本文選自《起重運輸機械》雜誌，如需轉載，請註明出處
摘 要：以電動葫蘆 DMR 產品為參考，分析了其產品的基本參數，然後分別從產品模塊化，輕量化，色彩學，綠色設計，智能化，高可靠性六大方面對 DMR 葫蘆進行了闡述，進而對其先進性，獨特性葫蘆設計理念進行了總結，為將來在工業 4.0 階段葫蘆設計提供了一種方向性的基礎研究。
關鍵詞：DMR ；模塊化；輕量化；工業色彩學；智能化
中圖分類號：TH211+.3 文獻標識碼：A 文章編號：1001-0785（2019）02-0079-05
Abstract: 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; intelligentization
0 引言
鋼絲繩電動葫蘆屬於一種可以批量化生產的輕小型特種起重設備，它可以與單雙梁、懸掛式、門式和旋臂起重機等組合為各種各樣的設備。DMR 葫蘆是基於全球平臺一體化產品，本文重點介紹 DMR 葫蘆設計理念的獨特性和先進性。
1 DMR 產品初步瞭解
首先初步瞭解 DMR 葫 蘆， 它 共 有 5 個 基 型，DMR_3/5/10/16/20。額定起重量 1t ～ 50t，工作級別1Bm ～ 4m，額定起升高度 4.3 ～ 54m，滑輪組倍率有2/1、4/1、4/2、6/1、8/1、8/2、12/2。其起升機構就有兩種結構形式：C 型和直線型。（見圖 1）對於起升機構應用不同的場合，兩種結構又分別有標準淨空單梁葫蘆（EU）、低淨空葫蘆（EK）、固定式葫蘆（G/F）、雙梁葫蘆（EZ）等組合。
看上去和前幾代產品差不多，其實這一代葫蘆囊括
了前幾代葫蘆，並進行了擴充發展，基本覆蓋了市場應
用場合，“一款葫蘆，兩種設計，多種可能”。這款產
品在整個設計過程中，集最新的工業設計理念，並結合
起重機發展趨勢，把不斷創新的理念融於其中。
2 理念分析
2.1 模塊化設計
DMR 的“M”即 modular，模塊化設計是這款產品的首要體現。在起重機葫蘆設計中，能夠取代舊式整機設計方法，利用功能相同的葫蘆零部件組合成標準化模塊，選取幾個不同功能的模塊組合，可以形成滿足客戶要求的定製葫蘆。它不僅縮短了產品研發和製造週期，而且方便了後期升級維修。
首先 DMR 葫蘆上，把卷筒及 foot-flange 和展開式齒輪器和同軸式減速器分別組成了 C 型起升機構和直線型起升機構。以此為基礎，配合不同的部件，組成了各種各樣的形式。如圖 2。
在起升電機中第一次引用了封閉式 coupling 概念，將電機和減速器獨立設計，利用公司開發的聯軸器把它們連接在一起。對售後來說，常見的電機和齒輪器是直連的，若拆電機的話，齒輪器會漏油。在現場維修時，多為高空操作，這樣整個流程不人性化，而現在更換電機就變成了及其容易的事情。其次在電機旋轉不僅降低了電機對齒輪器衝擊，而且也提高了其使用壽命。最後在輸出軸上，可以安裝不同的檢測設備，實時監控電機和減速器的部分功能，實現智能化監控。對起升電機配備了常用的圓柱形轉子電機及需要精確載荷定位的 F10微速子母電機，保證了客戶可以按需選擇。
在行走驅動中，針對不同質量的軌道應用場合的不同，可以選擇三種行走驅動方式，常用為普通單驅。在軌道不平整場合，可以採用皮帶輪進行雙驅動，而在某些特定場合中，預留的第二個驅動安裝位置，可以便捷地安裝第二個驅動單元。這些附加選擇都可以方便地實現現場安裝。
模塊化設計一直貫穿了設計流程，針對客戶特殊需求，DMR 也提供了大約 40 種選擇，配置靈活，可以按客戶的要求量身定製。
2.2 輕量化設計
輕量化概念是設計人員必須遵循的理念，這個理念來源於賽車運動，它是指產品生產時，優先保證產品機械強度和安全性能，採用新技術和新材料，技術性降低葫蘆的整體質量，以實現輕量化。起重機自重降低，輪壓也就下降了，廠房的建設也會降低成本。同時本身質量的降低，會帶來更好的穩定性和精確性，使用電量也會減少，在葫蘆初期加速性能會相對更好。在 DMR 設計中，對各個部件在安全可靠的前提下儘可能採用輕型材料。
在起升機構的減速器中，作為最主要受力承載件，以往機械設計中採用鑄鐵件，現在則採用鑄鋁件。通過FEA 分析，整機在測試中心進行全方位安全性能測試，確保其可行性。在 DMR_3/5/10/16 系列中，採用鑄鋁殼體使自重相對降低了 60%。以 EK-DMR 5_H12_4/1 為例，整機的質量為 397.5kg，同樣工況下相對於 DR-Pro 質量降低了 7%, 相對於 DR-Bas 質量降低了 23%。EK 低淨空葫蘆更是大面積採用鑄鋁件，包括小車腿、行走驅動箱體、電控箱，這樣整體質量降低更多。見圖 3。
塑料尼龍件在葫蘆受力較小的位置使用。例如反滾輪上，EK 低淨空葫蘆起升機構在一側，重心位置偏移一側，對於小車側一般需加配重，DMR 採用類似 DR 的推力反滾輪，其材料就是尼龍，並在裡面增加了耐磨劑，從而減小了外形尺寸，降低了葫蘆自重。
導繩器在鋼絲繩運動中起著關鍵的安全作用，該產品的導繩器中超過 90％部件採用尼龍件，DMR 導繩器鑄件工程塑料比較特殊，其中加入了耐磨損添加劑及潤滑劑，特點是高強度，高韌抗斷，耐酸耐磨。同時，鋼絲繩出繩位置有特製滾珠滾子軸承壓緊輪，它表面經過硬化處理，方便鋼絲繩柔順快速移動，斜拉角度最大能達到 ±4°而不接觸導繩器。
2.3 色彩學理念設計
一款被市場認可成功的產品，在於其優異的結構形式，更加體現色彩設計的完美性。色彩學就是利用豐富多彩的顏色，通過人的視覺感官，讓人在使用該產品時候，感覺其動態美和靜態美。DMR 葫蘆作為工業產品，不僅是一種工業使用設備，同時也是工業美學產品，它的色彩美觀大方，協調，滿足使用者的精神需求，提高了整體工作效率，這也是工業產品的昇華。
在 DMR 產品中，葫蘆本體大面積採用天藍色，天藍色的色感既樸實而又內向，有助於人腦冷靜，即使長時間觀看，仍然感覺其有較強個性。對操作者而言，頭頂上的藍色就是天上的雲，感覺一個深遠、平靜的空間。
工業設計用色定義上，黃色用來提示留意或告知危險。運動件吊鉤罩殼採用黃色，給人敏感、警示的印象。但只要在黃色中加入少量的黑，罩殼蓋上的銘牌就是這樣的原理，色感和色性感覺變化很大，其色性也變的成熟、隨和，這樣儘可能讓人心裡感到安全。
紅色在工業設計上用來警告，危險顯示，禁止，防火注意，人們只要看到紅色標示，就能瞭解警告危險，提高自己在現場的注意力，電氣開關，急停按鈕比較醒目突出的標誌色彩，保證操作人員在使用設備時進行正確的操作，同時在緊急情況下，操作人員可以及時準確的找到按鈕，保證安全生產。
在捲筒蓋板的顏色選擇中，採用了淺灰色系，這樣可以減輕操作者長期使用的心理負擔。Reeving 系統中，由於上滑輪在物品起升下降時候不停地旋轉，採用了黑色，它與白色相對的 , 在德國，黑色代表了保守，讓人感覺有重心感和穩重感，見圖 4。
利用色彩組合將產品設計理念傳達給使用者，加深其對葫蘆的印象，增加對品牌的關注度。
2.4 綠色設計
產品在其整個生命週期內，需著重考慮產品環境屬性（再利用性、回收性、拆卸性，維護性等），減少能源汙染和環境消耗，並將前面幾大要求作為設計目標，滿足環境，然後關注產品功能、壽命、質量控制、維護等要求，最終來滿足產品和零部件可以回收再生循利用[3]。
利用鑄件、鍛件來設計零件，可以減少機加工，整體外觀也更加美觀和諧。同時，像鑄件廢料也可以製造現場再利用，減少了能源損耗。例如車輪採用 QT-400材料，球墨鑄鐵密度為 7.3，比普通鋼輕約 10％ , 鑄造時無殘留應力 , 易切削，耐磨耐衝擊、對缺口敏感性低、減振性好、延展性好。在設計時，車輪材料有很多選擇，合金鍛鋼、鑄鋼、鑄鐵，最終選擇球墨鑄鐵，不僅僅有優越的特性，而且車輪與軌道的摩擦，應秉著多磨損自己、減少軌道磨損的理念，因為更換廠房整個軌道所花費的成本，遠遠大於更換葫蘆車輪的成本。
DMR 葫蘆設計過程中，部分零件設計也遵循綠色理念。在吊鉤設計，滑輪帶有可移動式塑料鋼絲繩防護裝置，它符合了人體工程學，而且對比 DR 葫蘆上的類似裝置，有了提高，它不但具有其相同的功能，而且在長期使用後（大於 5 年）無須拆卸鋼絲繩也可以快速更換。這樣方便了售後維修人員，見圖 5。
縱觀常用的 EK-DMR 系列葫蘆，會發現沒有焊接，也沒有焊點，這是與其他型號葫蘆不一樣的地方。沒有焊接，意味著不會出現各種各樣的焊接缺陷及受力集中，而在現場裝配時，工人工作環境條件也可以有效提高，大大減少了環境汙染。
2.5 智能化設計
對產品運行安全，客戶生產高效是公司一貫堅持的理念，智能化控制在當今設計領域大行其道，近幾年各種控制系統的不斷創新。智能化不是一個零件就能體現的，而是整套系統，利於機電一體化技術，通訊互聯網技術而組成。
在電氣設計中，採用 CAN-Bus 總線技術，在原有的基礎上，集大成開發一套 SafeControl 控制系統，這套系統功能主要有鋼絲繩松繩監控，目標定位，聯動模式，旁路控制，區域載荷識別，實時遠程診斷等，利用這套系統可在 StatusBoard 更加直觀地實時監測其運行參數，監控葫蘆實際使用狀況（見圖 7）。同時，電纜由原來的 16 根線變成了 6 根線，降低佈線成本，減少各種電纜數量，並減小導線束橫截面面積，降低硬件成本。而且對操作者來說，手電門重量得到大大減輕，降低了體力使用。
利於限位開關與脈衝發生器等組成的 GES 系統，它可檢測起升位置，速度和角度，在 GES 系統上增加葫蘆提升距離累計計數器，通過電控系統計算葫蘆各種工況下使用時間，以及剩餘的安全時間，最重要的是後臺 PLC 可以算出葫蘆的大修週期以及最後報廢期限，選擇最佳的預防性保養時間（見圖 6）。它可以應對現代生產和物流工藝中各種各樣的需求，同時可以額外增加擴展功能，為工業 4.0 做基礎準備。
2.6 高可靠性設計
產品的高可靠性是用戶人身安全健康的重要保障，是設計師設計產品的關鍵元素。在設計產品過程中，在設計階段就要全方位考慮設備的安全使用性，消除一切不安全因素，高質量的產品往往更注重安全性。鋼絲繩電動葫蘆日常使用工況複雜，操作者經常不規範使用，保養階段也是不能滿足預定要求，會造成嚴重的安全隱患。因此在安全可靠性設計上儘可能周全，但又不能過量，否則會造成葫蘆自重增加，控制系統更加複雜。一般情況下，在關鍵部位進行 2 ～ 3 重保護即可。
對於低淨空葫蘆的防墜，小車車輪軸承在使用過程中，極少情況下（突發重載，衝擊等）會突然破損，這種情況下需要保證帶載葫蘆整體不能掉落，故有第一道屏障軸承軸來支撐，若軸承軸斷裂，還有第二道保護：防墜擋板來進行冗餘安全保護，而且防墜擋板有部分防止側面衝擊的功能。
還有對鋼絲的纏繞極限位置的控制，上升和下降極限限位在操作者正常使用中經常遇到問題。DMR 葫蘆不僅通過操作者培訓，鋼絲繩和導繩器控制，而且還選用了精密減速器限位開關 limitswitch，它的功能有錯相保護，其調整精度達到 ±2°，當起升吊鉤在上極限、下極限時後臺自動切斷電機電源（見圖 8）。
在特殊應用場合中，DMR 增加一套捲筒制動器系統來保證被吊物體和人員的安全性。它的工作原理：捲筒端部增加一套棘輪和滾輪棘爪裝置（見圖 9）。正常運行時，棘輪和支架上滾輪相互貼合住，此時沒有制動功能，當捲筒某個時間點下降速度超過設定值時，由於棘輪的特殊圓形，可以通過離心力作用，把支架上的滾輪甩出去，滾輪的另一側棘爪就會卡住棘輪，讓捲筒緩慢停止下來，這樣維護人員可以排除故障，恢復正常運行。這套系統也是公司自主開發的，解決了客戶的安全需求。
3 結束語
電動葫蘆在前後幾十年一直以安全、智能、高效和可維護為發展方向，這也是 DMR 的設計理念。新一代DMR 鋼絲繩電動葫蘆採用了新技術，新工藝、新材料、新方法，在以人為本的前提下，適用於各種領域的定製需求，適應了全球一體化設計製造的發展戰略，向模塊化，輕量化發展。在鋼絲繩葫蘆領域，向工業 4.0 發展大大前進了一步。
在參與研發這款葫蘆中，自身收穫極大，一個技術型企業的發展靠的是持續不斷的技術創新。產品的開發不是全部推翻，一步建成，而是在繼承前幾代產品的基礎上，經驗的不斷堆積而爆發形成的具有革命性的產品。
參考文獻
[1] 肖靈機，戴愛明. 複雜產品模塊化與供應鏈協同研究[M]. 北京：人民出版社，2010.
[2] 須雷 . 新型 DR 鋼絲繩電動葫蘆 [J]. 起重運輸機械，2006 （9）：27-31
[3] 百度百科 . 綠色設計 [EB/OL].
閱讀更多 起重運輸機械 的文章
