机械工程学科前沿
内容名称： 起重机方向 院 系： 机械学院 班 级： 研1402班 姓 名： 李启宇 学 号： S20140162 授课教师： 徐格宁 时 间： 2015.7.6
太原科技大学
一、起重机概述
起重机含塔式移动式)是建筑行业的主要设备。起重机的发展在我国已经有近五十年的历史,五十多年来.基本的机械结构(工作装置、回转装置,行走机构等).就其形式和外观形状没发生显著变化,这是由于起重机的基本工作原理和性能没有本质的改变估计在以后,这三个主要方面也不会有本质的变化。 1.1起重机起源
起重机源于西欧后经原苏联,传入我国;从整个发展过程看国内的塔式起重机.履带起重机.虽然品种很多,但是大部分都是仿制国外样机,测绘而成,因此.在设计过程中存在“复制有余创新不足”的现象。这与当前形势是不适应的,与国家科技工作的指导方针是相违背的,为此,必须加强自主创新设计出具有自己知识产权的起重机,将是摆在目前设计工作者、教育工作者的首要任务。 1.2与国外的差距
我国起重机与国外相比.存在四大差距: (1)规模差距起重机属于小批量产品,不易实现规模化生产.而规模小就难以实现规模效益使研发、销售、服务等整个价值链规模偏小。 (2)吨位差距德国利渤尔公司生产的履带起重机,吊重能力为350一1200t,吊重高度可达226m最大工作半径为164m。世界上的塔式起重机最大吊矩达,500tm。
(3)性能差距国产品牌的可靠性,结构性能,整机性能还有待进一步完善提高。 (4)销售差距国外销售额太小,应多向国外销售特别是向发展、发达国家销售,占领国际市场。 1.3起重机的发展方向
起重机涉及到相关的配套件有发动机、电动机、材料、控制元件、液压元件;在设计技术上,涉及到控制技术、液压技术;在设计理论上涉及到设计原理、固体力学、结构力学、优化理论、统计动力学等。起重机总体性能先进与否,不但是一个国家工业水平的体现.也是一个国家科学技术水平发展过程的体现。起重机的发展应朝着大型化和高精尖方向发展。其发展方向基本分为大型化、信息化、智能化、数字化、网络化。
二、太原科技大学校史
太原科技大学创办于1952年的山西省机械制造工业学校。1953年学校划归国家机械工业部，并更名为太原机械制造学校。1960年：学校升格太原重型机械学院。1965年：大连理工大学（起重运输专业）、沈阳工业大学（起重运输专业）并入太原重型机械学院。2004年：太原重型机械学院更名为太原科技大学。2004年：山西综合职业技术学院化工分院，并入太原科技大学。
科大机械学院现有机械设计制造及其自动化（包括起重运输机械、工程机械、冶金机械、矿山机械、机械制造工艺与设备、流体传动与控制六个专业方向）、机械电子工程、车辆工程和工业设计4个本科专业。其中，机械设计制造及其自动化专业为“国家管理的专业点”、“全国高等学校特色专业建设点”、山西省首批“本科品牌专业”，该专业于2011年通过国际工程教育专业认证，是当时普通本科院校中第一个通过认证的机械类专业。该专业在为我国重大技术装备制造业，特别是为起重运输和工程机械行业培养了大批高级工程技术人才，形成了鲜明的专业特色。拥有机械工程一级学科博士学位授予权（2013年参加教育部第三轮学科评估，在102家参评单位中，综合评价位列第43位），机械工程一级学科硕士学位授予权，农业机械化工程二级学科硕士学位授予权。
学院现有机械实验教学示范中心（国家级实验教学示范中心），机械设计基础实验教学中心（山西省本科高校基础课示范实验室）、山西省虚拟仿真实验教学示范中心“起重运输与工程矿山机械虚拟仿真实验教学示范中心”。机械工程实验中心；拥有太原科技大学-太原重型机械集团-国家级大学生校外实践基地。另有多台特色实验设备和系统，为人才培养、科学研究提供了良好的条件。
太原科技大学材料科学与工程学院设有材料成型及控制工程、焊接技术与工程、冶金工程、材料科学与工程、无机非金属材料工程、材料物理等9个本科专业（方向），现有国家特色专业1个，山西省特色专业2个。学院研究生培养设有“材料科学与工程”一级博士点学科（包括材料学、材料加工工程、材料物理与化学等二级学科）和“钢铁冶金”二级硕士点学科，还具有“材料工程”领域的工程硕士授予权。其中“材料加工工程”为原机械部重点学科、山西省重点学科。
学院拥有“冶金设备设计理论与技术重点实验室”省部共建国家重点实验室培育基地、“重型机械教育部工程研究中心、4个省级工程中心和5个研究所等科研与研究生培养机构。其中博士生导师11人，硕士生导师67人，在校博士研究生35人，硕士研究生247人。学院是中国机械工业教育协会材料加工工程教学指导委员会副主任、中国塑性工程学会常务理事、大锻件学术委员会主任、山西省锻压学会理事长、山西省铸造学会和焊接学会副理事长等挂靠单位。
近年来，学院以“建设高水平教学研究型学院”为发展目标，在学科建设、科学研究及人才培养等重点工作中取得了标志性成效。学院近5年承担国家“973”、国家科技重大专项、国家自然科学基金重点项目等国家级项目及山西省重大科技专项等省部科研课题200余项，获得国家科技进步二等奖1项、国家技术发明二等奖1项，在大型轧钢成套装备、材料加工设备与集成制造技术、大型锻造理论与新技术、轻质高强金属结构材料和功能材料等方面形成了鲜明的特色和优势。
二、全生命周期的起重机的绿色化展望 1.教授内容
徐教授主要从“基于起重机全生命周期绿色化思路”方面进行了深入的分析与讲解。随着我国不可再生能源的不断消耗；资源危机意识的不断加深，产品的绿色化设计及生产理念应运而生。对于机械行业而言，提倡产品的全生命周期绿色生产显得尤为重要。徐教授指出，起重机械的绿色化必须从设计阶段抓起，通过设计创新支撑。徐教授还对我国和日本的垃圾分类处理方法进行分析对比，说明我国在能源的利用率方面还有很大的上升空间。同时，通过对传统的起重机械与绿色化产品的对比，指出绿色设计生产对节约能源有着重大贡献。
近10年来，我国起重机械制造行业发展迅速，年均增长约20%。但是过分追求速度和规模也造成了行业产能过剩、结构不合理、产品同质化等暗伤，这种情况在过去两年表现得非常明显，给行业造成了 很大的压力。
徐老师介绍，起重机械是现代化生产不可缺少的组成部分，为促进社会进步，助力经济发展，减轻劳动强度，提高劳动生产率，起到 了重大作用。在从原材料到产品的生产过程中，起重机械的物料搬运量通常是产品重量的几十到数百倍。据工业部门统计，机械加工业每生产1吨产品，需要在加工过程中搬运50吨物料，
在铸造过程中搬运 80 吨物料。起重运输费用在传统行业中也占有较高的比例，如机械制造业的起重运输费用占全部生产费用的 15%-30%，冶金行业占 35%-45%，交通运输行业占总运输费的 30%-60%。因此，起重机械自身技术的发展及能效的提升不仅关系到起重机械的转型升级，也影响到其他领域的生产效率提升。
目前，中国起重机械行业的发展模式仍比较粗放，技术创新能力薄弱，产品设计仍然缺乏绿色、轻量化的意识，总体上仍然大而不强。徐老师指出，借助高端制造发展的东风，通过产业升级和技术进步，催生起重机械向高端化发展，对起重机械行业而言，既是机遇，更是 挑战。
起重机械作为解放人类自身的一种物料搬运装备，随着人类的需求和时代的发展，有一个从低端到中端再到高端的技术发展过程。在 设计之初，人们对起重机械的思考只有一个，那便是如何搬运物料。随着科学与技术的发展，人们对起重机械有了更多的要求，徐老师认为绿色、轻量化便是起重机械未来高端化发展的一个重点。 在徐老师眼中，起重机械的绿色、轻量化体现在其机械制造的全生命周期内。从设计之初，就应该有绿色、轻量化的意识，并将此贯 彻到整个起重机械的使用过程中。徐老师举例说：“以厂房内的桥式起重机为例，由于技术的进步，目前吊运车的体积已经大大缩小。吊 车体积缩小，吊梁高度可随之降低，厂房高度也可以降低，进而厂房建设的成本也可减少。不仅实现了起重机械的绿色、轻量化，而且可 以节约建筑材料。”他认为，对起重机械的绿色、轻量化评价不仅包括其由于某一项技术的创新而带来的机械自身的节能降耗，还要包括其对整体项目的节能降耗的贡献。“一些人对起重机械的质量判断存在误区，认为用材多、体积大的起重机械质量相对较好。但实际不然。” 徐老师解释道，“我们自主设计的桅杆式起重机，真正体现了绿色、轻量化的理念，我们在原有桅杆式起重机的基础上，增加了 1 个装置，其倾覆力矩增加了不到40%，但承重量增加了 100%。也就是说，现在只需要不到 1 个半的起重机原材料，就可以制造出1个相当于2个起重机承重量的起重机。”
2.全寿命起重机
2.1起重机能耗的分析
任何设备在整个生命周期中所有能耗由设计、制造、使用、维护环节中需要的能耗组成。在上述生命周期各个阶段中，使用阶段的能耗是最大的。起重机的能耗状况也这样，在起重机使用阶段能耗最多。根据相关文献，起重机使用阶段主要的能耗因素有起重机自身的因素和起重机的使用情况。 2.2起重机自身的能耗因素
起重机处于工作阶段时总是伴随着能量的输入、损耗、回收和输出。输入的能量一般由电网提供电能，输出的能量机构载重的消耗的位移能，能量的损耗包括起重机自身的一些部件。起重机自身的能耗因素主要包括起升机构的能耗、小车运行机构的能耗和大车运行机构的能耗。小车的起升机构是用来升降重物的，是起重机的重要组成部分之一。通用起重机都是采用电动的起升机构，小车的起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒、定滑轮和钢丝绳等零部件。在起重机处于工作状态时，所需要的动力由电机提供，经过小车起升机构中的机械传动装置，将电机提供的动力最终传递给卷筒组，通过卷筒组上的钢丝绳和滑轮组对重物进行升降，达到起升机构升降的目的。在此工作过程中通过开发先进的监测设备，测量各个零部件的功率损耗。起重机的小车运行机构能够使重物横向运动，主要包括的零部件有传动轴、大齿轮、小齿轮、减速器、电动机、制动器、轴承、主动车轮联轴器、半齿联轴器、补偿轴。在桥式起重机处于工作状态时，所由电动机提供需要的动力，经过机械传动装置，将动力传递到减速器的高速轴端，并经立式三级减速器把电动机的高转速降低到所需的转速后再由低速轴端输出，又通过补偿轴、半齿联轴器、半联轴器与小车主动车轮轴连接，从而带动小车主动车轮的旋转，达到小车横向运送重物的目的。在此工作过程中通过开发先进的监测设备，测量各个零部件的功率损耗。起重机大车运行机构是使起重机沿着轨道做水平方向的运动，包括的零部件主要有从动车轮、主动车轮、联轴器、传动轴、减速器、全齿联轴器、电动机、制动器、开式齿轮、轴承、联轴器、补偿轴。大车行驶的动力由电动机发出，经过机构的机械系统，最终把动力传递到起重机的大车主动车轮组，带动其旋转，完成纵向运行吊物的目的。在此工作过程中通过开发先进的监测设备，测量各个零部件的功率损耗。
3.展望
从起重机能耗出发，分析了起重机在不同工况下的能耗状况，并在分析的基础上建立了基于全生命周期的起重机节能评价指标体系。后期需要开展的工作如下: 1) 通过监测设备，测定所列指标的能耗；2) 利用粗集理论计算起重机指标的权重； 3) 基于模糊优选模型进行起重机节能评价；4) 开发基于 WEB的起重机节能评价系统。
