历史沿革
国际发展
1820年法国用优质木料制成一台手动桥式起重机。[7]十九世纪下半期在起重机上探用了蒸气传动装置。最初（1860-1865年）蒸气起重机应用在冶金工业和码头上。蒸气传动装置从起重机的结构中排挤了液压传动装置，在十九世纪八十年代里，起重机的构造随着电动装置的探用而得到了更进一步的改善。[8]1880年德国制造了第一台钢结构电动桥式起重机。[7]
由于桥式起重机为通用性较大的起重机械，其三化程度较高。自六十年代以来各国陆续修改或制定了一些国家标准、规范和技术条件，桥式起重机的参数也已标准化、系列化，有些零部件也实现了通用化。三化工作的发展为桥式起重机生产的机械化和自动化连续作业提供了方便的条件。截至1982年桥式起重机整体成品组装尚处于手工和半机械化状态。通用桥式起重机是各国成批生产的产品，其起重量为5~50吨（按优先数系排列为3.2~80吨），产量占整个桥式起重机总产量的60~80%；而80~1000吨的大型桥式起重机则主要用于重型机械制造业、冶金企业、热电站、化工企业和原子能电站等部门。[7]
中国发展
1949年，大连起重机厂按照原苏联提供的5t桥式起重机部分图纸和原苏联1946年颁布的有关标准，试制出解放后中国第一台5t、 19.5m的箱形结构桥式起重机，它是中国生产桥式;起重机的新起点。[9]
1979年10月，大连起重机厂与德国的德马克公司威特厂合作，为中国上海宝山钢铁总厂无缝连续轧管厂生产出3台16t、39.5m的旋转电磁挂梁桥式起重机和1台8t、27.5m的旋转挂梁桥式起重机，以及6台8t、45. 5m的旋转挂梁桥式起重机，等共计33台产品。这些产品完全达到甚至超过了德国的有关设计技术标准。上海起 重运输机械厂”和太原重型机器厂也陆续与国外进行技术合作和联合生产桥式起重机。[9]
截至1983年底，中国出口援外5~250/30t的桥式起重机约600台。武汉钢铁学院、北京科技大学和武汉冶金设备制造公司等单位先后联合研制了12.5/3t、19.5m和75/20t.19m的冶金桥式起重机。武汉钢铁学院于1988年组织国内五个厂家进行了63/16t、80/20t、100/20t、125/32t四个吨位的冶金桥式起重机的系列化设计工作； 1989年又进行了冶金专用吊具的设计工作。[9]
2008年由大连重工·起重集团有限公司为烟台来福士海洋工程有限公司设计建造的“泰山”起重机在山东烟台竣工投入使用。[10]11月22日，“泰山”，成功将重达14000吨的甲板模块作为一个整体吊装起来，并与半潜平台浮体实现合拢，标志着世界海洋钻井平台建造模式实现了革命性创新。“泰山”2万吨桥式起重机拥有6项专利设计，设计提升重量达20160吨，设备总体高度为118米，主梁跨度为125米；采用高低双梁结构，起升高度分别为113米和83米；整机共48个吊点，单根钢丝绳达到4000米。此款设备是当时世界上最大起重量、最大跨度、最大起升高度的桥式起重设备，也是世界上技术难度最高的大型起重设备。[11]并获得美国机械工程师协会授予的“2008年度最佳机械奖”称号，该协会一致认为“泰山”大吊的诞生，是海洋工程发展史上的一个重大转折点，其建造理念完全符合HSE（健康，安全，环境）的标准要求。2008年，该吊机在美国休斯敦举行的海洋技术会议上获“新技术奖”荣誉称号。在2008年亚洲海事展览会上，“泰山”大吊又荣获“技术创新奖”称号。[12]
工作原理
基本原理
桥式起重机又称桥式吊车，它主要由桥架及运行机构（或称大车）、卷扬小车、攫物机构以及安装在桥架下面的驾驶室组成。卷扬小车沿着铺设于桥架上的轨道运行；桥架则沿着架设于构筑物墙壁或支架上的轨道运行；小车上有提升机构及运行机构，以使物料垂直提升及沿车间横向运行；桥架上则装有使起重机沿车间纵向运行的机构。这三种运动的配合，即可实现物料在移动空间的任意点之间的转移。起重机本身则几乎不占据地面的有效使用面积，使仓库获得充分利用。[13]
运动形式
根据起重机的功能可知，桥式起重机的主要运动有：[14]
起重机由大车电动机驱动沿车间两边的轨道作纵向的前后运动；[14]
小车及提升机构由小车电动机驱动沿桥架上的轨道作横向的左右运动；[14]
在升降重物时由起重电动机驱动作垂直的上下运动。这样就可实现重物在垂直、横向、纵向三个方向的运动。[14]
基本结构
机械部分
由主起升机构、小车运行机构和大车运行机构组成。其中包括钢丝绳、电动机、联轴器、传动轴、制动器、减速器、卷筒、车轮、桥架、升降臂、夹具、司机室、小车架、吊钩等。[15]
大车移行机构由驱动电动机、制动器、传动轴、减速器和车轮等几部分组成。整个起重机在大车移行机构驱动下，沿车间长度方向前后移动。小车运行机构由小车架、小车移行机构和提升机构组成。小车可沿桥架主梁上的轨道左右移行。在小车运动方向的两端装有缓冲器和限位开关。[1]
桥架
桥架是桥式起重机的基本构件，[16]桥架由主梁、端梁、走台等部分组成，主梁跨架在跨间的上空，其两端连有端梁，而主梁外侧设有走台，并附有安全栏杆。在主梁一端的下放安有驾驶室，在驾驶室一侧的走台上装有大车移行机构，在另一侧走台上装有辅助滑线.以便向小车电气设备供电，在主梁上方铺有导轨供小车在其上移动，整个桥式起重机在大车移动机构拖动下，沿车间长度方向的导轨移动。[17]
大车移行机构
大车运行机构由驱动电动机制动器、减速器和车轮等部件组成。常见的驱动方式有集中驱动和分别驱动两种，目前国内生产的桥式起重机大多采用分别驱动方式，指的是用一个控制电路同时对两台驱动电动机、减速装置和制动器实施控制，分别驱动安装在桥架两端的大车车轮。[16]
小车移行机构
小车安装在桥架导轨上，可沿车间宽度方向移动，主要由小车驾、小车移行机构、提升机构等组成。小车架由钢板焊成，其上装有小车移动机构，提升机构护栏及提升限位开关。[17]
小车移行机构由小车电动机、制动器、减速器、车轮等组成，小车主动轮相距较近，由一台小车电动机拖动。提升机构由提升电动机、减速器、卷筒、制动器灯组成，提升电动机经联轴节、制动轮与减速器连接，减速器的输出轴与缠绕钢丝绳在卷筒相连接，钢丝绳的另一端装有吊钩，当卷筒旋转时，吊钩就随着钢丝绳在卷筒上的缠绕或放开而提升或下放。[17]
重物在吊钩上随着卷筒的旋转获得上下运动；随着小车移动在车间宽度方向上获得左右运动；随着大车在车间长度方向的移动获得前后运动。这样可将重物移至车间任一位置，完成起重运输任务。每种运动都应有极限位置保护。[17]
小车提升机构用以吊运重物，它由电动机、减速器、卷简、制动器等组成。起重质量超过10吨时，设两个提升机构：主钩（主提升机构）和副钩（副提升机构），一般情况下两钩不能同时起吊重物。[16]
驾驶室
驾驶室是控制起重机的吊舱，其内装有大小车移行机构的控制装置，提升机构的控制装置和起重机的保护装置等。驾驶室固定在主梁一端的下放，也有安装在小车下放随小车移动的。驾驶室上方开有通向走台到窗口，供检修人员上下用。[17]
电气部分
由电气设备和电气线路组成，包括动力装置和各机构的启动、调速、换向、制动及停止等控制系统。[15]
桥式起重机的电动机具备连续周期工作属性，其转动惯量较小，转子为细长状，启动转矩相对较大，电动机以封闭型为主，具有极高的耐热绝缘等级，整体机械结构较为坚硬、气隙大。小车的控制电路以凸轮控制器为核心，共有12个触点。通常，电气控制系统在桥式起重机中的应用较为频繁，能够有效实现对桥式起重机电力系统的管控及保护，可以确保桥式起重机各个部件之间相互协调，完成启动、转向、运转、停止等各项工作。因此，桥式起重机的电气控制系统必须保障其电力系统能够稳定、安全、可靠地完成工作。[6]
桥式起重机的电气控制系统标准，是由其电气运动系统工作情况决定的，其中包括变频器选择标准、PLC程序设计选用标准、应急系统备用标准、自动纠偏与电气同步控制标准，能够有效保障起重机的正常工作。桥式起重机中搭载了6类模块，其中有PLC运动控制、大/小车运动、起重升机、辅助升级机以及配电保护。围绕六大模块的系统位置，电器控制系统可以对PLC控制进行精准操作，同时能够利用联动平台位置的合理控制，实现控制端装置的安排分析，还可以掌握编程系统变频器的运行标准，对PLC与MPI总线之间的数据进行传输，将指令信息输入到对应的PLC模块中。由PLC程序对此类信号完成实时的信息处理，输入端及输出端的信号处理可以对接触器进行精准操控，以此保障桥式起重机电器运动系统的稳定运行。继电保护可以在桥式起重机工作过程中发挥基础的保护作用。如大车电机复合运转时，主回路电流将会持续增加，此时辅助触点便会存在闭合不良等问题，主接触器便会自动断开，实施对电机电流的保护。[6]
供电方式
桥式起重机的供电方式受其工作方式影响，一般不会采用固定连接类供电，而是使用软电缆供电，或者使用继电器与滑线供电。软电缆供电时，电缆会随着小车的移动而叠卷或伸展，符合其工作运动轨迹。而滑线则会使用圆钢、角钢和轻轨共同支撑，将其沿车间纵向铺设，主滑线会与车间电源相连，并通过继电器对桥式起重机的大车电力系统、电控系统进行供电，再通过大车滑线以及小车的集电器，完成对小车及整体起重系统的供电。[6]
主要特征
桥式起重机的主要特征是：一般都具有起升机构、大车运行机构、小车运行机构等，它可使重物在一个有限的立体空间范围内向预先指定地点运动。桥式起重机的运动方向具有矢量性，即有垂直升降运动、水平搬运动和由大、小车同时以不同运动速度构成的合成运动。桥式起重机因起重负荷大、在有限立体空间范围内运动，起重事故具有频繁性和严重性，因此预防事故发生的各种安全装置必须齐全、完好。[5]
基本分类
桥式起重机的种类较多，根据使用吊具不同，可分为吊钩式起重机、抓斗式起重机、电磁吸盘式起重机。根据用途不同，桥式起重机可分为通用桥式起重机、专用桥式起重机两大类。专用桥式起重机的形式较多，主要有锻造桥式起重机、铸造桥式起重机、冶金桥式起重机、电站桥式起重机、防爆桥式起重机、绝缘桥式起重机、挂梁桥式起重机、两用（三用）桥式起重机、大起升高度桥式起重机等。[18]
按主梁结构形式，桥式起重机可分为箱形结构桥式起重机、桁架结构桥式起重机.管形结构桥式起重机。还有由型钢(工字钢)和钢板制成的简单截面梁的起重机，称为梁式起重机。梁式起重机多采用电动葫芦作为起重小车。[18]
种类 | 简介 | 实物图 |
通用桥式起重机 | 普通用途的桥式起重机，主要包括钩桥式起重机、抓斗桥式起重机、电磁桥式起重机、两用桥式起重机、三用桥式起重机。通用桥式起重机主要由：大车运行机构、小车运行机构、起升机构和电气设备组成。桥架两端通过运行装置，支承在厂房或露天货场上空的高架轨道上，沿轨道纵向运行；起重小车在桥架主梁上沿小车轨道横向运行。机构包括主梁、轨道、车轮、吊钩、滑轮等部件，每个部件机构直接影响起重机设备的整体性能[19] | |
电站桥式起重机 | 水电站主厂房内的桥式起重机，主要担负着水轮发电机组的转子、定子、转轮等关键设备的安装、运行维护和检修的吊装任务[20] 核电站桥式起重机主要用于核电厂内吊运危险载荷。其主要功能是电厂建造期间，吊运安装反应堆的压力容器以及蒸汽发生器等重载设备；电厂运行期间，换料或检修时搬运反应堆构件和燃料容器。根据EJ/T 801一1993《核电厂专用起重机设计 准则》，该类起重机除满足常规技术条件外，还必须具有多种特殊保护措施。为此在设计核电站桥式起重机时，其起升机构采用双联交叉缠绕形式的设计原理，并针对钢丝绳干涉问题进行分析计算[21] | |
防爆桥式起重机 | 起重机具有防爆性能，一般工作速度较低。电气设备采用防爆型产品，机械部分采取相应防爆措施，起重机大、小车果用电缆馈电。适用于在易燃，易爆介质环境中吊运物料，有多种防爆级别可供选用[22] | |
绝缘桥式起重机 | 为了防止在工作过程中，带电设备所带电流通过被吊运的物料传到起重机上，危及司机的生命安全，故在起重机的适当部位设置了几道绝缘装置。适用于电解铝、镁等有色金属的工厂[22] | |
冶金桥式起重机 | 冶金桥式起重机通常指参加炼钢、轧钢、锻造、热处理等生产过程并按完成其一种特定工艺的特种桥式起重机。一般包括铸造、板坯搬运、加料、脱锭、夹钳、锻造和淬火等[23] | |
架桥机 | 架桥机是将预制好的梁片放置到桥墩顶部的设备。架桥机在特种设备目录中属于桥式起重机，其主要功能是先将梁片提起，然后运送到目标位置后放下。但是由于架桥机在实现上述功能过程中必须具备其他一些能力，从而使得架桥机与常规意义上的起重机有很大的不同。例如，架桥机为了将提起的梁片放置到前方待架设的孔跨上，必须要求其自身结构具备大跨度向前伸展（即过孔）的能力，才能实现梁片的前输与安置功能，这是常规起重机不需具备的能力[24] 分类： 按照架桥机适用的工程领域分类：公路架桥机、铁路架桥机和公铁两用架桥机。[24] 按照架桥机适用的单片梁规模分类：T梁(包括板梁和小箱形梁)架桥机、整体箱形梁架桥机。[24] 按照架桥机的结构特点与工作模式分类：导梁式架桥机、步履式架桥机、导梁式定点起吊架桥机、运架一体式架桥机、 步履式公铁两用单梁片架桥机、步履式公路单梁片架桥机。其中，前4种主要用于铁路整体箱梁的架设[24] | |
电动单梁起重机 | 电动单粱起重机被广泛应用于国民经济建设的各个领域和部门，是现代大工业生产中不可缺少的重要设备。电动单梁起重机是一种结构简单、用途广泛的轻小型起重机械，与CDI型或MDI型电动葫芦配套使用。起重量为1~5吨，跨度为7.5-22.5m，以及起重为10吨，跨度为1.5~17m，工作级别为A3~A5，工作环境温度在-25~40℃范围内。该产品为一般用途起重机，不适于在有爆炸危险、火灾危险的环境中工作，也不宜在具有很大湿度或充满酸、碱气体的场所工作，亦不能用于运输溶化金属，有毒物品和易燃易爆物品[25] 该机主梁为箱形与工字钢焊结构，在保证强度、刚度和稳定性的基础上具有美观、体积小的优点。主、端梁连接采用拆分式结构，方便于运输、安装。由于电动单梁起重机的使用环境特殊，在使用过程中一旦发生垮塌事故，会造成机毁人亡[25] | |
电动单梁悬挂起重机 | 电动悬挂单梁桥式起重机为轻型起重机，主要由主梁、端梁车、电动小车、电器、起升结构组成。 主梁和横梁为起重机重要部件，是承载重物的关键部件。主梁设计时需预置拱度，该拱度需能承受1. 2倍的设计承重。端梁与以往设计不同，以往端梁是两端车轮直接落在标准轨道上，主梁与其装配形成桥架完成运行[26] | |
电动葫芦桥式起重机 | 电动葫芦桥式起重机是指以电动葫芦为起升机构的桥式起重机，主要用于10吨以下小吨位及使用频率较低的起重作业场所。由于其轻巧灵活，操作维修方便，价格低，在化工、轻工、机械等行业起重作业中应用广泛。此类起重机多为地面操作，一般不设专门操作人员，或是一人身兼数职，同时担任操作、司索、指挥等任务，现场存在许多不安全隐患[27] 该起重机按取物装置分为：电动葫芦吊钩桥式起重机、电动葫芦抓斗桥式起重机、电动葫芦电磁桥式起重机[28] 起重机按操纵方式分为：地面操纵、钮装置（手电门）操纵分为跟随式与非跟随式操纵、遥控器操纵、司机室操纵[28] | |
防爆梁式起重机 | 防爆葫芦桥式起重机简称“防爆起重机” ，是以防爆电动葫芦为起升机构的双梁桥式起重机，符合JB/T 10219-2001《防爆梁式起重机》标准的规定，技术成熟、可靠，结构简单，外形小，质量轻，安装、使用、维修方便。[29] 环境条件：工作电源为三相交流，额定频率50Hz，额定电压380V；工作环境温度为-20~40℃。室内工作40℃时相对湿度不得超过50% ，室外工作25℃时相对湿度允许短时高达100%。安装使用的地点海拔不超过2000m。适用于中轻工作制的机械车间、仓库、料场、水电站的检修和装卸工作，是国内推广使用的起重设备[29] | |
技术参数
桥式起重机的主要技术参数有起重量、跨度、提升高度、运行速度、提升速度、工作类型及电动机的通电持续率等。[14]
起重量
额定起质量指起重机实际允许的最大起吊质量。例如10/3，分子表示主钩起质量为10吨，分母表示副钩起质量为3吨。[16]
跨度
跨度指起重机主梁两端车轮中心线间的距离，即大车轨道中心线间的距离。一般常用的跨度有10.5m（米）、13.5m、16.5m、19.5m、22.5m、25.5m、28.5m与31.5m等规格。[16]
提升高度
起升高度指吊具的上、下极限位置间的距离。一般常见的起升高度有12m（米）、16m、（12/14）m、（12/18）m、（19/21）m、（20/22）m、（21/23）m、（22/24）m、（24/26）m等。其中带分数线的分子为主钩起升高度，分母为副钩起升高度。[16]
运行速度
运行速度是指大、小车移动机构在其拖动电动机以额定转速运行时所对应的速度，以米/分（m/min）为单位。小车运行速度一般为40~60m/min，大车运行速度一般100~135m/min。[16]
提升速度
提升速度指在电动机额定转速时，重物的最大提升速度。该速度的选择应由货物的性质和质量来决定，一般提升速度不超过30m/min。[16]
工作类型
桥式起重机按其载荷率和工作繁忙程度可分为轻级、中级、重级和特重级4种工作类型：[16]
轻级工作速度低，使用次数少，满载机会少，通电持续奉为15%。
中级经常在不同载荷下工作，速度中等，工作不太繁重，通电持续奉为25%。[16]
重级工作繁重，经常在重载下工作，通电持续率为40%。[16]
特重级经常起吊额定负荷.工作特别繁忙，通电持续率为60%。[16]
通电持续率
工作时间与周期时间之比，称为通电持续率。[30]通电持续率用JC%表示。[16]
根据起重机工作特点，通常10min为一个周期，JC%=100%为长期工作制，JC%=25%（或40%）为重复短时工作制。桥式起重机常工作于重复短时工作制。[30]
应用
桥式起重机是横架于车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备。由于它的两端坐落在高大的水泥柱或者金属支架上，形状似桥。桥式起重机额定起重量范围广，起重量大，速度快，作业圆福射大，效率高。在现代工业生产和起重运输中充分应用到生产过程的机械化、自动化等，桥式起重机在室内外工矿企业、钢铁化工、铁路交通、港口码头以及物流周转等部门和场所均得到广泛的应用。[2]
桥式起重机的特点是：提升物料高度一般不受机械本身的限制，而取决于建筑物的高度；可以在移动空间任意点上装卸物料，具有很大的灵活性；起重机本身不占地面，使车间或仓库能得到充分利用。桥式起重机是无机非金属材料工厂的堆场和车间内广泛使用的起重运输设备。一般用途的起重机在起重绳缆上配有吊钩攫物装置，可以直接将成件物品或使用载物容器将松散物料及液体悬挂在吊钩上，进行起重运输作业。特种用途的起重机在起重绳缆上配有抓斗等攫物装置，可以直接载运松散物料。[13]
不同类型的桥式起重机所吊装的重物不同，根据不同的要求采用不同的吊具。吊钩起重机吊装各种成件重物；抓斗起重机吊装各种散装物品，如煤、焦炭、砂、盐等；电磁起重机吊装导磁的金属材料，如型钢、钢板、废钢铁等。[18]
两用起重机是为了提高生产效率，在一台小车上装有可换的吊钩和抓斗或者电磁盘和抓斗，但每一工作循环只能使用其中的一种取物装置；三用起重机装有 吊钩、马达抓斗、电磁铁三种可以互换的取物装置，可吊装成件、散粒物品或导磁的金属材料，但每次吊装重物时，只能使用其中的一种。
防爆起重机用于在有易燃.易爆介质的车间、库房等场所吊装成件重物，起重机上的电气设备和有关装具有防爆特性，以免发生火花；绝缘起重机用于吊装电解车间的各种成件物品，起重机上有关部分具有可靠的绝缘装置，以保证安全操作。[18]
双小车起重机同一主梁上设有两台相同的小车，用来搬运长件材料，各小车又可单独使用。
挂梁起重机通过两个吊钩上的“平衡梁'挂钩或“平衡梁'上的电磁盘来吊装和堆垛各种长件材料，如木材、钢管、棒材、型材、钢板等。[18]
