起重機(jī)防搖裝置專利技術(shù)發(fā)展淺析

婁朝輝 劉一慧

摘 要： 集裝箱運(yùn)輸業(yè)成為世界范圍內(nèi)外貿(mào)交流的重要運(yùn)輸方式，集裝箱起重機(jī)是集裝箱船和碼頭前沿之間裝卸集裝箱的主要設(shè)備。各國的起重機(jī)行業(yè)對于集裝箱防搖控制技術(shù)都進(jìn)行了重點(diǎn)研究。本文介紹了幾種常用的集裝箱起重機(jī)防搖方式，并依據(jù)專利申請數(shù)據(jù)對國內(nèi)外集裝箱起重機(jī)防搖系統(tǒng)的發(fā)展過程與趨勢進(jìn)行簡要分析。

關(guān)鍵詞： 起重機(jī)；集裝箱；防搖；專利數(shù)據(jù)

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對外貿(mào)易逐年遞增，已經(jīng)成為世界經(jīng)濟(jì)中的重要一員。集裝箱運(yùn)輸業(yè)成為我國對外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易交流的重要運(yùn)輸方式，岸邊橋式集裝箱起重機(jī)（簡稱岸橋）是集裝箱船和碼頭前沿之間裝卸集裝箱的主要設(shè)備，其作用是在船和集裝箱卡車間將集裝箱進(jìn)行裝卸，岸橋的裝卸能力和速度直接決定碼頭的作業(yè)生產(chǎn)率。

1.技術(shù)背景

在集裝箱裝卸作業(yè)過程中，起重機(jī)小車機(jī)構(gòu)和吊具之間通過鋼絲繩柔性連接，吊具由于慣性作用，其啟動與停止均晚于小車機(jī)構(gòu)的啟動和停止，由此在小車機(jī)構(gòu)運(yùn)行的過程中和停止以后，造成了吊具的前后擺動，司機(jī)無法將集裝箱準(zhǔn)確的放到集裝箱卡車上和船艙內(nèi)。對于吊具的搖擺，通常的做法是起重機(jī)司機(jī)控制小車機(jī)構(gòu)啟停，人為地讓小車等待滯后的吊具，等吊具跟上后小車再向前運(yùn)行，減小吊具晃動。顯然，人為控制需要司機(jī)有相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過長期生產(chǎn)實(shí)踐，一個熟練的操作人員可利用跟鉤動作（懸掛點(diǎn)變動的差異）來抵消搖晃，使負(fù)載停在落點(diǎn)時搖擺迅速停止。但要做到此點(diǎn)必須有非常熟練的技巧及豐富的經(jīng)驗(yàn)，如過早實(shí)行，并不能抵消所有擺動，而實(shí)行太晚則反而會弄巧成拙，使得搖擺更厲害。因此即使是有經(jīng)驗(yàn)的操作人員也常常需要多次調(diào)整落點(diǎn)才能最終消除搖擺。越來越高速運(yùn)行的新型起卸設(shè)備將此操作變得更加困難。更重要的是，對于全自動化碼頭吊具搖擺是必須靠機(jī)器自身克服的。而且集裝箱的晃動還會給安全生產(chǎn)帶來隱患，同時也嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)體的壽命。

2.集裝箱起重機(jī)防搖系統(tǒng)專利技術(shù)淺析

隨著集裝箱起重機(jī)和碼頭的自動化、智能化發(fā)展，工人對工作環(huán)境的改善的要求，對防搖的要求也越來越迫切，因此各國對于集裝箱起重機(jī)防搖控制技術(shù)都進(jìn)行了重點(diǎn)研究，并進(jìn)行了大量的專利申請，以下基于專利申請數(shù)據(jù)，對集裝箱防搖方式中常見的機(jī)械式防搖與電子式防搖的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行簡要分析。

2.1機(jī)械式防搖

機(jī)械式防搖是指運(yùn)用機(jī)械原理減搖和防搖，株式會社日立制作所在1986年申請的專利JP昭62-211293A提出在集裝箱吊具的轉(zhuǎn)動杠桿上設(shè)置阻尼器，以限制吊具杠桿的轉(zhuǎn)動，進(jìn)而減小集裝箱的搖擺幅度；美國弗吉尼亞國際裝卸公司在1994年申請的專利US5456560提出在吊具上設(shè)置相應(yīng)的集裝箱容置空間來限制集裝箱起升過程的擺動；三菱重工在2000年申請的專利WO99/28230A1對傳統(tǒng)的倒八字鋼絲繩防搖系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，通過對滑輪布置與鋼絲繩纏繞方式的改進(jìn)，不僅提高了防搖效果，也減輕了吊具的重量；上海振華港口機(jī)械（集團(tuán)）股份有限公司在2004年申請的專利CN1548357A也對倒八字鋼絲繩防搖系統(tǒng)的纏繞布置方式進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，使得鋼絲繩在小車和吊具與地面垂直的四個面上具有四個完全相同的倒三角形，吊具在大車和小車兩個方向均處于穩(wěn)定狀態(tài)，增強(qiáng)吊裝作業(yè)的防搖效果；西安交通大學(xué)在2004年申請的專利CN2714522Y改進(jìn)了傳統(tǒng)的伸縮式剛性導(dǎo)桿防搖裝置，使吊具的升降運(yùn)動更為穩(wěn)定；三一重工在2008年申請的專利CN101323417A也提供了一種新的減少集裝箱吊具搖擺的布繩方式；2016年，三一重工在其申請的專利CN105417371A中采用直線驅(qū)動器結(jié)合鋼絲繩滑輪防搖系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)集裝箱吊具的防搖。

通過上述機(jī)械式防搖裝置的專利申請發(fā)展可知機(jī)械防搖方式主要是通過增加懸掛剛度或安裝阻尼器的方法來實(shí)現(xiàn)的，其主要是針對集裝箱吊具的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)置。機(jī)械式防搖成本相對較低、防搖效果較好，現(xiàn)在國內(nèi)生產(chǎn)的防搖裝置大都采用機(jī)械式防搖。然而，機(jī)械式防搖雖然可以減弱搖動的強(qiáng)度，但不能防止搖動的發(fā)生，在空載時減搖能力降低，并且，機(jī)械式防搖往往需要增設(shè)各種配套的機(jī)構(gòu)或液壓設(shè)備，增加了設(shè)備的重量和維護(hù)保養(yǎng)工作，降低了系統(tǒng)的可靠性。

2.2電子式防搖

進(jìn)年來，越來越多的企業(yè)與科研院校致力于電子式防搖系統(tǒng)的研究，電子式防搖效果明顯，相比于機(jī)械防搖方式，其智能化、自動化程度更高。國外對于電子防搖的研究起步較早，早在1973年公開號為JP3766573A的日本專利就公開了一種控制懸吊起重機(jī)鋼絲繩搖擺的控制系統(tǒng)，通過系統(tǒng)測量滑車的運(yùn)行速度反饋給系統(tǒng)，限制滑車的最大運(yùn)行速度來減小吊繩的搖擺。在1997年公開號為US5642822A的專利中提出通過各種傳感器和檢測元件（如攝像機(jī)）將檢測到的信息（如擺角、角速度等）傳送至控制系統(tǒng)的微機(jī)，經(jīng)微機(jī)內(nèi)部控制軟件處理后將最佳的控制參數(shù)（如PD控制參數(shù)）提供給小車調(diào)速系統(tǒng)來控制小車的運(yùn)行，從而減少吊具及載荷的擺動幅度，這種電子防搖系統(tǒng)在一定時期得到了廣泛的應(yīng)用。2002年，公開號為EP1235735 A1的專利公開了一種降低貨物擺動的控制系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)計(jì)算修正系數(shù)并將修正系數(shù)疊加到操作人員輸入運(yùn)動和工作臺運(yùn)動，以提供起重纜繩懸掛點(diǎn)的基準(zhǔn)位置，迫使起重機(jī)跟蹤所需要的運(yùn)動以降低貨物擺動。2004年，西門子公司提出一件公開號為DE10245889 A1的專利申請，公開了一種確定起重機(jī)上載荷擺動的方法和設(shè)備，通過在攝像機(jī)檢測在載荷上設(shè)置的標(biāo)記來精確計(jì)算載荷的擺動路徑，實(shí)現(xiàn)搖擺的自動化計(jì)算控制。 2006年，公開號為US2006054581 A1的由KCI科恩起重機(jī)有限公司提出的專利申請公開了一種用于控制在起重機(jī)中的吊架和安裝在該吊架上的負(fù)載的搖擺和回轉(zhuǎn)的方法，通過向控制邏輯電路供給作為輔助傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的速度，轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)通過傳動比而形成為輔助傳動機(jī)構(gòu)的測量轉(zhuǎn)速和輔助傳動機(jī)構(gòu)的計(jì)算轉(zhuǎn)速之間的差值，進(jìn)而控制在起重機(jī)中的吊架和負(fù)載的搖擺和回轉(zhuǎn)。2015年，公開號為FR3016872 A1的由法國馬尼托沃克公司提出的專利申請公開了一種控制懸掛于作為吊車類型的起重機(jī)的掛接點(diǎn)的負(fù)荷的位移的方法，可以實(shí)時獲取原始駕駛設(shè)定值，并基于狀態(tài)矢量的虛擬模型過濾設(shè)定值，據(jù)此有效控制吊具搖擺。

相比于機(jī)械防搖方式，電子式防搖附加設(shè)備少，防搖時間短，基本不增加額外重量，它能將減搖和小車的運(yùn)行控制結(jié)合起來考慮，具有顯著的優(yōu)勢。但電子防搖所需技術(shù)含量高，成本高，如何提供一種智能化、高效化、低成本的電子防搖系統(tǒng)是今后電子式防搖的主要發(fā)展方向。

3、結(jié)語

集裝箱起重機(jī)防搖裝置的設(shè)計(jì)是提高集裝箱起重機(jī)裝卸效率的重要途徑之一，通過對機(jī)械式防搖和電子式防搖技術(shù)的專利發(fā)展過程及國內(nèi)外專利研究狀況的分析探討，可以預(yù)見集裝箱起重機(jī)防搖技術(shù)正逐步向著智能化、高效化、電子化的方向發(fā)展，電子式防搖成為集裝箱起重機(jī)防搖的主要研究方向。

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