鐵路集裝箱裝卸通用門(mén)式起重機(jī)改造選型分析

沙曉峰

（上海鐵路局 上海鐵路裝卸服務(wù)(集團(tuán))有限公司裝卸修造分公司，上海 200434）

隨著鐵路集裝箱運(yùn)輸?shù)拇罅Πl(fā)展，許多鐵路貨場(chǎng)內(nèi)開(kāi)辟了集裝箱專(zhuān)用作業(yè)區(qū)域[1]。而現(xiàn)有的通用吊鉤門(mén)式起重機(jī) ( 以下簡(jiǎn)稱(chēng)通用門(mén)吊 ) 已不能適應(yīng)大批量集裝箱到發(fā)的裝卸作業(yè)要求，需要配備集裝箱專(zhuān)用門(mén)式起重機(jī) ( 以下簡(jiǎn)稱(chēng)集裝箱門(mén)吊 )。鐵路貨場(chǎng)新增集裝箱門(mén)吊的投資額一般在 600 萬(wàn)元/臺(tái)以上，因而將現(xiàn)有的 36 t 通用門(mén)吊，經(jīng)過(guò)一定的技術(shù)改造，使之具備集裝箱門(mén)吊的所有功能，可以大幅度降低投資費(fèi)用。

1 通用門(mén)吊與集裝箱門(mén)吊的機(jī)構(gòu)比較與改進(jìn)

1.1 門(mén)架結(jié)構(gòu)

通用門(mén)吊與集裝箱門(mén)吊的門(mén)架結(jié)構(gòu)基本相同，需要根據(jù)改造后的工況條件進(jìn)行校驗(yàn)計(jì)算，以確定是否需要進(jìn)行加固。

近 10 多年來(lái)，鐵路貨場(chǎng)進(jìn)行了大量的各噸位通用門(mén)吊的增噸改造工作，門(mén)架結(jié)構(gòu)的改造方案已日趨成熟。

1.2 大小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)

通用門(mén)吊與集裝箱門(mén)吊的大小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)工作原理相同，需要按改造后的工況條件進(jìn)行校驗(yàn)計(jì)算，根據(jù)校驗(yàn)結(jié)果采取局部補(bǔ)強(qiáng)措施。

1.3 電氣系統(tǒng)

通用門(mén)吊與集裝箱門(mén)吊的電氣系統(tǒng)工作原理基本相同，改造時(shí)按電氣容量調(diào)整部分電氣元件和線纜，增加一組專(zhuān)用吊架電氣控制系統(tǒng)。

1.4 司機(jī)室

通用門(mén)吊的司機(jī)室一般為固定式，即司機(jī)室固定安裝于主梁底面。集裝箱門(mén)吊跨度大時(shí)，司機(jī)室安裝于起重小車(chē)底部，隨小車(chē)運(yùn)動(dòng)；跨度不大時(shí)，可以固定安裝于主梁底面。

1.5 起升機(jī)構(gòu)

集裝箱門(mén)吊一般為四吊點(diǎn)起升機(jī)構(gòu)，以確保集裝箱裝卸作業(yè)過(guò)程平穩(wěn)，同時(shí)要求起升機(jī)構(gòu)帶旋轉(zhuǎn)功能，以便于吊架對(duì)箱、集裝箱對(duì)貨位。

通用門(mén)吊為單吊點(diǎn)工作方式，需要吊裝集裝箱時(shí)，在鉤頭上加裝吊架，吊架對(duì)箱及掛鉤后旋轉(zhuǎn)集裝箱時(shí)，往往需要輔助作業(yè)人員用人力推拉吊架或集裝箱。而在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)中，司機(jī)往往圖省事，違章采取集裝箱撞支腿或其他集裝箱的方式使集裝箱轉(zhuǎn)向。這種作業(yè)方式造成集裝箱劇烈碰撞，是造成鐵路集裝箱箱體及貨物破損較多的重要原因。

1.6 減搖裝置

通用門(mén)吊沒(méi)有減搖裝置。集裝箱門(mén)吊為使集裝箱在高速吊運(yùn)過(guò)程中，迅速減輕晃動(dòng)和縮短搖擺衰減時(shí)間，需要安裝減搖裝置[2]。現(xiàn)階段的減搖裝置，可以通過(guò)采用力矩電機(jī)感應(yīng)集裝箱側(cè)向擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的力矩，自動(dòng)收放減搖鋼絲繩。

2 通用門(mén)吊集裝化應(yīng)用改造的起升機(jī)構(gòu)選型

根據(jù)上述比較分析，通用門(mén)吊改造為集裝箱門(mén)吊需要解決的關(guān)鍵技術(shù)是起升機(jī)構(gòu)的改造方案，即起升機(jī)構(gòu)的選型設(shè)計(jì)[3]。改造方案可以簡(jiǎn)單總結(jié)為兩項(xiàng)要求：①起升機(jī)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)功能；②起升機(jī)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)四吊點(diǎn)功能。

2.1 實(shí)現(xiàn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)功能

2.1.1 采用雙層小車(chē)實(shí)現(xiàn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)功能(方案一)

采用雙層小車(chē)實(shí)現(xiàn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)功能 ( 方案一 ) 的工作原理如圖 1 所示。

將小車(chē)架設(shè)計(jì)為雙層結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)軌道 4 固定于下層小車(chē)架 5 上，上層小車(chē)架 2 安裝有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu) 1、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)車(chē)輪 3 安裝在上層小車(chē)架 2 上，通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)沿圓形旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)軌道 4 實(shí)現(xiàn)集裝箱的機(jī)械旋轉(zhuǎn)功能。方案一的特點(diǎn)如下。

（1）可簡(jiǎn)化集裝箱專(zhuān)用吊架結(jié)構(gòu)，外購(gòu)吊架時(shí)可節(jié)約采購(gòu)費(fèi)用。

（2）空間尺寸允許時(shí)，可以盡量加大旋轉(zhuǎn)軌道直徑，以利于提高集裝箱吊裝時(shí)的穩(wěn)定性。

（3）小車(chē)架制造工藝比較復(fù)雜，改造費(fèi)用比較高。

（4）外形尺寸比較大，懸臂端作業(yè)時(shí)空間局限性大。

圖1 雙層小車(chē)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能示意圖

2.1.2 采用帶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)功能 (方案二)

通用門(mén)吊上的原小車(chē)架結(jié)構(gòu)基本維持不變，采用帶旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的集裝箱專(zhuān)用吊架實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能 ( 方案二)，其工作原理如圖 2 所示。

圖2 帶旋轉(zhuǎn)功能的集裝箱專(zhuān)用吊架示意圖

專(zhuān)用吊架通過(guò)吊架四吊點(diǎn)滑輪 2 懸掛于小車(chē)架上，通過(guò)改造后的四吊點(diǎn)起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行升降。需要旋轉(zhuǎn)集裝箱時(shí)，啟動(dòng)電控裝置驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 1 實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能。方案二的特點(diǎn)如下。

（1）小車(chē)架結(jié)構(gòu)基本維持不變，僅需要根據(jù)改造后的荷載進(jìn)行強(qiáng)度校驗(yàn)后確定補(bǔ)強(qiáng)方案，臺(tái)面尺寸及部件布局按改造后的起升機(jī)構(gòu)重新設(shè)計(jì)。

（2）需配置的專(zhuān)用吊架結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，外購(gòu)吊架時(shí)采購(gòu)成本較高。

（3）專(zhuān)用吊架高度增大，影響門(mén)吊有效起升高度。

2.2 實(shí)現(xiàn)四吊點(diǎn)功能

通用門(mén)吊起升機(jī)構(gòu)一般采用雙聯(lián)卷筒纏繞鋼絲繩驅(qū)動(dòng)吊鉤的形式實(shí)現(xiàn)貨物升降，提供的是單吊點(diǎn)功能。為實(shí)現(xiàn)集裝箱的四吊點(diǎn)功能，必須對(duì)現(xiàn)有的起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造。目前，為實(shí)現(xiàn)四吊點(diǎn)功能，起升機(jī)構(gòu)可供選擇的主要形式有以下 3 種。

2.2.1 采用單電機(jī)、雙減速箱、雙聯(lián)雙卷筒形式(形式一)

起升機(jī)構(gòu)采用單電機(jī)、雙減速箱、雙聯(lián)雙卷筒形式，如圖 3 所示。

圖3 單電機(jī)、雙減速箱、雙聯(lián)雙卷筒形式示意圖

2.2.2 采用單電機(jī)、單減速箱、四聯(lián)單卷筒形式(形式二)

起升機(jī)構(gòu)采用單電機(jī)、單減速箱、四聯(lián)單卷筒形式，如圖 4 所示。

2.2.3 采用單電機(jī)、單減速箱、雙聯(lián)雙卷筒形式(形式三)

起升機(jī)構(gòu)采用單電機(jī)、單減速箱、雙聯(lián)雙卷筒形式，如圖 5 所示。

2.3 起升機(jī)構(gòu)改造形式選型

通用門(mén)吊集裝化改造時(shí)，以上 3 種起升機(jī)構(gòu)形式各有利弊，應(yīng)根據(jù)改造項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，選擇時(shí)主要考慮的因素如下。

圖4 單電機(jī)、單減速箱、四聯(lián)單卷筒形式示意圖

圖5 單電機(jī)、單減速箱、雙聯(lián)雙卷筒形式示意圖

（1）原機(jī)起升機(jī)構(gòu)零部件狀況。原機(jī)零部件及小車(chē)架狀況較好時(shí)，可以考慮充分利用原機(jī)的零部件，適當(dāng)增加需要的部件，以節(jié)省投資費(fèi)用。此時(shí)，較適合選用形式一和形式三。原機(jī)零部件狀況較差，需要全部更新時(shí)，上述 3 種形式均可以考慮采用。

（2）原機(jī)小車(chē)架幾何尺寸。原機(jī)為單卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)，小車(chē)架臺(tái)面窄時(shí)，可以考慮形式三；原機(jī)為雙卷?yè)P(yáng)，臺(tái)面空間較寬裕，有足夠的位置布置下繩口時(shí)，可以考慮形式一和形式二。

（3）改造資金。需要根據(jù)上述 3 種形式的詳細(xì)改造預(yù)算進(jìn)行比較，確定最佳方案。

（4）加工工藝。形式二的零件加工及部件裝備工藝要求相對(duì)較高，可以根據(jù)項(xiàng)目執(zhí)行單位的生產(chǎn)能力確定選用形式。

3 實(shí)施案例及效果

上海鐵路裝卸服務(wù) ( 集團(tuán) ) 有限公司裝卸修造分公司近 2 年在上海鐵路局管內(nèi)先后實(shí)施了 3 臺(tái) 36 t 通用門(mén)吊改造為集裝箱門(mén)吊項(xiàng)目工程。項(xiàng)目采用的方案均為小車(chē)架結(jié)構(gòu)不變，配用帶旋轉(zhuǎn)功能的專(zhuān)用吊架，以及單電機(jī)、單減速箱、雙聯(lián)雙卷筒形式。項(xiàng)目改造費(fèi)用總價(jià)為單臺(tái)約 150 萬(wàn)元 ( 含金屬結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)及門(mén)吊大修 )，相對(duì)于新增集裝箱門(mén)吊投資，3 臺(tái)總計(jì)節(jié)約投資上千萬(wàn)元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。改造項(xiàng)目投產(chǎn)后，現(xiàn)場(chǎng)裝卸作業(yè)人員普遍反映司機(jī)的作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度明顯降低，作業(yè)效率顯著提高，慣性違章作業(yè)現(xiàn)象也得到有效遏制，取得了良好的社會(huì)效益。

[1] 陸園園，李夏苗，朱曉立. 中國(guó)鐵路集裝箱運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀及發(fā)展思考[J]. 物流科技，2008(9)：4-6.

[2] 陳國(guó)璋. 集裝箱龍門(mén)起重機(jī)[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，1983.

[3] 張質(zhì)文，虞和謙，王金諾，等. 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1998.