裝卸用直臂架多用途門機典型起升鋼絲繩卷繞系統的分析與比較

鐘 華

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

0 引言

我國港口具有分布范圍比較廣的特點，各港口發展規模、貨物吞吐能力參差不齊，與此相適應的通用碼頭得到蓬勃發展，港口貨物吞吐能力不斷提高。通用碼頭門座式起重機向著多用途、高效率、大噸位方向發展。為適應此形勢，近10年來，筆者所在公司先后為廣東虎門港、廣州南沙港、江蘇常熟港、上海臨港、香港HIT、湛江港等設計和制造了適用于海港和內河裝卸作業的單臂架多用途門機機型，在我國大型專用集裝箱碼頭相對較少而通用碼頭裝卸集裝箱比較普遍的情況下，筆者公司開發的此類單臂架門機適應性強，造價合理，在國內得到逐漸推廣。筆者參與了以上大部分項目的設計與制造。

在直臂架門機的設計中，通常在起升鋼絲繩的卷繞系統中增設一個補償滑輪組，它的作用是物品在變幅過程中引起的升降現象依靠起升繩的卷繞系統及時放出或收進一定長度的起升繩的辦法來補償，從而使物品在變幅過程中沿著近似水平線的軌跡移動[1]。相對于組合臂架門機，單臂架門機的滑輪組補償方案中最大的問題：就是纏繞鋼絲繩多，鋼絲繩在滑輪間反復作折返，受力狀況惡化，磨損多，嚴重影響鋼絲繩的使用壽命。可以通過補償滑輪組倍率的合理取值[2]，或者增加鋼絲繩直徑和滑輪的比值手段來提高鋼絲繩的壽命[3]，但采用合理的鋼絲繩卷繞方式可以取得很好的效果，且不一定增加成本。

1 第一種卷繞方式

如圖1、圖2、圖3所示，三組圖分別表達了該卷繞方式適用的三種工況。該卷繞方式采用杠桿活對重平衡系統，齒條變幅驅動，起升滑輪組補償，起升機構采用2組獨立卷筒驅動，補償鋼絲繩倍率mK=3，起升鋼絲繩倍率mL=1。

圖1 卷繞方式一用于集裝箱工況

第一種纏繞方式用于集裝箱工況時，見圖1所示，鋼絲繩從起升卷筒出繩后經過人字架頂部滑輪，在繞過2個補償滑輪后，自臂架頭部2側滑輪垂直向下，通過卸扣與吊具上的平衡鋼絲繩相連。若采用旋轉吊鉤方式與集裝箱吊具相連，吊具供電電纜可自臂架頭部中間垂直向下引到與電纜緩沖器相連。也可采用通過銷軸與吊具旋轉鉤頭連接。供電采用儲纜框的形式時，垂纜可通過臂架頭部垂直向下引到儲纜筐，這種纏繞方式需要特別注意鋼絲繩與供電電纜的干涉。

第一種纏繞方式用于抓斗工況時見圖2所示，雖然繞法看似與圖1相同，但工作原理卻有很大區別，起升機構的兩個卷筒需要分為支撐繩卷筒和開閉繩卷筒，抓斗支撐繩分為2根。其中支撐繩從起升支撐卷筒引出后，經過人字架頂部滑輪進入起升補償繩滑輪后從臂架頭部2側滑輪垂直引下與抓斗平衡梁兩端通過卸扣或楔套相連，其中的另一根開閉繩從起升開閉卷筒引出后，經過人字架頂部滑輪后進入起升補償滑輪從臂架頭部中部的2個滑輪垂直引下與抓斗的開閉繩通過卸扣或楔套相連。

第一種纏繞方式用于吊鉤工況時見圖3所示，該種纏繞方式相對比較簡單，是本卷繞形式最基本的功能。鋼絲繩從起升卷筒出繩后經過人字架頂部滑輪，在繞過2個補償滑輪后，自臂架頭部2側滑輪垂直向下，通過卸扣與吊鉤上的平衡鋼絲繩相連。

顯然第一種卷繞方式的最大優點是適用條件比較寬，幾乎可適用各種通用碼頭多用途單臂架門機，且使用可靠，因此應用較廣范，但它的缺點也比較明顯，機構相對復雜，纏繞形式相對復雜，鋼絲繩在滑輪之間折返比較多，鋼絲繩磨損相對比較嚴重。

圖2 卷繞方式一用于抓斗工況

圖3 卷繞方式一用于吊鉤工況

2 第二種卷繞方式

該機型采用杠桿活對重平衡系統，齒條變幅驅動，起升滑輪組補償，起升機構采用單卷筒驅動，起升鋼絲繩倍率mL=2，補償鋼絲繩倍率mK=3。

該卷繞方式用于集裝箱工況時見圖4所示，用于吊鉤工況時見圖5所示。顯然該纏繞方式的最大優點是機構配置相對簡單，成本低，而且，因為起升繩的倍率mL=2，從卷筒出來的起升補償繩在經過人字架頂部滑輪后繞過2道補償滑輪后從臂架頭部兩側滑輪垂直向下直接引入到旋轉吊具的平衡滑輪。之后，再進入到補償滑輪組卷繞。與第一種卷繞方式比較，這種繞法的最大好處在于當起升繩工作時，其他的補償繩不運動，只有當臂架變幅時，補償鋼絲繩才運動，減少了鋼絲繩與滑輪之間的磨損。因此，該卷繞方式可以有效延長鋼絲繩的使用壽命。而且，由于單卷筒僅需配備單個電機和單個減速箱，并且門機轉盤布置空間相對可以減小，所以機電配套和鋼結構的成本相對較低。若碼頭配備主要用于集裝箱作業的多用途門機，第二種卷繞方式是個很好的選擇。但是第二種卷繞方式的適用條件有限，不適用于抓斗工況。第二種卷繞方式應用在吊鉤工況時見圖5。

圖4 卷繞方式二用于集裝箱工況

圖5 卷繞方式二用于吊鉤工況

3 第三種卷繞方式

如圖6和圖7所示。此種卷繞系統采用鋼絲繩變幅驅動，起升滑輪組補償，起升鋼絲繩采用單卷筒驅動，起升鋼絲繩倍率為mL=2，補償鋼絲繩倍率為mK=2。

圖6 卷繞方式三用于集裝箱工況

圖7 卷繞方式三用于吊鉤工況

與第一種和第二種卷繞方式相比，它沒有臂架自重平衡系統，可以減少整機自重，由于補償倍率為2，補償滑輪相對較少，改善了鋼絲繩的使用條件，提高了鋼絲繩的使用壽命，同時，臂架頭部的附加彎矩相對之前的兩種纏繞方式來對比要減少很多，受力相對得到改善，鋼結構特別是臂架系統相對也可減輕，此種卷繞方式因為是鋼絲繩變幅，相對于杠桿活對重平衡系統，整機可以實現非常大的變幅幅度。因此，第三種卷繞方式在吊鉤工況下也可以應用到單臂架船廠門機的卷繞方式上。

4 總結

通過對三種起升鋼絲繩卷繞方式的分析和比較，可以啟發今后裝卸用直臂架門機的設計中，對如何選擇合理的鋼絲繩卷繞方式，需要綜合考慮機型多種因素的要求：包括門機是否有抓斗、吊鉤、全自動集裝箱旋轉吊具的工況需要；選擇合適的旋轉吊具的結構形式；吊具供電系統形式的選擇；臂架自重平衡系統形式的選擇；補償滑輪組倍率的合理取值；起升滑輪組倍率的合理取值；鋼絲繩卷繞方式對整機鋼結構優化的影響，特別是對臂架系統優化的影響；最后還要兼顧用戶的要求；綜合確定最佳方案。

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

［2］楊長睽，傅東明.起重機械［M］.北京：機械工業出版社，1992.

［3］GB/T3811-2008.起重機設計規范［S］.