軌道式集裝箱門式起重機技術特點及設計創新

梁大偉

（合肥市春華起重機械有限公司，安徽 合肥 230000）

隨著海外倉儲貨運的大規模開展，集裝箱碼頭的擴建和新建也成為趨勢。與之相對的，碼頭軌道集裝箱將具有拓展性和高密度堆存性，傳統的起重機在進行集裝箱運輸時難以勝任，因此需要選用門式起重機，提升堆場作業的效率。在相關的研究中發現，門式起重機的應用更加靈活，同時堆場工藝方式也更加科學合理，能夠極大程度低降低成本。因此設計研究人員更傾向于門式起重機的運用提升作業效率。

1 軌道式集裝箱門式起重機的技術特點

1.1 軌道式集裝箱門式起重機的性能優勢

本文所進行研究的軌道集裝箱門式起重機RMG的主要工作環境為針對集裝箱所進行的裝卸、堆放以及搬運，因此其主要的性能優勢一般體現在碼頭作業現場之中，與傳統的RTG輪胎式集裝箱門式起重機相比，軌道集裝箱門式起重機有著幾個方面的性能優勢。

首先，軌道集裝箱門式起重機所運用的作業環境為運行軌道，在施工作業中，門式起重機會依據軌道鋪設的方位和特點展開有規劃的集裝箱作業，因此其作業場地的空間利用率更高。在相關的比對中發現，相比于傳統的輪胎式集裝箱門式起重機而言，RMG軌道集裝箱門式起重機能夠在多個車道內進行15列左右的集裝箱跨中堆放，進而縮短作業距離和作業范圍，提升作業效率。

其次，軌道集裝箱門式起重機。有現代信息技術的中央控制對其進行調度。信息技術的應用使得門式起重機的定位能力更急精準，管理人員通過系統中央控制可以實現便捷化和快速化的集裝箱檢索、集裝箱存儲，從而提升碼頭集裝箱堆場的自動化能力。

其三，在軌道集裝箱門式起重機的內部，其各個結構的設計與碼頭堆場的作業施工特征要求保持一致，因此在進行作業時，效率更高且運行速度更快。

其四，軌道集裝箱門式起重機的主要動力來源為電力，通過內置蓄電池的方式，為機組運行提供動力支持，減輕了污染源排放對環境造成的損壞，符合國家頒布的相關低排放、低污染指標的相關要求。與此同時，隨著物價和燃油價格的持續上漲，門式起重機對于能源需求量增加，其經濟成本也會快速上升。用電能取代傳統燃油能源的作業方式，能夠在極大程度上控制成本開支，提高作業收益。而且由于軌道安裝具有較高要求，在軌道規劃、作業周轉方面，電能的使用效率和經濟價值也都明顯優于傳統燃油。

1.2 軌道式集裝箱門式起重機的參數特點

本文在對軌道式集裝箱門式起重機進行研究中，選用了青島港所采用的門式起重機吊具，并對其進行了性能參數的測量。透過測量可以看出，軌道式集裝箱門式起重機在參數方面具有幾個方面的特征。

首先，軌道式集裝箱門式起重機的起重量較高，門式起重機的起重量主要包含吊具起重量、額定起重量以及吊鉤起重量三個方面，其整體起重量越高，表明其應用的作業環境越廣泛。本文所研究的青島港門式起重機的起重量可以到到48噸，已經十分接近門式起重機的最大起重量，效果顯著。

其次，在起升高度方面，軌道式集裝箱門式起重機的效果也十分引人注目。一般來說，起重機的起升高度必須高于堆場當中集裝箱的堆放高度，才能夠進行集裝箱作業。一般的集裝箱門式起重機的起升高度約為15m左右，這一起升高度能夠滿足堆位為8～10列集裝箱的起重堆放需求。本文研究的青島港軌道式集裝箱門式起重機，最大起升高度超過20m，能夠滿足超過12列集裝箱的起重堆放需要。

其三，起重機的工作伸距大小表明了起重機的最大跨距，并且限定了起重機的應用環境。青島港的軌道集裝箱門式起重機的軌道吊跨距接近40m，遠遠高于普通門式起重機的平均水平。同時，其帶懸臂的回旋速度達到了每分鐘2轉以上，極大程度提高了起重機的運轉速度，提升作業效率。

2 軌道式集裝箱門式起重機的設計創新

為了能夠進一步提升起重機的應用價值，提高作業水平和作業效率，本文對起重機的門架、吊臂、鋼絲繩以及控制系統四個部分分別進行了全新的優化設計。通過設計優化，能夠極大程度提升門式起重機的運行能力。

2.1 門架優化設計

本文所研究的軌道式集裝箱門式起重機所采用的門架主要為雙梁龍門架，這種門架通過箱型焊接來進行連接。在進行設計之前，需要對門梁架的懸臂預拱度、梁跨中長度進行全面計算。為了能夠進行準確計算，本文采用了我國設計規范標準，對懸臂預拱度采用正弦曲線分析，而在懸臂以外，則采用切線法進行預拱度外區段的計算。計算當中，通過對門腿支撐點進行原點設定形成坐標，再分別對懸臂工作點和懸臂最外端進行x1、x2的設定，運用有限元分析，最終得到了預拱度拋物線，并形成方程公式，如公式（1）所示：

通過計算可以獲取門梁的基本特點，并對門梁進行了重新設計，用以提升其剛度。在原始門梁中，其主跨梁的中垂度和結構剛度受到影響較為嚴重，其中，主梁懸臂的垂直剛度和水平剛度難以滿足作業需求，因此除了增添懸臂桿之外，還需要進行靜剛度限制值的設置，用以提升電動機功率，以此保證懸臂擁有額定的移動載荷。

2.2 吊臂優化設計

在目前集裝箱門式起重機當中，起重機作業受到吊臂搖擺影響嚴重，因此在進行門式起重機優化設計時，研究專家通常將目光放置在吊臂減搖技術設計之中，通過減輕搖擺，提升運行安全。通過系統分析可以發現，門式起重機受到電動機的驅動影響，形成針對鋼絲繩的斜拉力，通過優化斜拉力的方式能夠緩解集裝箱在作業過程中出現的搖擺，并提升快速準確碼放的頻率。因此在進行設計時，本文首先選用了小車在運行過程中平行位移和垂直平面的擺角，將其設定為廣義坐標，再借助拉格朗日方程，進行方程式建立。對于集裝箱吊重來說，吊重越高，其擺角越大，因此通過力學方程可以進行線性化的處理。搖擺情況通過方程分析，能夠獲得搖擺、減搖繩所形成的斜拉角度以及吊重質量參數，通過多種數據的綜合分析，能夠最終獲得吊重沖擊力的關聯公式，通過降低吊重的方式，保證其平穩運行。

2.3 鋼絲繩優化設計

除了吊臂的優化設計之外，還需要進行鋼絲繩的定期更換，使減搖優化達到最佳水平。在軌道式集裝箱門式起重機當中，鋼絲繩通常為700m長度的四根繩材料，由于長度過長，極易受損，因此應用年限較低，需要進行及時更換。本文在進行設計時，將更換周期設定為10個月，并通過兩個繩頭與小車固定的方式，保證小車的運行安全。

2.4 控制系統設計

控制系統是智能化集裝箱作業的“運行大腦”，在當前階段軌道式集裝箱門式起重機主要通過交流變頻系統進行驅動，為了能夠實現控制性能的優化，本文借鑒了國外先進的控制技術，通過PLC技術的運用，實現工程機交互連接，進而使上機位的監控軟件能夠對現場作業環境的數據內容進行快速獲取。管理人員在管理過程中可以利用系統顯示對現場作業情況進行監管，進而提高了起重機的作業運行效率。

3 結語

綜上所述，現代碼頭集裝箱堆場作業當中，不同類型門式起重機的運用能夠起到不同的作業效果。軌道式集裝箱門式起重機在作業環境、動力運用方面都有著突出的優勢，因此在設計過程中，通過結構和控制系統的優化，能夠最大程度發揮其特點，從而提升作業水平。