我國(guó)起重機(jī)制造技術(shù)與國(guó)際水平差距很大，國(guó)內(nèi)的起重機(jī)輕量化領(lǐng)域還要很大的提升空間，起重小車就是一個(gè)典型例證，如QD型起重機(jī)的10t小車重量為3.424t，而歐式起重機(jī)的10t小車重量?jī)H為770kg，還不到QD型小車質(zhì)量的25％，由此可見，起重小車這一部件蘊(yùn)藏著巨大的減重潛力。作為橋式起重機(jī)與門式起重機(jī)的主要部件，起重小車還對(duì)整機(jī)的工作性能和制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(jī)輕量化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。目前，對(duì)起重小車的研究主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的輕量化方面，通過新材料減重的途徑鮮有人嘗試。下文就簡(jiǎn)單介紹一下碳纖維材料的性能及其在起重小車部分的應(yīng)用設(shè)想。
作為新一代增強(qiáng)纖維材料，碳纖維具有許多優(yōu)良性能，最顯著的特征就是其“外柔內(nèi)剛”，材質(zhì)密度低、比性能高，質(zhì)量比金屬鋁輕，但軸向強(qiáng)度和模量卻高于鋼鐵，它與環(huán)氧樹脂等基體結(jié)合形成的碳纖維復(fù)合材料比重不到鋼的1/4，但抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7-9倍。憑借著高強(qiáng)度、低密度的性能優(yōu)勢(shì)，由碳纖維復(fù)合材料制作成的各種結(jié)構(gòu)件已廣泛應(yīng)用于航空、汽車、軌道車輛等多個(gè)領(lǐng)域，輕量化效果受到了多個(gè)行業(yè)的肯定和歡迎。
當(dāng)前我國(guó)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)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(gè)剛性框架，上面鋪以鋼板。這種起重小車架不但質(zhì)量大，成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接工藝性差，制造困難，而且輕載時(shí)容易三點(diǎn)著地，造成小車起制動(dòng)車身扭擺，起吊物擺動(dòng)，輪壓不均，車輪啃軌，車輪磨損程度不一致等問題，還不易進(jìn)行產(chǎn)品系列化和模塊化設(shè)計(jì)。
而歐式起重機(jī)小車架通常設(shè)計(jì)成由一根橫梁和兩根端梁組成的H型三梁結(jié)構(gòu)。橫梁置于兩端梁跨中，用螺栓及銷軸將主、副起升機(jī)構(gòu)分別固定于兩側(cè)，兩縱梁端部做出軸孔與軸承座，用以安裝小車主、被動(dòng)車輪組；小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)減速器橫臥安裝于縱梁內(nèi)側(cè)，小車架的橫梁和縱梁可采用鋼板沖壓成“匚”型后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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
在歐式起重機(jī)小車架H型三梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)想以碳纖維復(fù)合材料為原材料，采用一體化成型方式制成上述“匚”型加蓋的箱式結(jié)構(gòu)，減少焊接的工序，只在需要固定或者需要轉(zhuǎn)動(dòng)的位置采用預(yù)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(zhuǎn)動(dòng)的部位，這樣是否能同時(shí)繼承歐式起重小車架構(gòu)造簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊和碳纖維復(fù)合材料制造方便、大幅度減輕自重的優(yōu)點(diǎn)？
根據(jù)碳纖維復(fù)合材料在飛機(jī)、汽車、高鐵等中的應(yīng)用實(shí)例來看，如能將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于起重小車這樣的結(jié)構(gòu)部件中，其減重效果絕不會(huì)令人失望。無錫威盛新材料科技有限公司擁有將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于高鐵結(jié)構(gòu)件、新能源汽車鋰電池箱體、汽車吸能盒等多個(gè)成功案例，該公司一直以推進(jìn)碳纖維制品的市場(chǎng)應(yīng)用為己任，“我們期望能將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于更多的領(lǐng)域，最大可能地發(fā)揮出碳纖維材料的輕量化作用”，他們自己也說，“成型工藝和制造技術(shù)方面的障礙也許是巨大的，但是只要設(shè)想有實(shí)踐的價(jià)值，一切努力都值得我們付出?！睂?duì)起重機(jī)制造來說，起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)約占整機(jī)成本的1/3，占整機(jī)重量40％-70％，大型起重機(jī)可達(dá)90％以上，由于其為移動(dòng)式機(jī)械，減輕自重，就等于直接減輕整個(gè)機(jī)械的負(fù)荷，減少能耗。如果能將碳纖維復(fù)合材料成功應(yīng)用于起重小車的設(shè)想有實(shí)踐意義的話，也許國(guó)產(chǎn)起重機(jī)的大幅度減重目標(biāo)也不會(huì)遙不可及了。