技術文集

起重小車的輕量化與碳纖維應用設想

 我國起重機製造技術與國際水平差距很大,國內的起重機輕量化領域還要很大的提升空間,起重小車就是一個典型例證,如QD型起重機的10t小車重量為3.424t,而歐式起重機的10t小車重量僅為770kg,還不到QD型小車質量的25%,由此可見,起重小車這一部件蘊藏著巨大的減重潛力。作為橋式起重機與門式起重機的主要部件,起重小車還對整機的工作性能和製造成本有著極其重要的影響,因此,該部件的減重也是起重機輕量化設計的關鍵所在。目前,對起重小車的研究主要集中在結構設計的輕量化方麵,通過新材料減重的途徑鮮有人嚐試。下文就簡單介紹一下碳纖維材料的性能及其在起重小車部分的應用設想。

作為新一代增強纖維材料,碳纖維具有許多優良性能,最顯著的特征就是其“外柔內剛”,材質密度低、比性能高,質量比金屬鋁輕,但軸向強度和模量卻高於鋼鐵,它與環氧樹脂等基體結合形成的碳纖維複合材料比重不到鋼的1/4,但抗拉強度一般都在3500Mpa以上,是鋼的7-9倍。憑借著高強度、低密度的性能優勢,由碳纖維複合材料製作成的各種結構件已廣泛應用於航空、汽車、軌道車輛等多個領域,輕量化效果受到了多個行業的肯定和歡迎。

 當前我國生產的標準起重小車的小車架,均由2根端梁和多根橫梁及許多小筋板焊接成一個剛性框架,上麵鋪以鋼板。這種起重小車架不但質量大,成本高,結構複雜,焊接工藝性差,製造困難,而且輕載時容易三點著地,造成小車起製動車身扭擺,起吊物擺動,輪壓不均,車輪啃軌,車輪磨損程度不一致等問題,還不易進行產品係列化和模塊化設計。

 而歐式起重機小車架通常設計成由一根橫梁和兩根端梁組成的H型三梁結構。橫梁置於兩端梁跨中,用螺栓及銷軸將主、副起升機構分別固定於兩側,兩縱梁端部做出軸孔與軸承座,用以安裝小車主、被動車輪組;小車運行機構減速器橫臥安裝於縱梁內側,小車架的橫梁和縱梁可采用鋼板衝壓成“匚”型後再蓋以一鋼板焊成箱形,橫梁一端用緊固螺栓與縱梁連接,另一縱梁鉸接,允許它們之間有微小的相對轉動。

 在歐式起重機小車架H型三梁結構的基礎上,設想以碳纖維複合材料為原材料,采用一體化成型方式製成上述“匚”型加蓋的箱式結構,減少焊接的工序,隻在需要固定或者需要轉動的位置采用預埋等方式連接金屬件,也用緊固螺栓和鉸鏈等連接需要微轉動的部位,這樣是否能同時繼承歐式起重小車架構造簡單、結構緊湊和碳纖維複合材料製造方便、大幅度減輕自重的優點?

 根據碳纖維複合材料在飛機、汽車、高鐵等中的應用實例來看,如能將碳纖維複合材料應用於起重小車這樣的結構部件中,其減重效果絕不會令人失望。無錫威盛新材料科技有限公司擁有將碳纖維複合材料應用於高鐵結構件、新能源汽車鋰電池箱體、汽車吸能盒等多個成功案例,該公司一直以推進碳纖維製品的市場應用為己任,“樱桃视频在线看期望能將碳纖維複合材料應用於更多的領域,最大可能地發揮出碳纖維材料的輕量化作用”,他們自己也說,“成型工藝和製造技術方麵的障礙也許是巨大的,但是隻要設想有實踐的價值,一切努力都值得樱桃视频年龄18禁止免费付出。”對起重機製造來說,起重機金屬結構約占整機成本的1/3,占整機重量40%-70%,大型起重機可達90%以上,由於其為移動式機械,減輕自重,就等於直接減輕整個機械的負荷,減少能耗。如果能將碳纖維複合材料成功應用於起重小車的設想有實踐意義的話,也許國產起重機的大幅度減重目標也不會遙不可及了。

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