一”驱动装置，省去制动器、联轴器、浮动轴等部件，减少了部件种类。同时，采用变频电动机驱动，运行平稳。当吨位、跨度较小时采用二驱动;当吨位、跨度较大时，采用四驱动，这样就能够减少驱动装置的种类。
3、小车运行机构
小车运行机构采用“三合一”驅动装置，并与大车运行机构 “三合一”驱动装置互换（共用）。
4、车轮组
车轮组可以设计为∮160、∮250、∮315、∮400、∮500共五种规格，并且大车车轮组与小车车轮组互换（共用）。
5、起升机构
根据使用工况，起升机构分单制动及双制动两种结构，单制动形式采用“三合一”驱动装置驱动，双制动形式除采用“三合一”驱动装置驱动外，在减速器的高速轴上再增加一套独立的制动器。采用“三合一”驱动装置，省去制动器、联轴器、浮动轴等部件，减少了部件种类。
四、结语
模块化设计是比较先进的设计理念。通用桥式起重机部件种类多，互换性差，不能够形成批量生产，制造成本高，制造周期长。采用模块化设计后，能够有效减少部件种类，同时增加部件互换性，实现部件的批量生产，有效缩短制造周期，降低制造成本，提高产品的市场竞争能力。
参考文献：
[1]GB/T3811-2008 《起重机设计规范》
[2]《起重机设计手册》 中国铁道出版社 张质文 虞和谦 王金诺 包起帆 主编
（作者单位：云南煤业能源股份有限公司 技术中心）
【关键词】通用桥式起重机;模块化设计
一、起重机模块化设计概述
模块化设计是指在对一定范围内的不同功能或相同功能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品的设计方法。就起重机而言，模块化设计就是将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。模块化设计可使单件小批量生产的起重机转换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，生产组织也可由产品管理变为模块管理。模块化制造能够改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。
二、QD型通用桥式起重机的主要部件现状分析
（以QD5～50/10t为例进行分析）
QD型通用桥式起重机是我国生产时间较长，目前在市场上需求量比较大的一种机型。QD型通用桥式起重机主要由桥架、大车运行机构、小车、电气控制四部分组成。
1、桥架
桥架主要由主梁、端梁、走台、梯子、栏杆、平台、电缆滑架等组成。
（1）、主梁：采用箱型结构，其横截面的大小、盖板的厚度随着吨位、跨度的变化而变化。腹板的厚度为6mm，高度则随着吨位、跨度的增加而增高，变化范围为：6×600mm（QD5t×10.5m）～6×1700mm（QD50t×31.5m）。上、下盖板的厚度及宽度随着吨位、跨度的增加而变化，变化范围为：6×300mm（QD5t×10.5m）～24×650mm（QD50t×31.5m）。由上述参数可以看出，钢板的规格较多。
（2）、端梁：采用箱型结构，其横截面的大小、盖板的厚度随着吨位、跨度的变化而变化。腹板的厚度、高度随着吨位、跨度的增加而变化，变化范围为：6×588mm（QD5t×10.5m）～8×760mm（QD50t×31.5m）。上、下盖板的厚度及宽度随着吨位、跨度的增加而变化，变化范围为：6×460mm（QD5t×10.5m）～20×600mm（QD50t×31.5m）。由上述参数可以看出，钢板的规格较多。
2、大车运行机构
大车运行机构主要由车轮组、齿轮联轴器、浮动轴、电动机、减速器、制动器组成。
（1）、车轮组：车轮组的规格随着吨位、跨度的增加而变化，共有四种规格，分别是：∮500、∮630、∮710、∮800。
（2）、齿轮联轴器：CL4～CL7;CLZ2～CLZ3，其间有多种规格。
3、小车
（1）、车轮组：车轮组的规格随着吨位的增加而变化，共有四种规格，分别是：∮250（QD5t）、∮315（QD10t、QD20t）、∮400（QD32t）、∮500（QD50t）。
（2）、齿轮联轴器：CL1～CL2;CLZ2～CLZ5，其间有多种规格。
（3）、固定滑轮组：滑轮的规格随着吨位的增加而变化，共有五种规格，分别是：∮250（QD5t）、∮400（QD10t）、∮500（QD16t、QD20t）、∮630（QD32t）、∮710（QD50t）。
（4）、卷筒组：卷筒组共有七种规格，分别是：∮315×1000、∮315×1500、∮400×1000、∮400×1500、∮500×1500、∮630×2000、∮800×2000。
综上所述，QD5～50/10t通用桥式起重机部件规格较多，尤以车轮组、齿轮联轴器的规格多，分别见表一、表二。
根据上述资料可以看出，QD型通用桥式起重机的主梁、端梁在设计时未过多考虑原料钢板的幅宽，规格较多，造成材料利用率较低。QD型通用桥式起重机部件种类多，互换性差，不能形成批量生产，制造成本高，制造周期长。特别是对于非标设计，往往要从基础工作开始，设计周期长。
三、通用桥式起重机模块化设计方案探讨
模块化设计的原则，以少量的模块组成尽可能多的产品，并在满足要求的基础上力求产品精度高、性能稳定、结构简单、成本低廉，模块间的联系尽可能简单。同时，注重模块的系列化，用较少的模块规格来最大限度地组合成较多产品。对于QD型通用桥式起重机，可以从以下几方面进行模块化设计：
1、桥架
主梁采用全偏轨或半偏轨结构，端梁优先采用方管制作，当没有合适的方管时再采用钢板焊接。
主梁、端梁横截面参数的设计结合钢板幅宽（市场上1500mm幅宽的钢板较多，采购容易）来进行，腹板的高度，上、下盖板的宽度采用能够提高材料利用率的尺寸，尽量减少规格品种。
端梁采用整体端梁或者组合式端梁结构，即吨位、跨度较小时，用整体端梁（单件模块端梁）。当吨位、跨度较大时，用组合式端梁，即由两件模块端梁组成，两件模块端梁间用平衡梁连接。采用模块化设计后，当吨位、跨度较大时，大车轮总数由原来的4件增加至8件，轮压大幅减小，这有利于减少厂房的投资。
2、大车运行机构
大车运行机构采用“三合一”驱动装置，省去制动器、联轴器、浮动轴等部件，减少了部件种类。同时，采用变频电动机驱动，运行平稳。当吨位、跨度较小时采用二驱动;当吨位、跨度较大时，采用四驱动，这样就能够减少驱动装置的种类。
3、小车运行机构
小车运行机构采用“三合一”驅动装置，并与大车运行机构 “三合一”驱动装置互换（共用）。
4、车轮组
车轮组可以设计为∮160、∮250、∮315、∮400、∮500共五种规格，并且大车车轮组与小车车轮组互换（共用）。
5、起升机构
根据使用工况，起升机构分单制动及双制动两种结构，单制动形式采用“三合一”驱动装置驱动，双制动形式除采用“三合一”驱动装置驱动外，在减速器的高速轴上再增加一套独立的制动器。采用“三合一”驱动装置，省去制动器、联轴器、浮动轴等部件，减少了部件种类。
四、结语
模块化设计是比较先进的设计理念。通用桥式起重机部件种类多，互换性差，不能够形成批量生产，制造成本高，制造周期长。采用模块化设计后，能够有效减少部件种类，同时增加部件互换性，实现部件的批量生产，有效缩短制造周期，降低制造成本，提高产品的市场竞争能力。
参考文献：
[1]GB/T3811-2008 《起重机设计规范》
[2]《起重机设计手册》 中国铁道出版社 张质文 虞和谦 王金诺 包起帆 主编
（作者单位：云南煤业能源股份有限公司 技术中心）