作者：王金诺 于兰峰
出版社：中国铁道出版社
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起重运输机金属结构(第二版)试读：
版权信息书名：起重运输机金属结构（第二版）
作者： 王金诺,于兰峰
排版：中国铁道出版社
出版社：中国铁道出版社
出版时间：2017.08
ISBN：978-7-113-23433-1
本书由中国铁道出版社授权北京当当科文电子商务有限公司制作与发行。
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本书是国家级精品课程教材，由铁路科技图书出版基金资助出版。
本书阐述物流主要设备起重运输机金属结构的构造、基本理论和设计计算方法。全书共分三篇十六章，内容包括：起重运输机金属结构的作用、分类和力学模型；设计计算基础；金属结构的材料选择；组成起重运输机金属结构的基本构件（柱、梁和桁架）的设计计算方法；铁路、港口和仓库常用物流设备（门式起重机、汽车起重机、塔式起重机、门座起重机、叉车和岸边集装箱起重机）主要金属结构的构造和设计计算方法；起重机金属结构细部设计。每章设有算例和习题。
本书可作为高等学校机械制造与自动化专业和相关专业的教材，亦可供从事物流设备及其金属结构设计、制造和科研的工程技术人员参考。《起重运输机金属结构（第二版）》编委会
主任委员： 王金诺 于兰峰
秘 书： 刘慧彬
顾 问： 顾迪民 徐格宁 张质文 过玉卿 程文明 王少华 施继和 曾友奎
委 员： 安徽兴宇轨道装备有限公司 薛恒鹤 抚顺永茂建筑机械有限公司 孙 田 史 勇 江苏省特种设备安全监督检验研究院 李向东 浙江三一装备有限公司 吴立昆 彭继文 郑州新大方重工科技有限公司 陈德利 华电郑州机械设计研究院有限公司 李太周 广西建工集团建筑机械制造有限责任公司 林 永 四川建设机械（集团）股份有限公司 王保田 王晓平 山东德鲁克起重机有限公司 张树文 卫华集团有限公司 刘永刚 侯文晟 豫飞重工集团有限公司 邵 景第二版前言《起重运输机金属结构》由王金诺主编，1984年由中国铁道出版社出版，1989年被评为全国优秀教材。2000年对原版进行修订，由王金诺、于兰峰主编，2002年由中国铁道出版社作为新版（第一版）出版。该修订版被列为国家级重点教材，并于2006年获西南交通大学优秀教材一等奖。随着起重运输机金属结构技术研究的不断进步，以及高等学校教育改革的深入，为更好地适应当前教学要求和起重运输机制造企业新产品设计需求，全面贯彻国外最新标准和执行国内起重机设计规范（GB/T 3811-2008），编者于2015年3月再次对《起重运输机金属结构》教材进行全面修订。
本次修订的指导思想和大纲由西南交通大学王金诺、于兰峰、吴晓及同济大学周奇才提出，篇章结构保持了原来的体系，删除了部分陈旧的内容。在常用起重运输机金属结构设计计算篇中，根据近年来物料搬运机械的发展趋势，增加了“岸边集装箱起重机金属结构”替代原书中的“自动化立体仓库巷道堆垛机结构”。考虑到起重运输机金属结构细部设计的重要性，特邀具有起重机丰富设计经验的专家撰写了“起重运输机金属结构细部设计”。此外，对第一版教材的文字叙述、算例和习题设置进行了精选，各章节的算例多来自编者的设计实践。本书注重课程的教学基本要求，力求培养学生的创新和设计计算能力，尽可能扩大教材的适用面。
本书由王金诺、于兰峰任主编，吴晓、周奇才任副主编。具体修订工作由于兰峰全面负责，王金诺对全书进行了审核。修订分工如下：王金诺（第一、六、七、九章）、于兰峰（第二、三、四、五、八、十一章）、吴晓（第十章、十二章）、西南交通大学漆俐（第十四章）、武汉理工大学胡吉全（第十三章）、周奇才（第十五章）、大连重工起重集团有限公司周学镛（第十六章）。
本书的特点是理论联系实际，在阐述起重运输机金属结构设计理论分析过程中，与实际紧密结合。本书除作为机械设计与制造自动化专业起重与工程机械方向的本科生和机械设计及理论专业的研究生教材外，对从事起重运输与工程机械金属结构设计、制造、安装、维修的工程技术人员同样具有较高的参考价值，可作为相关产品结构设计的工具书。
在本书的修订过程中，西南交通大学工程机械系的众多老师、同济大学的同行专家以及四川省机械工程学会物流工程分会的企业界人士，对修订工作提出了不少有益建议，为提高本版教材的质量做出了贡献，谨向上述单位和个人表示诚挚的感谢。
本书由铁路科技图书出版基金资助出版。
希望采用本书的广大师生和工程技术人员对内容的不当之处及时提出宝贵意见和建议，以便今后再次修订时加以改正和更臻完善。
编者2017年3月 成都第一版前言
本书作为试用教材于1984年问世后，国内十多所高等学校将其作为专业教材或教学参考书，40多家起重运输机械厂和20多个研究院所将其作为设计计算的主要工具书，数百位学者在编著中引用。这说明试用教材出版17年以来，为国家培养高等人才和国民经济的发展作出了贡献。
基于此，对试用教材修订时在风格上保持了原书的体系，在内容上去除了陈旧的部分。根据物流技术的发展需要，增补了塔式起重机和自动化立体仓库巷道堆垛机金属结构设计计算。在大部分章节补充了现代设计方法的有关内容和国际、国内最新标准，补齐了每章的算例和习题。
参加试用教材修订的作者都是近十多年以来在教学第一线，并亲自讲授过本门课程的年轻学者。西南交通大学王金诺教授和于兰峰副教授担任主编，同济大学周奇才教授担任主审。参加修订的同志有：王金诺、于兰峰（第一、三章），王金诺、徐菱（第二章），曲季浦、于兰峰（第四、六、八章），王金诺、许志沛（第五、七、九章），郑荣、于兰峰（第十章），曲季浦、徐菱（第十一、十二章），张士锷、周奇才（第十三章），王金诺、周奇才（第十四章），周奇才（第十五章）。
西南交通大学机械工程研究所刘放工程师对全书插图完成了计算机制图。修订过程中，西南交通大学张质文教授，曾佑文教授、程文明教授、赵永翔教授、张钟鹏副教授、邓斌副教授、王少华副教授，北京铁路局夏宏教授级高工，石家庄铁道学院汪春生教授，中南工业大学交通学院吕宁生教授提出不少有益建议，谨向他们表示感谢。
本次教材修订获得“国家教育部高等学校骨干教师资助项目”资助。
限于编者的学识水平，书中如有不妥之处，敬请读者批评指正。
编者2001年4月18日第一篇起重运输机金属结构设计计算基础第一章概论第一节起重运输机金属结构的作用和发展过程
由金属材料轧制成的型钢（角钢、槽钢、工字钢、钢管等）及钢板作为基本元件，彼此按一定的规律用焊接的方法连接起来，制成基本构件后，再用焊接或螺栓将基本构件连接成能够承受外加载荷的结构物称为金属结构。例如常见门式起重机的上部主梁和支腿、轮式起重机的动臂和底架等。
起重运输机金属结构的作用是作为机械的骨架，承受和传递起重运输机所负担的载重及其自身的重量。图1-1所示的双梁箱形门式起重机，吊重Q通过起重小车1的运行轮传给主梁2，再由主梁2传给支腿3，最终通过大车运行轨道传给基础。
图1-1 双梁箱形门式起重机
1—起重小车；2—主梁；3—支腿。
金属结构是起重运输机的主要组成部分。不少起重机就是以金属结构的外形命名的，如桥式起重机、门式起重机、门座起重机、塔式起重机、桅杆起重机等。
起重运输机金属结构是出现较晚的一种结构。直到19世纪后期，由于钢铁工业的发展和机器制造业的进一步完善，金属结构才得以迅速发展。最早的起重机是木制的，1880年德国制成了世界上第一台电力拖动的钢制桥式起重机。尔后，欧美一些国家相继生产出由金属材料制成的桥式起重机和其他类型的起重机，其中包括低合金和铝合金结构的起重机。当时的起重运输机金属结构全部是铆接结构。
20世纪以来，由于钢铁、机械制造业和铁路、港口及交通运输业的发展，促进了起重运输机械的发展，对起重运输机械的性能也提出了更高的要求。现代起重运输机械担当着繁重的物料搬运任务，是工厂、铁路、港口及其他部门实现物料搬运机械化的关键，因而起重运输机械的金属结构都用优质钢材制造，并用焊接代替铆接连接，不仅简化了结构，缩短了工期，而且大大地减轻了自重。焊接结构是现代金属结构的特征。
我国是应用起重机械最早的国家之一，古代我们的祖先采用杠杆及辘轳取水，就是用起重设备节省人力的例子。因是人力驱动，故起重能力小，且效率很低。几千年的封建统治年代，工业得不到发展，从而使起重运输设备及其金属结构的发展缓慢，阻碍了金属结构的广泛应用。中华人民共和国成立以前，我国自行设计制造的起重机械很少，绝大多数起重运输设备依靠进口。铁路货物的装、卸则以人力为主。中华人民共和国成立伊始，各主要铁路站场连一台像样的起重运输机都没有，当时的机械化水平就可想而知了。
中华人民共和国成立以后，随着冶金业与钢铁工业的发展，起重运输机械获得了飞速发展。中华人民共和国成立伊始，就建立了全国最大的大连起重机器厂，1949年10月，在该厂试制成功我国第一台起重量为50t、跨度为22.5m的桥式起重机。为培养起重运输机械专业的专门人材，在上海交通大学等多所高等工业学校中，创办了起重运输机械专业。铁路系统为适应国民经济发展需要，提高装卸效率，也在唐山铁道学院（现为西南交通大学）开办了铁路装卸机械专业，培养专门从事铁路装卸机械设计和研究的技术人才。
到目前为止，我国通用桥式类型起重机和工程起重机（汽车起重机、轮胎起重机、塔式起重机）已从过去的仿制阶段过渡到了自行设计制造的阶段。有些机种和产品无论从结构形式，还是性能指标都达到了较高水平。西南交通大学和天津铁路分局在1973年共同研制的单主梁C形门式起重机（图1-2）和1975年共同研制的O形双梁门式起重机（图1-3），由于它们具有腿下净空大、司机视野好、货物过腿容易、外形美观等优点，深受用户欢迎，并很快得到了推广。国内许多厂家已能设计制造各种参数的建筑用塔式起重机（图1-4），不仅能满足国内需要，还有大量出口。
近些年以来，轮式起重机的发展极为迅速，不少产品已经系列化。其中以中、小吨位的汽车起重机最引人注目。大吨位的轮式起重机近年来发展也很快，图1-5为长江起重机厂设计制造的125t汽车起重机。
西南交通大学与山海关桥梁厂、兰州机车厂共同研制了100t定长臂及伸缩臂式铁路起重机；与武桥重工集团股份有限公司共同研制了160t定长臂及伸缩臂式铁路起重机，如图1-6、图1-7所示，其各项性能指标达到了国际先进水平。
图1-2 20/10t单主梁C型门式起重机
1—大车走行基础；2—大车运行机构；3—抓斗；4—司机升降电梯；5—支腿；6—司机室走台；7—司机室；8—司机座椅；9—走台；10—主梁；11—起重小车；12—小车供电装置；13—小车罩；14—大车供电装置；15—地沟。
图1-3 100/20t双梁O型门式起重机
1—大车走行基础；2—地沟供电滑车；3—端部走台；4—小车供电装置；5—栏杆；6—主梁；7—小车罩；8—起重小车；9—电梯升降机构；10—小车供电支架；11—端梁；12—上曲腿；13—扶梯；14—直腿；15—下曲腿；16—大车运行机构；17—电梯吊笼；18—爬梯；19—司机室；20—司机座椅。
图1-4 建筑用塔式起重机
图1-5 125t汽车起重机
图1-6 160t定长臂铁路起重机
图1-7 160t伸缩臂式铁路起重机第二节起重运输机金属结构的分类
起重运输机金属结构的类型繁多，对它们进行分类，目的是区别各种不同的金属结构类型，找出其共同特点，便于设计和计算。
1.按组成金属结构基本元件的特点，分为杆系结构和板结构。
杆系结构由许多杆件焊接而成，每根杆件的特点是长度方向尺寸大，而断面尺寸较小。常见的桁架门式起重机的桁架主梁和支腿、四桁架式桥架、轮式和塔式起重机的桁架动臂（图1-8）都是杆系结构。
图1-8 塔式、轮式起重机桁架动臂
板结构由薄板焊接而成。薄板的特点是长度和宽度方向尺寸较大，而厚度很小，所以板结构亦称薄壁结构。箱形门式起重机的主梁和变截面箱形支腿（图1-1），汽车起重机的箱形伸缩臂和支腿（图1-9）都是板结构。
杆系结构和板结构是起重运输机金属结构中最常用的结构形式。
图1-9 汽车起重机箱形支腿
1—走行装置；2—驾驶室；3—转台；4—动臂；5—变幅油缸；6—司机室；7—支腿。
2.按起重运输机金属结构的外形不同，分为门架结构、臂架结构、车架结构、转柱结构、塔架结构等。这些结构可以是杆系结构，亦可以是板梁结构。门架结构包括门式起重机的门架、门座起重机的门腿及平衡重式叉车的门架等。
3.按组成金属结构的连接方式不同，分为铰接结构、刚接结构和混合结构。
铰接结构中，所有节点都是理想铰。实际的起重运输机金属结构真正用铰接连接的是极少见的。通常在杆系结构中，若杆件主要承受轴向力，而受弯矩很小时，称之为铰接结构。起重运输机金属结构中常用的桁架结构在设计计算时视为铰接结构。
刚接结构构件间的节点连接比较刚劲，在外载荷作用下，节点各构件之间的相对夹角不会变化。刚接结构节点承受较大的弯矩，而不像铰接结构的节点认为不承受弯矩。门式起重机刚性支腿和主梁的连接就属于刚接节点，而门架结构就是刚接结构（图1-1）。
混合结构各杆件之间的节点既有铰接的，又有刚接的。常见单梁电葫芦桥式起重机的主体结构（图1-10）多做成混合结构形式。混合结构又称桁构结构。
图1-10 电葫芦桥式起重机桁构梁
4.按作用载荷与结构在空间的相互位置不同，分为平面结构和空间结构。
平面结构的作用载荷和结构杆件的轴线位于同一平面内，如图1-11所示的桁架结构，小车轮压、结构自重载荷与桁架平面共面，所以此桁架结构属于平面结构。
图1-11 平面桁架结构
当结构杆件的轴线不在一个平面内，或结构杆件轴线虽位于同一平面，但外载荷不作用于结构平面（通常称为平面结构空间受力），属于这两种情况的结构都称为空间结构。图1-12的集装箱门式起重机的门架和图1-13的轮式起重机车架都是空间结构的例子。
图1-12 空间刚架结构
图1-13 轮式起重机车架第三节起重运输机金属结构的计算简图
对起重运输机金属结构进行强度、刚度和稳定性分析时，常用一理想的力学模型来代替实际结构，这种力学模型称为起重运输机金属结构的计算简图。对结构进行简化时，应使计算简图尽可能接近实际情况，并注意使计算工作尽量简单。
将实际结构简化成计算简图，包括结构本身的简化、支座的简化和作用载荷的简化。
结构本身简化时，用其轴线来代替构件，变截面构件近似地视为等截面构件，杆件之间的节点根据金属结构的类型简化为铰接点或刚接点。
支座是结构的支承，是金属结构与基础相连接或接触的部分。结构所承受的外加载荷都是通过支座传给基础或其他结构的，因此，支座是金属结构重要的传力部件。起重运输机金属结构中，经常遇到的支座有活动铰支座、固定铰支座和固定支座三种。
活动铰支座的特点是在支承部位有一个铰接结构，它可使支承的上部结构绕铰点自由转动，而包括支承在内的整个结构又可在一个方向内自由移动。有轨运行式起重机的大车走行轮沿轨道方向可简化成活动铰支座。图1-14（a）是活动铰支座的结构形式，图1-14（b）是活动铰支座的简图。活动铰支座只能承受垂直方向的支反力。
图1-14 活动铰支座的典型结构和简图
固定铰支座与活动铰支座的不同点是其包括支座在内的整个结构不能沿一个方向移动，但仍可绕铰点自由转动。固定铰支座既可承受垂直支反力，又可承受水平支反力。图1-15（a）中的A支座是固定铰支座的典型结构，图1-15（b）是它的计算简图。如果将整个台车作为该支座的组成部分，对这样的支承结构也可以简化为活动铰支座。
图1-15 固定铰支座的典型结构和简图
固定支座与活动铰支座、固定铰支座相反，它既不能转动，又不能沿一个方向移动。这种支座不仅能承受垂直支反力和水平支反力，而且还能承受弯矩。固定支座可以用焊接连接，亦可用螺栓连接。
起重运输机金属结构的支座通常是属于空间结构的支座。按平面支座进行分析时，在一个平面内属于一种支座情况，而在另一平面内又可简化成另一种支座情况。有时，在同一平面内，由于研究的对象不同或工况不同，也可以取两种支座情况。例如门式起重机在门架平面，当研究主梁强度时，常取静定支座；当研究支腿的强度时，就可能取超静定支座。
载荷简化时，固定载荷（结构或机构的自重载荷）可简化成均布载荷、集中载荷或节点载荷。移动载荷（起升载荷和小车自重载荷）以轮压的形式作用在小车轨道上时，接触长度很小，可以简化成集中载荷。
图1-16（a）是一单主梁门式起重机。根据上述原则进行简化时，在门架平面主梁和支腿用其几何轴线代替，结构自重视为均布载荷，起升载荷视为移动集中载荷。计算主梁时，支座取图1-16（b）的静定支座；计算支腿时，用图1-16（c）的一次超静定支座。
必须指出，如何把实际的金属结构合理地简化成计算简图是起重运输机金属结构分析中一个十分重要而且应该首先加以解决的问题。计算简图的选择合理与否，将直接影响到结构分析的正确性。在计算同一结构时，往往需要采用几种计算简图。初步设计时，用一个比较简单而精确度不高的计算简图（确定计算简图时，忽略较多的次要因素）；在最后技术设计阶段，改用一个在计算上较繁而精确度较高的计算简图（确定计算简图时，忽略较少的次要因素）。
图1-16 单主梁门式起重机金属结构计算简图（a）结构图；（b）简化成静定结构计算简图；（c）简化成超静定结构计算简图。第四节起重运输机金属结构的工作级别
设计起重机时，需要对起重机的金属结构、机构和零部件进行强度、稳定性、疲劳、磨损等计算。为使所设计的起重机具有先进的技术经济指标，安全可靠，具有一定的工作寿命，必须在设计计算时考虑起重机金属结构和机构的工作级别。起重机金属结构的工作级别是表明金属结构工作繁重程度的参数。
起重机工作级别的划分包括三类：起重机整机的分级、机构的分级、结构件或机械零件的分级。
起重机整机的工作级别划分为A1～A8共8个级别；机构的工作级别划分为M1～M8共8个级别；结构件或机械零件的工作级别划分为E1～E8共8个级别。本节仅介绍结构件或机械零件的分级。
起重机工作级别的划分以金属结构的疲劳设计理论为依据。起重机金属结构的工作级别根据金属结构的使用等级（即金属结构总的应力循环数）和应力状态级别（即应力谱系数）来确定。
一、结构件或机械零件的使用等级
起重机结构的使用等级用其在使用寿命期间完成的总的应力循环次数来表征。一个应力循环是指应力从通过σ 时起至该应力同方向m再次通过σ 时为止的一个连续过程，图1-17为包含5个应力循环的m时间应力变化历程。将结构件的总应力循环次数n =1.6×10 4 ～8×T10 6 分成11个等级，分别以代号B 、B 、…、B 表示，见表01101-1。
结构件的总应力循环数同起重机整机的总工作循环数之间存在着一定的比例关系，某些结构件在一个起重循环内可能经受几个应力循环，这取决于起重机的类别和该结构件在该起重机结构中的具体位置。对不同的结构件这一比值可能互不相同，但当这一比值已知时，该结构件的总使用时间，即它的总应力循环数便可以从起重机使用等级的总工作循环数中导出。
图1-17 随时间变化的5个应力循环举例
σ —峰值应力；σ —最大峰值应力；σ —最小峰supsup maxsup min值应力；
σ —谷值应力；σ —总使用时间内所有峰值应力和谷值应力infm的算术平均值。
表1-1 结构件或机械零件的使用等级
二、结构件或机械零件的应力状态级别
结构件的应力状态级别用应力谱系数来表示。表1-2列出了应力状态的4个级别及相应的应力谱系数范围值。各结构件的应力谱系数按该结构件在总使用期内发生的应力值σ 及对应的应力循环数n 按ii式（1-1）计算：
式中 K ——结构件或机械零件的应力谱系数；S
n ——与结构件发生的不同应力σ 相应的应力循环数，n =n ，iii1n ，n ，…，n ；23n
n ——结构件总的应力循环数，T；
σ ——结构件在工作时间内发生的不同应力，σ =σ ，σ ，σ ii12 ，…，σ ；并设定：σ >σ >σ …>σ ；3n123n
σ ——应力σ ，σ ，σ ，…，σ 中的最大应力。max123n
C——指数，与有关材料的性能，结构件的种类、形状和尺寸，表面粗糙度以及腐蚀程度等有关，由疲劳实验得出。
展开后，式（1-1）变为
由式（1-2）算得应力谱系数K 的值后，可按表1-2确定该结构S件相应的应力状态级别。
表1-2 结构件或机械零件的应力状态级别和应力谱系数
三、结构件或机械零件的工作级别
根据结构件的使用等级和应力状态级别，按“等寿命原则”将结构件的工作级别划分为E1～E8共8个级别，见表1-3。
表1-3 结构件或机械零件的工作级别第五节对起重运输机金属结构的要求及其发展趋向
起重运输机是一种工作十分繁忙的重型机械，又是一种移动机械，为保证其正常工作，对起重运输机金属结构提出如下要求：（1）起重运输机金属结构必须坚固耐用。金属结构应保证起重机有良好的工作性能，因此，其本身应具有足够的强度、刚度和稳定性。（2）起重运输机金属结构的自重应力求轻巧。起重运输机金属结构的重量约占整机重量的40％～70％，巨型起重机则可达90％以上。由于起重运输机是移动的，因此减轻自重不但可以节省原材料，而且也相应地减轻了机构的负荷和支承结构的造价。（3）起重运输机金属结构的制造工艺要求简单，安装、维修容易，并应注意改善司机的工作条件。（4）起重运输机金属结构的外形应尽可能美观、大方。
起重运输机金属结构工作不仅繁忙，且结构自重甚大，消耗钢材很多，金属结构的成本约占总成本的1/3以上。因此，设法提高金属结构的性能、节省材料、减轻自重、减少制造劳动量，从而降低产品成本，是起重运输机金属结构设计与制造工作坚定不移的方针，也是今后发展的总趋势。
根据对起重运输机金属结构的基本要求，提出以下几点发展方向和研究的重点。
一、设计计算理论的研究和改进
在起重运输机金属结构设计中，一直采用许用应力设计法，这种方法使用起来比较简便，其缺点是对不同用途、不同工作性质（受力情况）的金属结构采用相同的安全系数，而且安全系数往往偏大或过小，使设计的结构或者多消耗材料，或者安全程度较低。随着生产发展的要求，试验研究工作的开展，促进了计算理论的改进和发展。近年来出现了不少新的计算方法，提出许多新的数据、参数、系数和公式。这些方法正确地考虑了载荷的作用性质，钢材的性能及结构工作特点，如GB/T 3811-2008《起重机设计规范》补充的以概率论为基础的极限状态设计法就是一例。极限状态设计法的基础是：在起重机使用条件下对金属结构的受载情况进行统计分析，对金属结构材料性能的均匀程度进行统计研究。尤其当结构在外载荷作用下产生了较大变形，以至内力与载荷呈非线性关系时，采用极限状态设计法会得到更符合实际情况的计算结果。因而也能更充分地利用钢材的性能，节省材料。
二、改进和创造新型的结构形式
在保证起重运输机工作性能的条件下，改进和不断创造新型的结构形式是最有效地减轻起重运输机金属结构自重的方法之一。例如汽车起重机动臂用周长相同的折线闭合断面或类椭圆截面代替传统的箱形截面（图1-18），使断面几何特性有所改善，因而提高了动臂的强度、刚度和稳定性，降低了动臂的自重。根据动臂的受力特点，采用梯形截面的动臂结构（图1-19），在减轻结构自重方面也有显著效果。铁路部门自行设计并制造的三角形断面桁架门式起重机金属结构，自重比相同参数的双梁箱形门式起重机金属结构轻15％～20％。港口小型门座起重机的动臂用矩形断面空腹管结构代替传统的桁架结构，使动臂自重下降20％。我国六机部第九设计院为马耳他设计并制造的起重量150t、幅度45m的门座起重机的金属结构全部采用薄壁箱形结构，在减轻整机自重方面取得了明显的效果。
图1-18 折线形和八边形闭合断面动臂（a）折线形截面动臂；（b）八边形截面动臂。
图1-19 梯形断面动臂
三、改进制造工艺过程
广泛地采用焊接，特别是自动焊和改进工艺过程，应用冲压焊接钢板制造起重运输机金属结构，既能简化结构，节省材料，又能减少制造安装的劳动量，缩短工期，从而降低产品成本。采用焊接结构比铆接结构可以节省钢材30％以上，所以用焊接代替铆接结构被称为金属结构设计与制造方法的一大改革。目前生产的起重运输机金属结构绝大部分都是采用焊接连接。
应用冲压焊接钢板的金属结构，并用螺栓进行装配，可以省去许多复杂而繁重的组装工艺，防止装配变形，增加结构刚度，保证结构的制造质量。
四、尽量采用先进技术
目前，起重运输机金属结构的设计和制造工作虽然有了一整套可行的方法和工艺，但仍有许多问题有待进一步研究和改进。
在设计方面，如研究采用预应力的方法设计起重运输机金属结构，可改善结构的受力状态，节省钢材。利用有限元法（借助计算机）解算复杂的计算问题，能简化设计过程，加快设计进度且可探索断裂设计法在起重运输机金属结构中应用的可能性。起重运输机金属结构的优化设计，把设计工作的主要精力转到优化方案的选择方面来，使设计工作者由被动的校核设计转变为积极主动地从各种可能的设计方案中寻求最优的方案，最优方案可以用数字来表示，用数字来回答问题，优化设计是现代起重运输机金属结构设计的特色。
在制造方面，尽量采用标准化的冲压结构，应用最新的连接方法（高强度螺栓及胶合连接等）和装配式结构，选择更先进的工艺等，这些都能为改善起重机的工作性能、节省材料、提高生产率、降低成本提供有利的条件。
五、提高起重机的参数
近年来，除生产一些轻、小、简、廉的起重设备以满足各使用部门的需要外，为解决长大笨重货物（如冶炼设备、水坝闸门、化工设备、大型船舶、海洋平台安装、发电设备和机车等）的装卸，各国生产的起重机有向大吨位、大幅度（大跨度）、大高度、高速度方向发展的趋势，同时要求有灵活的控制系统，以适应对起重机调速的要求。
为适应海上石油开采的需要，2014年我国武汉桥梁重工集团股份有限公司设计和建造了22000t特大型门式起重机（图1-20）用于吊装海洋装备基地的海上石油平台下水。该起重机额定起重量22000t，起升高度轨上65m，轨下5m，起升速度0～0.2m/min，跨度124.3m，整机自重16520t。该机是目前世界上起重量最大的起重机。该起重机上装有一台1200t的附加起重机，可用于钻井平台桩腿和钻架等大型模块的安装。它的投入使用突破了传统海洋平台制造工艺的局限，带来现代海工产品设计制造工艺的变革，真正意义上实现了大型海工起重设备陆上高效建造的理念。
图1-20 特大型门式起重机
2002年英国生产了一台起重量1600t的桥式起重机。它由两台800t的小车构成，跨度28m。设计时采用高频调速、起升自动同步系统等新技术。
2001年我国太原重型机械集团公司为我国三峡电站设计制造了一台1200t独立小车的大吨位桥式起重机（图1-21），为安装发电机转子专用。
近年来国内外轮式起重机的大型化也发展很快。2002年德国Demag公司研制成功500t汽车起重机。总重只有83.8t，下车共7轴，单轴负荷小于12t，运行速度0～65km/h。为提高整机稳定性，下车支腿设计成X形。整机布置十分简洁，运行状态时上车（含吊臂）位于车体纵向内，大大提高了整机的行驶性能（图1-22）。
图1-21 1200t桥式起重机
图1-22 500t汽车起重机
我国的徐州重工集团和三一重工集团相继研制成功1200t级的全路面起重机，各项性能达到国际先进水平。图1-23和图1-24分别是徐工和三一重工的产品。
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