起重机

背景

起重机是一种能够升降重物并水平移动它们的机器。起重机有别于提升机，提升机可以提升物体但不能侧向移动。起重机也有别于输送机，后者在连续过程中提升和移动散装材料，例如谷物和煤炭。起重机这个词来源于这样一个事实，即这些机器的形状类似于同名的高大长颈鸟。

人类自古以来就使用各种各样的装置来举起重物。最早开发的起重机版本之一是 shaduf，大约 4000 年前首次用于在埃及移动水。 shaduf 由一根长的、可旋转的梁组成，该梁在垂直支撑上保持平衡。梁的一端装有一个重物，另一端装有一个桶。用户将水桶拉到供水处，将其装满，然后让重量将水桶向上拉。然后将光束旋转到所需位置并清空铲斗。沙杜夫仍在埃及和印度的农村地区使用。

早在公元一世纪，就建造了由人类或动物操作跑步机或大轮子提供动力的起重机。这些早期的起重机由一根长木梁组成，称为吊臂，连接到旋转底座。轮子或跑步机为鼓提供动力，鼓上缠绕着绳索。绳子与吊杆顶部的滑轮和吊钩相连。

起重机设计的一个重要发展发生在中世纪，当时在吊臂上增加了一个称为悬臂的水平臂。悬臂以一种允许其枢转的方式连接到吊臂上，从而增加了运动范围。到 16 世纪，起重机配备了两台跑步机，一个位于装有吊臂的旋转外壳的每一侧。

直到 19 世纪中叶蒸汽机被开发出来，起重机仍继续依靠人力或畜力。到 19 世纪末，内燃机和电动机被用于为起重机提供动力。到那时，大多数起重机都使用钢而不是木材来制造。

二十世纪上半叶，欧美起重机的发展方式各不相同。在欧洲，大多数起重机用于街道狭窄的城市，起重机往往以高大​​、细长的塔的形式建造，吊臂和操作员位于塔顶。由于在拥挤的城市中安静运行很重要，因此这些塔式起重机在广泛使用时通常由电动机提供动力。

在美国，起重机经常在远离居民区的地方使用。起重机往往是用连接到手推车的吊臂建造的，手推车可以很容易地从一个地方移动到另一个地方。这些移动式起重机往往由内燃机提供动力。在 1950 年代，更坚固的钢材的出现，加上对更高建筑物的需求增加，导致了带有很长吊臂的起重机的发展，这些起重机连接到小型卡车上，或者是带有履带履带的履带式起重机。许多不同类型的移动式起重机和塔式起重机广泛用于世界各地的建筑工地。

原材料

用于制造起重机的最重要的材料是钢。钢是铁和少量碳的合金。对于不需要非常高强度的结构，使用一种常见的钢，称为碳钢。根据定义，碳钢含有少于 2% 的除铁和碳以外的元素。碳钢以多种形式存在。决定碳钢性能的最重要因素是碳含量，其范围从小于 0.015% 到大于 0.5%。

对于需要高强度的结构，尤其是设计用于提升非常重物体的起重机，会使用各种称为高强度低合金 (HSLA) 钢的材料。 HSLA 钢的碳含量相对较低，通常约为 0.05%。它们还包含少量的一种或多种其他增加强度的元素。这些元素包括铬、镍、钼、钒、钛和铌。除了坚固之外，HSLA 钢还耐大气腐蚀，比碳钢更适合焊接。

根据起重机的确切设计，制造中可能会使用多种其他材料。天然或合成橡胶用于制造移动式起重机的轮胎。某些结构部件可由各种金属制成，例如青铜和铝。电子元件可能包括用于电线的铜和用于电子电路的半导体元件，例如硅或锗。可以使用的其他材料包括陶瓷和高强度塑料。

设计

很少有机器能像起重机一样拥有如此广泛的设计。在建造起重机之前，制造商必须考虑将使用它的地点以及它需要提升的重量。此外，起重机经常被修改以适应用户的需要。基于这些原因，可以毫不夸张地说，没有两台起重机是完全相同的。

用于工业目的的起重机通常被设计成永久地留在一个地方。这些起重机通常执行可以自动化的重复性任务。一种重要的工业起重机是桥式起重机。小车在连接到两个水平梁（称为桥）的轨道上行驶，使桥式起重机能够移动。通常，桥梁本身可以沿着一对平行的轨道移动，使起重机能够到达一个大的矩形区域。桥式起重机也可以设计成桥的一端由中心枢轴支撑，而另一端在圆形轨道上移动，从而可以到达一个大的圆形区域。

桥式起重机是一种轨道位于高出地面的桥式起重机。桥式起重机通常由建筑物的天花板支撑，其优点是不会在工作区域造成障碍。

建筑中使用的起重机通常执行各种任务，必须由技术娴熟的操作员控制。建筑起重机分为移动式起重机和塔式起重机。移动式起重机安装在卡车或履带车上，以便从一个地方移动到另一个地方。铰接式起重机是一种移动式起重机，其中吊臂的两个部分之间有一个接头，使其能够以类似于人手指关节的方式移动。铰接式起重机通常用于提升距离相对较短但运动范围较广的物体。伸缩式起重机是一种移动式起重机，其中吊臂的两个或多个部分可以伸缩，从而改变吊臂的长度。伸缩式起重机的通用性不如铰接式起重机，但通常能够提升距离更远的较重物体。

塔式起重机用于高层建筑的建造。它们在施工开始时安装，并在建筑物完工时拆除。外部塔式起重机安装在建筑物外。随着建筑物高度的增加，通过提升起重机的上部并在其下方添加新的塔架部分来提升起重机。内部塔式起重机安装在 移动式起重机。建造。随着建筑物高度的增加，通过将起重机的底座提升到建筑物内的更高水平来提升起重机。

制造
过程

制作钢构件

• 1 钢水是通过在熔炉中熔化铁矿石和焦炭（一种富含碳的物质，在没有空气的情况下加热煤时产生的物质），然后通过将氧气喷射到液体中来去除大部分碳而制成。然后将钢水倒入大型厚壁铁模中，在那里冷却成钢锭。
• 2 为了成型板材和片材等扁平产品，或棒材和棒材等长材，在巨大的压力下在大辊之间成型钢锭。空心管，例如用于形成大型起重机的桁架臂的空心管，可以通过弯曲钢板并将长边焊接在一起制成。它们也可以通过用旋转钢锥刺穿钢棒制成。

  外置式塔式起重机。

• 3 用于提升重物的缆绳由钢丝制成。为了制造线材，钢首先被轧制成长杆。然后将杆拉过一系列模具，将其直径减小到所需尺寸。然后将几根电线绞在一起形成电缆。
• 4 钢材到达起重机制造商并接受检查。它存储在仓库中，直到需要为止。稍后将被组装到起重机中的许多不同部件是使用各种金属加工设备制造的。车床、钻头和其他精密机器用于根据需要对钢进行成型。

组装起重机

• 5 起重机由必要的组件组装而成。当起重机沿着装配线移动时，钢部件被焊接或螺栓固定到位。在此过程中遵循的确切程序因正在组装的起重机类型而异。对于移动式起重机，然后将组件组装到适当类型的标准化卡车或履带上。
• 6 组装好的起重机经过测试和装运。根据起重机的大小和类型，它可能会分解成多个小节，以便在现场组装。它也可以用特殊的大型卡车整体运输。

质量控制

安全是起重机制造过程中最重要的考虑因素。用于制造起重机的钢材经过检验 一台内部塔式起重机。确保它没有会削弱起重机的结构缺陷。还检查焊缝和螺栓接头。

美国政府通过职业安全与健康管理局制定了具体规定，以限制特定起重机可以提升的重量。美国起重机制造商协会制定了自己的安全标准，这些标准超出了政府的要求。起重机内的特殊装置可防止用户尝试举起超出允许范围的重量。

一台完整的起重机首先在没有重量的情况下进行测试，以确保其所有组件正常运行。然后用重物对其进行测试，以确保起重机能够在不失去稳定性的情况下提升重物。

安全最终取决于起重机的正确使用。起重机操作员必须经过专门培训，必须通过特定测试，并且必须检查是否存在任何视觉或身体问题。每个工作班次都应检查起重机，每月对电机和起重设备进行更彻底的检查。起重机操作员必须了解环境的变化，以避免发生事故。例如，不应在大风条件下使用起重机。

未来

起重机制造商不断寻求新方法将新技术融入其产品中。未来的起重机将通过计算机和视频屏幕提高安全性和多功能性，这将使操作员能够更准确地移动重物。

从马里兰州盖瑟斯堡国家标准与技术研究所的 James S. Albus 最近开发的一种不寻常的起重机中可以看出未来的迹象。斯图尔特平台独立驱动环境机器人 (SPIDER) 看起来与普通起重机完全不同。相反，SPIDER 的形状像一个八面体（一种菱形固体，由八个三角形组成，它们以两个四棱锥的形式连接在一起）。六个滑轮从 SPIDER 的顶层支撑六根电缆。电缆操纵 SPIDER 的下层，该 SPIDER 连接到工具或抓握装置。六根电缆可以一起或独立操作，允许下层向各个方向移动。 SPIDER 可以将重物提升到距离所需位置 0.04 英寸（1 毫米）以内，并将它们保持在所需角度的二分之一度以内。 SPIDER 最多可以举起自身重量的六倍。