牛曙光

（太原重工股份有限公司技术中心，山西 太原 030024）

引言

模块化设计是将一些基本模块单元通过不同的组合形成各种产品，以满足用户的多种需求。小车模块化设计是以功能分析为基础，将小车上同一功能的基本单元、复合单元设计成具有相同用途、不同性能的基本模块、复合模块，这些模块具有相同的链接要素，可以互换。选用不同模块进行组合，可形成各种品种的小车模块。由于模块化设计使得零部件具有完全的互换性，设计周期大为缩短，降低生产成本，提高生产效率，同时在满足用户性能要求的前提下实现起重机的最佳轻量化配置。

1 总体设计思路

起重机的主参数是性能特征的来源，是选型和设计的依据。在进行小车系列设计时，结构尺寸的确定，以及电机、减速器、制动器、卷筒和车轮等核心部件的合理选择均受到主参数的影响。用较少规格的部件组成多品种系列小车，提高小车整体性能，满足不同用户不同工况的需求，并降低制造成本，必须对小车系列的主参数进行最佳的科学合理匹配。

1.1 起重量与工作级别的匹配关系

将起重量由小到大进行系列优化排列，工作级别由低到高相应搭配，起重量与工作级别之间的匹配关系如表1所示。按表1设计小车系列，在主要传动件不变的情况下，只需变化定滑轮组的倍率来改变起重量，从而科学地减少了小车系列里机构和零部件的数量，提高了零部件的通用化程度。

1.2 起重量与工作速度的匹配关系

起升速度计算公式为V=πDn/（iq）。在卷筒直径D、电机转速n、减速器传动比i不变的情况下，起升速度V与定滑轮组倍率q成反比关系。电机的计算功率P=QV/（6.12η），其中η为机械总效率，在电机、减速器、制动器的机座号及传动轴上的主要零部件都不变的情况下，起重量Q和起升速度V也成反比关系，只需根据定滑轮组的倍率来改变起重量与起升速度，不同性能可以使用同一模块，提高了零部件设计的一致性、协调性。

表1 起重量与工作级别之间的关系

1.3 工作级别与工作速度的匹配关系

起重机的工作级别是由起重机的使用等级和满载状态决定的。工作级别越高，生产率越高，一般都要求有较高的工作速度，但工作速度会影响电机功率及减速器速比。起重量相等、工作级别相同的起重机，工作速度在一个合理的选择范围内，从设计模块化考虑，工作级别高的工作速度并不能适当提高，甚至还要降低，在不得已时还需要采取变通的措施，如改变电机的级数、减速器的速比等，从而实现主要零部件的型号和规格统一。

2 小车模块的划分

对小车进行模块划分时要遵循相对独立性、互换性、通用性原则。小车主要由起升机构、运行机构、吊具、小车架、附属结构等组成（见下页图1），各部分又包括一定数量的零部件，每个部件既互相联系又具有相对独立性。按照起重量、工作级别、工作速度之间的匹配关系，以钢丝绳直径为核心属性，对卷筒装置、减速器、吊具、上滑轮装置进行模块划分，利用起重量与起升速度的乘积为常数的方法使起升机构主要部件达到最大限度的通用，再通过滑轮倍率的变化派生出更多的规格。以此为基础对小车模块进行划分（见图2），基本模块有吊具、上滑轮梁、减速器、卷筒装置、电机、车轮装置、端梁、三合一、走台栏杆、缓冲限位，复合模块有起升机构、欧式端梁、附属结构。

图1 小车组成

起升机构核心模块为卷筒装置模块，基本属性为钢丝绳直径、轨距，对应的起重机主参数为起重量、工作级别、起升高度，可选模块为减速器、电机，基本属性为扭矩、速比、功率，对应的起重机主参数为起重量、工作级别、起升速度。吊具、上滑轮模块基本属性为钢丝绳直径、倍率、轨距，对应的起重机主参数为起重量、工作级别、起升高度。欧式端梁核心模块为车轮装置模块，基本属性为车轮直径、轨道，可选模块为端梁、三合一，基本属性为基距、功率、输出转速，对应的起重机主参数为起重量、工作级别、运行速度。附属结构可选模块为走台栏杆、缓冲限位，基本属性为轨距，对应的起重机主参数为起升高度。

3 模块的组合

模块之间的组合是实现模块化设计多样化特点的唯一途径。同样的模块不同的组合形式可构成不同的系统，不同的模块相同的组合形式也可构成不同的系统。要想实现模块的组合必须有能够在各模块之间传递功能的部分，即模块间的接口。

图2 小车模块划分图

根据模块划分特点，起升机构、吊具、上滑轮梁模块间的接口为钢丝绳直径，按照起重量与工作级别的匹配关系，变化滑轮组倍率，可选相同直径的钢丝绳，从而可选相同规格的卷筒装置、减速器、滑轮，即可实现相同模块不同性能。欧式端梁模块相对独立，接口为车轮直径，按照计算轮压、运行速度选型相同直径车轮，匹配不同的轨道型号，从而可选相同的端梁，即可实现相同模块不同性能。以核心模块为基础，基本模块组合成复合模块，复合模块组合成小车模块，从而实现基本模块的通用性、小车模块的多样性。

4 结论

采用模块化设计理念对起重机小车进行设计，有效解决设计的复杂性和型式多样性，简化设计过程，避免重复设计，同时可保持设计的一致性、协调性。每个模块适用于多种起重量、工作级别等，结合批量生产模式，结构模块可减少板材规格，机构模块设计少而精。起重机小车模块化的设计，根据参数选择相关模块组合，可实现标准系列产品快速设计、非标产品不同模块互换、快速变型设计、个性化定制，缩短报价及设计周期，满足批量产品需求量大、种类多、周期短的要求，也可节省大量人力物力，获得显著的经济效益。