針對港口集裝箱起重機(jī)吊具減擺裝置的研究

趙潔忱 段沖

摘要：作為機(jī)械吊具運(yùn)行的專用設(shè)備，減擺裝置的使用對于改善集裝箱起重機(jī)的運(yùn)行效率和質(zhì)量具有重要作用。本文首先簡述了港口集裝箱起重機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，然后具體探討了幾種港口集裝箱起重機(jī)吊具減擺裝置類型，以期為相關(guān)技術(shù)與研究人員提供參考。

關(guān)鍵詞：港口集裝箱;起重機(jī);吊具減擺裝置

集裝箱起重機(jī)在作業(yè)過程中，掛有吊具的行走小車需順著主梁軌道重復(fù)往返于水路兩側(cè)來完成裝卸作業(yè)。小車運(yùn)行距離較長，在小車起動(dòng)和制動(dòng)過程中，吊具和吊裝的集裝箱會(huì)發(fā)生不同程度的擺動(dòng)，這在一定程度上會(huì)影響起重機(jī)的裝卸效率。而只有通過加裝減擺裝置，才能有效控制吊具的擺動(dòng)幅度。因此，加強(qiáng)有關(guān)港口集裝箱起重機(jī)吊具減擺裝置的研究，對于提高港口集裝箱起重機(jī)的工作質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.港口集裝箱起重機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

港口集裝箱起重機(jī)是港口前沿開展集裝箱裝船和卸船的專業(yè)設(shè)備，形式取決于操作功能及作業(yè)特性。當(dāng)前國內(nèi)使用的港口集裝箱起重機(jī)因生產(chǎn)廠家不同表現(xiàn)為不同形式，但其大體結(jié)構(gòu)仍保持一致。港口集裝箱起重機(jī)的基本結(jié)構(gòu)通常有以下部分構(gòu)成：

1. 俯仰機(jī)構(gòu)：是實(shí)現(xiàn)前大梁環(huán)繞大梁絞點(diǎn)進(jìn)行俯仰運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，主要包括安全鉤裝置、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、安全保護(hù)裝置、鋼絲繩卷繞機(jī)構(gòu)四個(gè)部分。
2. 應(yīng)急機(jī)構(gòu)：在電控系統(tǒng)或斷電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)通過各類電源推動(dòng)起重機(jī)返回到安全部位或?qū)⒇?fù)荷安全卸載的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，其主要有起升應(yīng)急機(jī)構(gòu)、俯仰應(yīng)急機(jī)構(gòu)和小車應(yīng)急機(jī)構(gòu)組成。
3. 起升結(jié)構(gòu)：其是岸橋最重要的工作結(jié)構(gòu)，主要用于完成吊梁、吊具或集裝箱的升降過程。其主要包括吊具、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、安全保護(hù)裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)四個(gè)部分。[1]
4. 大車行走機(jī)構(gòu)：其是實(shí)現(xiàn)整機(jī)順著港口前沿軌道進(jìn)行水平作業(yè)的機(jī)構(gòu)。主要由安置在門框下的4組行走臺(tái)車和相應(yīng)驅(qū)動(dòng)裝置組成。
5. 小車運(yùn)行結(jié)構(gòu)：實(shí)現(xiàn)吊具、上架或集裝箱進(jìn)行水平往返運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為小車運(yùn)行系統(tǒng)，其主要有小車鋼絲繩卷繞裝置、運(yùn)行小車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置及運(yùn)行小車總成等部分組成。
6. 附屬裝置：主要包含載人戶外電梯、托繩裝置、理貨室、機(jī)器房及附屬設(shè)備、碼頭附屬裝置、、俯仰機(jī)構(gòu)操作平臺(tái)等部分。

2.幾種港口集裝箱起重機(jī)吊具減擺裝置類型

依據(jù)實(shí)踐數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在小車動(dòng)作速率高于180m/min時(shí)，小車制動(dòng)停車過程中造成的集裝箱及吊具擺幅可達(dá)到2m，30s后才能停止擺動(dòng)。因此需要對吊具加裝減擺裝置以將吊具擺動(dòng)幅度縮減至100mm以下。

2.1液壓/鋼繩減擺裝置

該系統(tǒng)主要包含減擺鋼絲繩、液壓控制系統(tǒng)、卷筒、減擺液壓缸四部分。減擺鋼絲繩利用小車上的組和吊具上的定滑輪交叉相連，減擺卷筒利用鏈傳動(dòng)設(shè)備與起升卷筒同步運(yùn)轉(zhuǎn)。在吊具擺動(dòng)過程中，因減擺鋼絲繩的復(fù)合連接和液壓系統(tǒng)的作用，能迅速控制吊具的擺動(dòng)。在吊具向右擺動(dòng)時(shí)一側(cè)的鋼絲繩松弛，另一側(cè)的鋼絲繩則拉緊。這時(shí)，液壓缸的活塞沿有桿腔向前運(yùn)動(dòng)，使桿腔壓力不斷增加;當(dāng)壓力增大至溢流閥的設(shè)定壓力時(shí)，溢流閥開啟，使油通過溢流閥返回到油箱。在此同時(shí)，與松弛繩相連接的液壓缸則依照液壓系統(tǒng)的調(diào)控，活塞沿?zé)o桿腔運(yùn)動(dòng)，這使松弛端的鋼繩轉(zhuǎn)換為張緊狀態(tài)。在幾次擺動(dòng)過程中，壓力油會(huì)連續(xù)由溢流閥流出，將吊具擺動(dòng)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為液壓油的摩擦熱能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制擺動(dòng)的功能。

2.2摩擦離合器式減擺裝置

摩擦離合器式減擺裝置主要通過摩擦力來轉(zhuǎn)化擺動(dòng)能量進(jìn)而控制擺動(dòng)。在工作過程中，錐齒輪與吊具滑輪組合連接并同步轉(zhuǎn)動(dòng)。在吊具出現(xiàn)擺動(dòng)時(shí)，吊具左右滑輪會(huì)在起升繩張力作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，且同時(shí)帶動(dòng)錐齒輪運(yùn)動(dòng);相鄰錐齒輪互相傳動(dòng)，與摩擦離合器動(dòng)片相互固聯(lián)的錐齒輪會(huì)帶動(dòng)動(dòng)片轉(zhuǎn)動(dòng)，由此消耗擺動(dòng)能量，減小擺動(dòng)幅度，進(jìn)而控制吊具擺動(dòng)。

2.3液壓撐桿式減擺裝置

液壓撐桿式減擺裝置主要安置在行走小車下部，兩側(cè)分別鉸接2根減擺撐桿，撐桿尾部安置滑輪，起升繩由小車固定滑輪經(jīng)過撐桿尾部滑輪再到吊具滑輪上。在集裝箱出現(xiàn)擺動(dòng)的過程中，液壓缸會(huì)驅(qū)動(dòng)撐桿向外撐出，由此起升繩間的夾角θ會(huì)逐漸增大，進(jìn)而加大水平分力，受擺動(dòng)影響喪失平衡的水平分力會(huì)在短時(shí)間內(nèi)終止擺動(dòng)。

2.4跳板梁氏減擺裝置

跳板梁裝置主要鉸接在行走小車中間部位的支承上，在小車勻速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，吊具大約在小車的中心線上。而在小車作制動(dòng)或減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，因慣性力的左右，集裝箱與吊具會(huì)沿小車運(yùn)轉(zhuǎn)方向擺動(dòng)，這是左右側(cè)的鋼絲繩張力將出現(xiàn)失衡，繼而跳板梁會(huì)沿中心支承傾斜，直至其傾斜能量由左右液壓緩沖缸完全吸收。因擺動(dòng)過程受到阻礙，集裝箱會(huì)朝相反方向回?cái)[，跳板梁也會(huì)隨著向相反方向傾斜，同時(shí)在短時(shí)間內(nèi)消耗集裝箱的擺動(dòng)能量，經(jīng)過幾次擺動(dòng)，吊具擺動(dòng)幅度會(huì)孫素衰減，由此實(shí)現(xiàn)減擺功能。

此種減擺設(shè)備在正常工作狀態(tài)下，可排除裝置載荷影響，在5s內(nèi)可將集裝箱的擺幅控制到50mm范圍以內(nèi)。該減擺設(shè)備操作方便，結(jié)構(gòu)簡易，且未應(yīng)用復(fù)雜機(jī)械與電氣控制系統(tǒng)，只通過機(jī)械式上下傳動(dòng)的跳板梁和液壓緩沖缸即可實(shí)現(xiàn)減擺，不需要精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)速調(diào)控措施，也無需其他附加滑輪及減擺鋼絲繩設(shè)備，是一種相對優(yōu)化的減擺裝置。

2.5斜拉繩式減擺裝置

該裝置主要通過斜拉繩的水平分力控制吊具擺動(dòng)。在吊具上先拉好起升繩，另外4根減擺繩則分別綁接在吊具的四角上，其經(jīng)過可在小車架上行走的拖架滑輪和定滑輪，最后在綁接在液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的卷筒上。液壓馬達(dá)同起升電機(jī)固聯(lián)，可保證起升繩同斜拉繩同步升降受訪，且能保持張緊狀態(tài)。在吊具懸掛長度增加時(shí)，行走托架可順小車下部軌道運(yùn)動(dòng)，增加斜拉繩角度Φ，當(dāng)斜拉繩水平分力足夠大時(shí)便可有效控制吊具擺動(dòng)。

結(jié)束語：

吊具減擺裝置的應(yīng)用質(zhì)量將直接關(guān)系著集裝箱起重機(jī)的運(yùn)行效率及安全性，因此，相關(guān)技術(shù)與研究人員應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)港口集裝箱起重機(jī)吊具減擺裝置的研究，總結(jié)吊具減擺裝置的應(yīng)用技術(shù)及關(guān)鍵改進(jìn)措施，以逐步提升吊具減擺裝置的應(yīng)用水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘斌.基于吊重防搖控制的起重機(jī)快速對位關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)?2012，05（35）：57-58.

作者簡介：趙潔忱（1984-），男，上海市，學(xué)歷：本科，研究方向：集裝箱起重機(jī)，機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。