基于 DMR 产品的葫芦设计理念分析

本文选自《起重运输机械》杂志，如需转载，请注明出处作者：洪秋华、赵定元摘 要：以电动葫芦 DMR 产品为参考，分析了其产品的基本参数，然后分别从产品模块化，轻量化，色彩学，绿色设计，智能化，高可靠性六大方面对 DMR 葫芦进行了阐述，进而对其先进性，独特性葫芦设计理念进行了总结，为将来在工业 4.0 阶段葫芦设计提供了一种方向性的基础研究。关键词：DMR ；模块化；轻量化；工业色彩学；智能化中图分类号：TH211+.3 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2019）02-0079-05Abstract: Based on Demag DMR electric hoist, this paper presents the basic parameters, describes the product from the six aspects of modularization, lightweighting, chromatics, green design, intelligentization and high reliability, and summarizes the advanced and unique design concepts. It provides a basic research for hoist design based on Industry 4.0 in the future.Keywords: DMR; modularization; lightweighting;industrial chromatics; intelligentization0 引言钢丝绳电动葫芦属于一种可以批量化生产的轻小型特种起重设备，它可以与单双梁、悬挂式、门式和旋臂起重机等组合为各种各样的设备。DMR 葫芦是基于全球平台一体化产品，本文重点介绍 DMR 葫芦设计理念的独特性和先进性。1 DMR 产品初步了解首先初步了解 DMR 葫 芦， 它 共 有 5 个 基 型，DMR_3/5/10/16/20。额定起重量 1t ～ 50t，工作级别1Bm ～ 4m，额定起升高度 4.3 ～ 54m，滑轮组倍率有2/1、4/1、4/2、6/1、8/1、8/2、12/2。其起升机构就有两种结构形式：C 型和直线型。（见图 1）对于起升机构应用不同的场合，两种结构又分别有标准净空单梁葫芦（EU）、低净空葫芦（EK）、固定式葫芦（G/F）、双梁葫芦（EZ）等组合。看上去和前几代产品差不多，其实这一代葫芦囊括了前几代葫芦，并进行了扩充发展，基本覆盖了市场应用场合，“一款葫芦，两种设计，多种可能”。这款产品在整个设计过程中，集最新的工业设计理念，并结合起重机发展趋势，把不断创新的理念融于其中。2 理念分析2.1 模块化设计DMR 的“M”即 modular，模块化设计是这款产品的首要体现。在起重机葫芦设计中，能够取代旧式整机设计方法，利用功能相同的葫芦零部件组合成标准化模块，选取几个不同功能的模块组合，可以形成满足客户要求的定制葫芦。它不仅缩短了产品研发和制造周期，而且方便了后期升级维修。首先 DMR 葫芦上，把卷筒及 foot-flange 和展开式齿轮器和同轴式减速器分别组成了 C 型起升机构和直线型起升机构。以此为基础，配合不同的部件，组成了各种各样的形式。如图 2。在起升电机中第一次引用了封闭式 coupling 概念，将电机和减速器独立设计，利用公司开发的联轴器把它们连接在一起。对售后来说，常见的电机和齿轮器是直连的，若拆电机的话，齿轮器会漏油。在现场维修时，多为高空操作，这样整个流程不人性化，而现在更换电机就变成了及其容易的事情。其次在电机旋转不仅降低了电机对齿轮器冲击，而且也提高了其使用寿命。最后在输出轴上，可以安装不同的检测设备，实时监控电机和减速器的部分功能，实现智能化监控。对起升电机配备了常用的圆柱形转子电机及需要精确载荷定位的 F10微速子母电机，保证了客户可以按需选择。在行走驱动中，针对不同质量的轨道应用场合的不同，可以选择三种行走驱动方式，常用为普通单驱。在轨道不平整场合，可以采用皮带轮进行双驱动，而在某些特定场合中，预留的第二个驱动安装位置，可以便捷地安装第二个驱动单元。这些附加选择都可以方便地实现现场安装。模块化设计一直贯穿了设计流程，针对客户特殊需求，DMR 也提供了大约 40 种选择，配置灵活，可以按客户的要求量身定制。2.2 轻量化设计轻量化概念是设计人员必须遵循的理念，这个理念来源于赛车运动，它是指产品生产时，优先保证产品机械强度和安全性能，采用新技术和新材料，技术性降低葫芦的整体质量，以实现轻量化。起重机自重降低，轮压也就下降了，厂房的建设也会降低成本。同时本身质量的降低，会带来更好的稳定性和精确性，使用电量也会减少，在葫芦初期加速性能会相对更好。在 DMR 设计中，对各个部件在安全可靠的前提下尽可能采用轻型材料。在起升机构的减速器中，作为最主要受力承载件，以往机械设计中采用铸铁件，现在则采用铸铝件。通过FEA 分析，整机在测试中心进行全方位安全性能测试，确保其可行性。在 DMR_3/5/10/16 系列中，采用铸铝壳体使自重相对降低了 60%。以 EK-DMR 5_H12_4/1 为例，整机的质量为 397.5kg，同样工况下相对于 DR-Pro 质量降低了 7%, 相对于 DR-Bas 质量降低了 23%。EK 低净空葫芦更是大面积采用铸铝件，包括小车腿、行走驱动箱体、电控箱，这样整体质量降低更多。见图 3。塑料尼龙件在葫芦受力较小的位置使用。例如反滚轮上，EK 低净空葫芦起升机构在一侧，重心位置偏移一侧，对于小车侧一般需加配重，DMR 采用类似 DR 的推力反滚轮，其材料就是尼龙，并在里面增加了耐磨剂，从而减小了外形尺寸，降低了葫芦自重。导绳器在钢丝绳运动中起着关键的安全作用，该产品的导绳器中超过 90％部件采用尼龙件，DMR 导绳器铸件工程塑料比较特殊，其中加入了耐磨损添加剂及润滑剂，特点是高强度，高韧抗断，耐酸耐磨。同时，钢丝绳出绳位置有特制滚珠滚子轴承压紧轮，它表面经过硬化处理，方便钢丝绳柔顺快速移动，斜拉角度最大能达到 ±4°而不接触导绳器。2.3 色彩学理念设计一款被市场认可成功的产品，在于其优异的结构形式，更加体现色彩设计的完美性。色彩学就是利用丰富多彩的颜色，通过人的视觉感官，让人在使用该产品时候，感觉其动态美和静态美。DMR 葫芦作为工业产品，不仅是一种工业使用设备，同时也是工业美学产品，它的色彩美观大方，协调，满足使用者的精神需求，提高了整体工作效率，这也是工业产品的升华。在 DMR 产品中，葫芦本体大面积采用天蓝色，天蓝色的色感既朴实而又内向，有助于人脑冷静，即使长时间观看，仍然感觉其有较强个性。对操作者而言，头顶上的蓝色就是天上的云，感觉一个深远、平静的空间。工业设计用色定义上，黄色用来提示留意或告知危险。运动件吊钩罩壳采用黄色，给人敏感、警示的印象。但只要在黄色中加入少量的黑，罩壳盖上的铭牌就是这样的原理，色感和色性感觉变化很大，其色性也变的成熟、随和，这样尽可能让人心里感到安全。红色在工业设计上用来警告，危险显示，禁止，防火注意，人们只要看到红色标示，就能了解警告危险，提高自己在现场的注意力，电气开关，急停按钮比较醒目突出的标志色彩，保证操作人员在使用设备时进行正确的操作，同时在紧急情况下，操作人员可以及时准确的找到按钮，保证安全生产。在卷筒盖板的颜色选择中，采用了浅灰色系，这样可以减轻操作者长期使用的心理负担。Reeving 系统中，由于上滑轮在物品起升下降时候不停地旋转，采用了黑色，它与白色相对的 , 在德国，黑色代表了保守，让人感觉有重心感和稳重感，见图 4。利用色彩组合将产品设计理念传达给使用者，加深其对葫芦的印象，增加对品牌的关注度。2.4 绿色设计产品在其整个生命周期内，需着重考虑产品环境属性（再利用性、回收性、拆卸性，维护性等），减少能源污染和环境消耗，并将前面几大要求作为设计目标，满足环境，然后关注产品功能、寿命、质量控制、维护等要求，最终来满足产品和零部件可以回收再生循利用[3]。利用铸件、锻件来设计零件，可以减少机加工，整体外观也更加美观和谐。同时，像铸件废料也可以制造现场再利用，减少了能源损耗。例如车轮采用 QT-400材料，球墨铸铁密度为 7.3，比普通钢轻约 10％ , 铸造时无残留应力 , 易切削，耐磨耐冲击、对缺口敏感性低、减振性好、延展性好。在设计时，车轮材料有很多选择，合金锻钢、铸钢、铸铁，最终选择球墨铸铁，不仅仅有优越的特性，而且车轮与轨道的摩擦，应秉着多磨损自己、减少轨道磨损的理念，因为更换厂房整个轨道所花费的成本，远远大于更换葫芦车轮的成本。DMR 葫芦设计过程中，部分零件设计也遵循绿色理念。在吊钩设计，滑轮带有可移动式塑料钢丝绳防护装置，它符合了人体工程学，而且对比 DR 葫芦上的类似装置，有了提高，它不但具有其相同的功能，而且在长期使用后（大于 5 年）无须拆卸钢丝绳也可以快速更换。这样方便了售后维修人员，见图 5。纵观常用的 EK-DMR 系列葫芦，会发现没有焊接，也没有焊点，这是与其他型号葫芦不一样的地方。没有焊接，意味着不会出现各种各样的焊接缺陷及受力集中，而在现场装配时，工人工作环境条件也可以有效提高，大大减少了环境污染。2.5 智能化设计对产品运行安全，客户生产高效是公司一贯坚持的理念，智能化控制在当今设计领域大行其道，近几年各种控制系统的不断创新。智能化不是一个零件就能体现的，而是整套系统，利于机电一体化技术，通讯互联网技术而组成。在电气设计中，采用 CAN-Bus 总线技术，在原有的基础上，集大成开发一套 SafeControl 控制系统，这套系统功能主要有钢丝绳松绳监控，目标定位，联动模式，旁路控制，区域载荷识别，实时远程诊断等，利用这套系统可在 StatusBoard 更加直观地实时监测其运行参数，监控葫芦实际使用状况（见图 7）。同时，电缆由原来的 16 根线变成了 6 根线，降低布线成本，减少各种电缆数量，并减小导线束横截面面积，降低硬件成本。而且对操作者来说，手电门重量得到大大减轻，降低了体力使用。利于限位开关与脉冲发生器等组成的 GES 系统，它可检测起升位置，速度和角度，在 GES 系统上增加葫芦提升距离累计计数器，通过电控系统计算葫芦各种工况下使用时间，以及剩余的安全时间，最重要的是后台 PLC 可以算出葫芦的大修周期以及最后报废期限，选择最佳的预防性保养时间（见图 6）。它可以应对现代生产和物流工艺中各种各样的需求，同时可以额外增加扩展功能，为工业 4.0 做基础准备。2.6 高可靠性设计产品的高可靠性是用户人身安全健康的重要保障，是设计师设计产品的关键元素。在设计产品过程中，在设计阶段就要全方位考虑设备的安全使用性，消除一切不安全因素，高质量的产品往往更注重安全性。钢丝绳电动葫芦日常使用工况复杂，操作者经常不规范使用，保养阶段也是不能满足预定要求，会造成严重的安全隐患。因此在安全可靠性设计上尽可能周全，但又不能过量，否则会造成葫芦自重增加，控制系统更加复杂。一般情况下，在关键部位进行 2 ～ 3 重保护即可。对于低净空葫芦的防坠，小车车轮轴承在使用过程中，极少情况下（突发重载，冲击等）会突然破损，这种情况下需要保证带载葫芦整体不能掉落，故有第一道屏障轴承轴来支撑，若轴承轴断裂，还有第二道保护：防坠挡板来进行冗余安全保护，而且防坠挡板有部分防止侧面冲击的功能。还有对钢丝的缠绕极限位置的控制，上升和下降极限限位在操作者正常使用中经常遇到问题。DMR 葫芦不仅通过操作者培训，钢丝绳和导绳器控制，而且还选用了精密减速器限位开关 limitswitch，它的功能有错相保护，其调整精度达到 ±2°，当起升吊钩在上极限、下极限时后台自动切断电机电源（见图 8）。在特殊应用场合中，DMR 增加一套卷筒制动器系统来保证被吊物体和人员的安全性。它的工作原理：卷筒端部增加一套棘轮和滚轮棘爪装置（见图 9）。正常运行时，棘轮和支架上滚轮相互贴合住，此时没有制动功能，当卷筒某个时间点下降速度超过设定值时，由于棘轮的特殊圆形，可以通过离心力作用，把支架上的滚轮甩出去，滚轮的另一侧棘爪就会卡住棘轮，让卷筒缓慢停止下来，这样维护人员可以排除故障，恢复正常运行。这套系统也是公司自主开发的，解决了客户的安全需求。3 结束语电动葫芦在前后几十年一直以安全、智能、高效和可维护为发展方向，这也是 DMR 的设计理念。新一代DMR 钢丝绳电动葫芦采用了新技术，新工艺、新材料、新方法，在以人为本的前提下，适用于各种领域的定制需求，适应了全球一体化设计制造的发展战略，向模块化，轻量化发展。在钢丝绳葫芦领域，向工业 4.0 发展大大前进了一步。在参与研发这款葫芦中，自身收获极大，一个技术型企业的发展靠的是持续不断的技术创新。产品的开发不是全部推翻，一步建成，而是在继承前几代产品的基础上，经验的不断堆积而爆发形成的具有革命性的产品。参考文献[1] 肖灵机，戴爱明. 复杂产品模块化与供应链协同研究[M]. 北京：人民出版社，2010.[2] 须雷 . 新型 DR 钢丝绳电动葫芦 [J]. 起重运输机械，2006 （9）：27-31[3] 百度百科 . 绿色设计 [EB/OL].举报/反馈发表评论发表作者最新文章高定位精度的第三代核环行起重机运行系统 刚柔耦合动力学仿真01-2014:40液压挖掘机转台有限元分析与疲劳强度评估01-2014:33SPMT 液压平板车车板变形有限元计算与仿真模拟01-2014:31相关文章消息称荣耀正开发新智能手机系列，可以运行谷歌服务全国文化和旅游投融资项目遴选出320个项目 广西14个项目入选 排名全国第六广州中医药大学第八临床医学院落户佛山市中医院，将在今年高考首次招生中疾控提倡：在家就餐，减少外出就餐2020年北京市场总消费额同比降6.9%，网上零售增三成

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