集裝箱橋吊防搖方法與控制措施分析

劉建南

摘要：隨著當前經濟的發展，在大量的運輸方式上通過集裝箱貨物運輸已經比較普遍了。而橋吊作為集裝箱海運過程中的重要載體，其工作的安全性與可靠性，對作業效率有很大的影響。對于集裝箱起重機來講，通過防搖技術的研究，并結合現代的相關原理，來保證靈活性和有效性，使得各個效果的優化，同時結合操作上的相關工作原理，采取控制措施來完善未來的研究和應用。在進行集裝箱橋吊防搖這一課題就行研究時，需要參考以前總結的經驗，同時結合其他一些方式方法，以達到防搖效果的優化。本文主要探討集裝箱橋吊的防搖方法與控制措施分析。

關鍵詞：集裝箱；橋吊；防搖方法；防搖措施

1.集裝箱橋吊的防搖意義

集裝箱可以提高貨物裝卸效率，同時避免貨物出現損傷以及全天候作業等優點，在當前的物流運輸中應用越來越廣泛。而集裝箱橋吊作為集裝箱裝卸的關鍵設備，就需要具有較高的裝卸能力和速度。在進行貨物裝卸時，由于較多因素的影響，小車與吊具之間的鋼絲繩難以控制，導致吊具來回擺動，吊著的集裝箱也會隨之擺動，這樣就會造成吊具與集裝箱之間的對位、集裝箱與卡車之間的對位花費較多時間，而且也可能會發生掛艙的分險，降低了作業效率，所以需要在橋吊上安裝防搖裝置。安裝防搖裝置的目的是減少吊具的來回搖擺，以便順利進行對箱作業。通過防搖裝置的作用，使吊具在2～3個搖擺周期內擺幅降低到50～100 mm以下或者在規定時間內擺動量降到一定范圍內。防搖效果的檢查方法是吊具吊著集裝箱隨小車一起運行，小車停止運行后，檢查測量吊具（集裝箱）的擺動周期及擺幅變化情況。

2.當前集裝箱橋吊常見防搖方法

目前來講，集裝箱橋吊的防搖方法主要有兩種，一種是機械式防搖，一種是電子式防搖。雖然采取的手段不同，但目的是一致的。

（1）機械式防搖。機械式防搖是最早采用的一種防搖手段，其中又有多種形式。①可以通過安裝減搖驅動機構，如減搖卷筒、減搖鋼絲繩、單向軸承、力矩電機、減搖制動器來實現。其工作原理是：當吊具向前擺動時，后側的減搖鋼絲繩被拉出卷筒，此時制動器處于制動狀態，其制動力矩通過單向軸承傳給卷筒并給后側的減搖鋼絲繩一個較大的阻尼力，阻擋吊具向前側搖擺，此時，前側松弛了的減搖繩則由力矩電機隨時收緊。反之亦然，通過以上幾次動作，集裝箱吊具搖擺幅度逐步減小，達到減搖效果。②也可以采取改變鋼絲繩的纏繞方式，如鋼絲繩交叉纏繞、四繩改八繩纏繞來實現。其工作原理是直接借用起升鋼絲繩來代替減搖鋼絲繩，鋼絲繩的拉力加大，同時通過改變（加大）鋼絲繩與垂直方向的夾角，從而增加水平方向的拉力，阻止吊具前后左右的搖擺。③也可以采取分離式小車的方式來實現。其工作原理是安裝分離式小車以及液壓阻尼油缸系統，當吊具產生晃動時，吊具上架上的減搖鋼絲繩隨吊架的搖擺而拉緊或放松，這些減搖鋼絲繩與液壓阻尼油缸的活塞桿相連，因而就會有兩個活塞桿被減搖鋼絲繩拉出油缸，而另一側松弛的減搖鋼絲繩則會被另兩個油缸的活塞桿拉緊，從而阻尼了吊具的搖擺。油缸阻尼力的大小，可以通過調節油缸壓力來控制。

以上采取的這些方法，主要是通過一些機械或其他輔助手段，改變鋼絲繩的拉力，來消耗擺動的能量，從而實現消除或減少搖擺的目的，提高集裝箱橋吊的工作效率。當前電子技術得到了快速發展，運用到實際生產中的步伐加快，現在集裝箱橋吊的防搖技術也在不斷改進，電子式防搖技術應運而生，并大量使用。現在的集裝箱碼頭會同時結合機械式防搖與電子式防搖來完善應用效果。

（2）電子式防搖。電子式防搖方法，簡單來講，其工作原理類似于起重機吊裝物體時的“跟鉤”動作的自動控制方式，它同時結合了計算機技術與控制技術。電子式防搖，需要在機器上安裝一些電子設備，小車架上安裝發射裝置與接收裝置，用來發射或接收信息，在吊具上架上安裝反射裝置，把接收的信息反饋出去。當吊具出現搖晃時，小車架上的接收裝置根據吊具上反射裝置提供的信息，檢測出吊具擺動的角度和角速度，會把這些信息傳輸至起重機監控管理系統，該系統具有數據收集、分析、管理、交換和故障診斷功能，通過此系統處理后將最優的控制參數提供給小車運行系統，來控制小車運行的方向與速度，進而使吊具擺動角度限制在一定范圍內，實現防搖的目的。也即在集裝箱吊裝過程中，如果吊具在吊裝集裝箱時出現搖擺情況，導致集裝箱偏離應該處于的中心位置時，電子防搖系統可以根據當時的各種參數情況，經過計算機的快速運算，來更改其中的一些參數，改變小車的運動情況，以達到小車、吊具（集裝箱）的運動步伐一致。尤其是在吊具向前搖晃達到重心最高位置后，小車再次起動也可以達到相同位置，促使動能逐漸轉化為集裝箱提高的勢能，進而使得動能逐漸降低，改變了吊具（集裝箱）的動能與勢能之間的關系，縮小集裝箱搖擺的范圍，直至集裝箱停止擺動。

3集裝箱橋吊的防搖控制算法

（1）防搖控制分析。對集裝箱橋吊防搖控制措施進行分析時，需要以小車速度模式為依據，結合兩個不同階段的加速模式來分析，來進行效果控制。一個是小車速度從零開始啟動運動，運行一定距離后，到達目標點位，速度逐漸降為零；還有一個是小車勻速運行階段，吊具沒有搖晃，擺動角度控制在零度。結合吊具擺動的角度，對運行狀態進行分析，合理控制好速度，避免吊具搖晃。

（2）防搖控制算法。①吊具擺角采集。在集裝箱橋吊吊具處于運動狀態時，通過安裝在小車架及吊具上的發射接收裝置及反射裝置，來對吊具擺動角度進行數據收集，獲得吊具擺動角度的變化數據。②小車位置采集。防搖控制算法的關鍵點在于采集小車位置。在小車上安裝編碼器及傳感器，收集小車在運動過程中的位置信息，同時收集對應的吊具擺長信息。③防搖切換控制算法。以收集到的圖像數據信息作為依據，同時結合吊具的對應位置，計算出小車的單擺數據，完成數學模型的構建。控制吊具最高點與小車位置和出錯位置相同，避免出現搖擺晃動的情況。④防搖控制算法步驟。在進行集裝箱吊裝作業時，為了可靠性與高效性，就要不斷完善集裝箱橋吊防搖控制系統，以各個不同的周期、角頻率、切換加速度來完善參數的初始化設置，確定各個周邊采樣的時間點，以吊具擺角為依據，進行數據分析，計算吊具在最高擺動位置的時間，確定小車切換速度，及小車加減速持續時間，合理的控制好防搖切換的時間點，使防搖效果到達預期目標。

4集裝箱橋吊防搖控制系統設計

（1）規劃路徑。對集裝箱從集卡裝載到船艙整個過程的運行工況進行分析，分不同的階段進行。第1階段，小車不動，集裝箱開始從靜止狀態，上升到最大速度，集裝箱垂直向上運動；第2階段，小車由靜止開始加速運行，同時起升繼續上升，集裝箱到達最高位置，集裝箱是一個向上的曲線運動；第3階段，小車繼續運行，起升在高點停止動作，集裝箱是水平運動；第4階段，小車逐漸減速停止，同時起升從靜止開始下降，集裝箱是一個向下的曲線運動；第5階段，小車運行停止，起升從最大速度減速為零，集裝箱垂直向下運動。整個過程就是這樣周而復始。2）防搖控制器設計。完善擺長模型，結合運行過程來進行檢測，對小車速度進行切換，使得機器設備達到目標，保證吊具到達最高位置時，可以小車的位置也是在吊具的垂直正上方，進而不會出現橋吊搖晃的問題。

結語

綜上所述，選擇合適的防搖裝置及防搖控制系統，減少橋吊作業時吊具搖晃的問題，提高碼頭的綜合效率，同時也可以避免安全隱患的問題。

參考文獻

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（作者單位：南通振華重型裝備制造有限公司南通分公司）