自平衡旋轉集裝箱吊具的應用與改進

王正宇

（南昌鐵路局 貨運處，江西 南昌 330002）

1 自平衡旋轉吊具的研制背景與使用現狀

針對普通的集裝箱吊具在吊裝時出現傾斜、不平衡、晃動等現象及吊具不能自動旋轉，容易損壞集裝箱、造成裝卸箱效率較低等問題，南昌機械廠在現有36 t 及以上門式起重機的小車上，加裝4臺力矩電機帶鋼絲繩卷筒，在吊鉤上加掛自平衡旋轉吊具，研制成用于普通門式起重機進行集裝箱作業的自平衡旋轉吊具 (見圖 1)。

圖1 自平衡旋轉吊具

該吊具與普通的集裝箱吊具相比，具有4個方面的功能：一是具有自動找平衡功能，可使吊點位置自動移到集裝箱重心位置，克服集裝箱箱體因傾斜而造成的出車和落位困難；二是具有防搖功能，可使集裝箱在門式起重機移動、主鉤升降、電動旋轉過程中不搖擺，減少了集裝箱在吊運過程中的相互碰撞；三是具有電動旋轉功能，方便集裝箱平穩無碰撞地通過門式起重機支腿，并準確對位擺放，易實現鐵路裝箱需箱門朝內擺放的作業要求；四是具有電動轉鎖功能，簡化了原吊具轉鎖開閉操作，提高了作業效率。

自平衡旋轉吊具首先在南昌鐵路局贛州東貨場36 t吊鉤式門式起重機上安裝使用，后來陸續應用于重慶東站、成都東站和南昌北貨場的 36 t 吊鉤式門式起重機。2007年后根據現場使用中存在的問題，進一步對電動開閉鎖機構、上架小車結構、防搖方式等進行了新的改進。目前，該吊具已在南昌、上海、哈爾濱、沈陽、南寧、成都、蘭州鐵路局等單位使用，解決了普通吊鉤式門式起重機裝卸集裝箱時的防搖問題，改變了鐵路集裝箱裝卸依靠吊具與箱體碰撞對位的傳統作業方式，使普通吊鉤式門式起重機實現一機多用、人箱分離等功能，提高了貨場容量和使用效率。

2 自平衡旋轉吊具使用中存在的問題與改進

根據幾年來對各鐵路局自平衡旋轉吊具使用情況的跟蹤分析，自平衡旋轉吊具在機械和電氣結構上存在著一些不足。為此，對其電動開閉鎖機構、上架小車結構、電器元件易松動與脫落、力矩電機防搖工作可靠性等方面進行了技術性改進，使吊具的可靠性能得到了顯著提高。吊具具體的改進有以下幾個方面。

2.1 電動開閉鎖機構

電動開閉鎖機構中采用的齒輪齒條傳動方式，對開閉鎖傳動桿和減速機有沖擊，原因是電機的斷電是由機構末端的行程開關控制，時間上稍有滯后，依靠皮帶傳動控制效果不好。

解決的辦法是取消皮帶傳動和齒輪齒條傳動，改用凸輪機構，電機與減速機直聯，采用三合一機構，見圖 2。凸輪安裝在減速機輸出軸上，凸輪旋轉180°實現轉鎖 90°往復擺動。用此方案改進后解決了開閉鎖傳動桿易彎曲和減速機底座易開裂問題。

2.2 上架小車結構

自平衡機構的上架小車在工字形框架長度方向上移動，沒有沖擊時螺桿完全可以承受上架小車的重量。但由于作業時頻繁快速落鉤，上架小車經常沖壓螺桿，雖然螺旋傳動機構設計時考慮了其沖擊，增加了徑向軸承，但實際應用中仍顯強度不夠。使用一段時間后螺桿有彎曲現象，嚴重時軸承也會破損，最終導致自平衡電機損壞。

解決的辦法是在上架小車走行輪下面增加支撐軌道，見圖 2，設法避免螺旋傳動承受徑向彎曲力，減少沖擊距離和所承受的沖擊力，同時還可以提高主梁的剛度。

2.3 電器元件

為減少吊具到司機室的控制線路，在自平衡旋轉吊具上安裝了控制電機運轉的接觸器等電器元件。由于裝卸作業時不可預見的沖擊，電器元件在頻繁沖擊振動下，易產生松動、固定處斷裂脫落等現象。改進方法是選用抗震性能好的電器元件和加裝緩沖墊，以減少硬性沖擊。

圖2 自平衡旋轉吊具的改進

2.4 力矩電機控制方式

原設計的力矩電機在門式起重機作業時一直帶電工作，但電機經常堵轉和反轉，電能全部轉化為熱能，發熱嚴重，溫升較高。同時電氣控制方法操作復雜，門式起重機主電路斷開后再啟動，司機容易忘記重新啟動力矩電機，會導致拉斷防搖繩，使防搖系統發生故障；且電機發熱嚴重、能耗大、嚴重浪費電能，不符合國家的節能環保政策。

改進方法是把電控回路改為力矩電機與主鉤同步控制，主鉤動作力矩電機通電，主鉤停止力矩電機斷電，靠力矩電機的制動器拉緊防搖繩。司機操作簡單，不會由于忘記啟動防搖力矩電機而發生故障，損壞電器；力矩電機也改為間歇工作，節能并且發熱少、溫升低，可延長電機壽命。

2.5 防搖方式

改進的防搖方式是取消附加的防搖機構，直接采用主鋼絲繩小角度斜拉防搖。有8繩纏繞防搖和 12 繩纏繞防搖方式 (見圖3)。南昌北集裝箱貨場采用了8繩纏繞防搖系統，其卷筒轉速慢，減速機輸出軸扭矩大，防搖效果較好。在高安八景陶瓷基地集裝箱貨場采用了 12 繩纏繞防搖系統，利用斜拉的水平分力在起重機大車走行和小車走行2個方向防搖，與4繩纏繞和8繩纏繞防搖起升機構比較，把滑輪倍率變為了3倍率，使減速機輸出扭矩減小，也取得了較好的防搖效果。

圖312繩纏繞防搖方式

[1] 張質文，虞和謙，王金諾，等. 起重機設計手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1998.

[2] 裘為章. 實用起重機電氣技術手冊[M]. 北京：機械工業出版社，2001.