雙小車岸邊集裝箱起重機主吊具防搖防扭控制特性分析

摘 要：雙小車岸邊集裝箱起重機主吊具應用防搖防扭控制技術，能夠有效提高裝卸效率，故而對其進行深入研究具有現實意義。在此之上，本文簡要分析了雙小車岸邊集裝箱起重機的特點與防搖防扭技術類別，經由構建主吊具防搖控制模型、科學布置防搖探頭、有效獲取扭動信號、設計防扭控制系統等關鍵點，以此為自動化化運輸業的發展提供新指引。

關鍵詞：雙小車岸邊集裝箱;起重機;主吊具;防搖按鈕

前言：在我國外貿市場中，有超過九成的商品屬于海外貿易，且至少七成商品需要運用起重機進行吊裝運輸。而在雙小車岸邊集裝箱起重機實踐操作中，主吊具的搖晃與扭動，會直接影響裝卸進度，甚至干擾工作效率。故而對其防搖防扭控制特性實施科學研究，能夠有效規避主吊具搖晃扭動風險，為我國起重機的合理利用給予保障，促進海外貿易交流的良性發展。

1 雙小車岸邊集裝箱起重機的特點

雙小車岸邊集裝箱起重機在港口運輸環節發揮著重要作用，本文以ZPMC研發的一款起重機為例，分析其具體優勢，此種起重機型號剛好綜合了德國設計技術的實踐經驗，展現出了顯著的實用價值，其特征如下：第一，以雙箱梁作為起重機梁架結構，且起重機的雙小車部分以牽引式小車為主，可有效減緩小車對起重機的重量壓力;第二，本機型可實現自由伸縮，即集卡裝卸區靈活分布在框內或伸距下，其鋼絲繩也以三角懸掛的形式設置在滑輪與吊具間，盡管無電子防搖技術，也不會肆意扭動;第三，此款起重機設有自動糾偏系統，它的應用能夠進一步改善起重機運輸效益;第四，它設有自動行走驅動功能，可自動操作吊裝步驟，其便捷性更為突出。綜合上述特征，若能在現有基礎上優化主吊具防搖防扭控制系統性能，可進一步擴大其應用范圍，便于此款類型的起重機能為港口運輸產業經濟效益的提高提供可靠保障。

2 雙小車岸邊集裝箱起重機主吊具防搖防扭技術類別

2.1 吊具傾轉防搖技術

雙小車岸邊集裝箱起重機主吊具可應用傾轉防搖技術，消除不良影響。它具體指的是采用鋼絲繩科學分布吊裝點位，此時能夠保證鋼絲繩在具體吊裝階段，能夠保持一定的穩定性。結合主吊具扭動、搖晃的根本原因，可發現：主要在于鋼絲繩間距設計不合理，使其在吊裝到一定高度時，無法在吊具與商品中維持協調關系。同時，若設計的鋼絲繩過長，也不利于控制其吊裝穩定性，甚至會誘發精準度下降問題，嚴重影響吊裝運輸進度。而此項技術是通過重調吊具形態、重新設計鋼絲繩載荷參數的方式，確保起重機主吊具處于均衡狀態。對此，應善于借用控制器等裝置完善防搖防扭效果，這樣才能為我國港口事業的長遠發展創造有利條件。

2.2 智能電子防搖技術

在信息化時代背景下，關于防搖防扭控制特性的研究，還可從智能電子防搖技術上，為起重機提供良好的防搖服務。此技術實則是以CCD攝像機進行實時記錄，具體監測的是起重機小車運行過程中鋼絲繩的擺動角度等，之后將記錄數據轉換為視頻信號上傳至信息采集中心，經由對相關參數的匯總分析，可總結出控制信號，采用變頻器輸出方式，將其反饋至小車電機，以此產生吊具防搖防扭作用。為了進一步提高智能化控制水平，在對此項技術進行應用時，還應當對其控制流程予以規劃，便于設計中防搖防扭控制標準，指導主吊具平穩的完成卸裝任務。

3 雙小車岸邊集裝箱起重機主吊具防搖防扭控制特性關鍵點

3.1 主吊具防搖控制特性

3.1.1 建模與規劃路徑

在雙小車岸邊集裝箱起重機運行期間，其主吊具的擺動軌跡可作為擺動模型進行分析，類似于鐘擺，以某個擺動中心為依托，經過對其擺動角度的計算，可深入了解起重機吊具的擺角（T）變化規律，并將其納入主吊具防搖控制模型中。

在此公式中，m、M、l、xM、θ、分別代表的是吊具質量、小車質量、鋼絲繩上升長度、小車水平位移、吊具偏差擺角。經過計算后可根據擺角的變化情況，對模型相關參數予以完善，并對小車發布調節指令。其中防搖控制量（F）可以下述公式進行計算：

V分別指代的是增益系數以及起重機小車的速度指令信號。考慮到起重機主吊具的擺動能夠按照非線性模型進行分析，故而還可根據上述內容對其擺動軌跡進行研究，從而保證按照事先設定好的路徑進行操作，其吊具不易產生扭動、擺動情況。

經過相關分析后，此款起重機在其進行裝載、卸運時能夠以最小化擺角的方式減小搖晃扭動風險，此時應增加其路徑設計的平滑性，包括為其設置限制值，使其處于可控擺動范圍內，以起始點、終點作為表達式中吊具運行軌跡的實際位置，在防搖設計模型中，可通過分析小車行駛時間，判定是否受到了擺動干擾。一般小車在特定路徑中的行駛時間超過標準值，則代表其擺動幅度較大，此時可運用“”掌握主吊具防搖控制輸出值，其中exd、k1-5分別代表的是吊具吊裝相對位置偏差以及控制增益值。其中在模擬模型中，可直觀的掌握吊具搖晃特征，便于運用控制量提高防搖控制水平。

3.1.2 原理與探頭布置

在雙小車岸邊集裝箱起重機主吊具防搖控制過程中，還可在其裝置中使用防搖系統，以智能控制手段，優化防搖性能。此系統在起重機主吊具部位的應用，其具體原理如下：經由系統協同操作，能夠針對主吊具出現的搖晃擺動問題實施科學分析，并對其發布指令，依靠小車手柄，促使主吊具的速度得到相應的減緩，這樣可在一定時間內快速幫助主吊具重新恢復穩定狀態。在此系統中關于防搖控制特性的研究，還需要借用探頭對其搖晃角度進行反饋，以此增加控制精準度。其具體控制流程如下：首先防搖系統可作用于起重機控制系統上，然后進入到防搖程序實踐應用環節，之后對小車的車速及其方向給出標準的控制值，在其驅動操作下，LPS探頭能將小車驅動信息轉化為吊具搖晃角度信號，并再次傳輸到起重機控制系統中，在多次防搖操作下，吊具的搖晃行為將得到終止。在具體安裝中，結合其原理流程可選用230V交流電供應電源，聯合紅外線檢測器采集信息，最終經過引進防搖程序，便于精準化控制主吊具搖晃狀態。其中所選用的防搖探頭，可以振華企業生產的無線紅外探頭為主，以此為港口機械制造業未來的發展提供新的指引。本文以振華企業作為研究背景，考慮到該企業具備10km岸線且生產基地分布廣泛，故而在研究防搖防扭控制特性階段，應以自主創新產品作為主體結構，以便不斷改善當前雙小車岸邊起重機的應用效果。同時，還需要做好實踐驗證工作，以前后搖晃角度等指標判斷改進后的機型，其防搖結果是否達標[1]。

3.2 主吊具防扭控制特性

3.2.1 信號獲取及其背景

在防扭系統設計環節，它具體指的是主吊具呈現出回轉情況，以此誘發吊具重復作業問題，不利于控制裝卸效益。本文在研究防扭控制系統時，可從信號獲取渠道與設計背景兩個層面上予以分析：前者可采用補償式防扭控制方式，在扭動環節對鋼絲繩長度進行調整，這樣可避免吊具反復扭動，產生資源損耗后果。其中指代的信號主要指的是由吊具控制系統傳輸的扭動動態信息，在其轉化為視頻信號后，可進入到防扭平臺上，經過扭動方向、幅度的研究，可向起重機控制系統下的鋼絲繩控制模塊發布指令，使其符合防扭控制標準，停止扭動。后者為了強化防扭效果，還可在其防扭平臺上新增防扭電機、變頻器，促使變頻器能夠對防扭電機進行針對性控制，而且還可聯合編碼器對電機的運行溫度、驅動力參數進行合理控制，這樣才能真正達到防扭控制目的。因鋼絲繩分布復雜，還可通過油缸位移信號判定扭動情況，之后進入到系統控制階段，維護防扭系統運行穩定性，加強對扭動幅度的全面監測。

3.2.2系統設計及其驗證

在防扭系統實際設計中，還可對其操作模式進行完善，結合上文中起重機運行特征，雖然原有機型已經在防扭控制上表現出優勢，但此處設計的防扭系統能夠起到防控作用，這樣可適當降低主吊具扭動事件的發生率。具體可從手動、自動、相對零位模式上進行討論。系統中的手動模式，實則是在起重機運行中，能夠借助吊具回零旋鈕，促使起重機的主吊具能夠回歸原位。此旋鈕的啟動，可促使起重機進入防扭控制狀態，此時吊具在進行裝卸操作時，可在裝載與卸載過程中進行原位回歸控制，在人力輔助下，可在旋鈕啟動后，實現吊具全過程防扭控制，直到完成裝卸才可關閉旋鈕。自動模式是在起重機控制系統中增添自動化防扭系統，直接通過點擊屏幕按鈕的方式，促使主吊具保持防扭控制功能。此種控制模式相比手動更為便捷，且能夠體現出智能化特色，更適用于高端性能的機型中。至于相對零位模式，考慮到部分駕駛員在裝載吊裝、卸貨中常以吊具的傾斜狀態提高操作效率，故而在應用防扭控制系統時，需對吊具的防扭糾正位置進行重調，其間形成的“歸位”，不再以吊具原始零位為主，而是以傾斜向所需角度的扭動標準為主，繼而保證在應用防扭系統的同時，并不會干擾正常的操作秩序[2]。

任何控制系統都需要進行驗證，以此判斷是否具備推廣實踐價值。本文中研究的防扭系統，在其進入到驗證階段時，多以分組對比試驗為主，以差異性吊具尺寸作為因變量、防扭控制系統作為自變量，分析在多種尺寸下吊具的防扭效果，其中防扭系統的控制誤差需保持在1.2°左右。經過試驗數據的對比，在不同尺寸的吊具下，均達到了防扭控制目的，而且還因防扭控制系統的應用，促使整體運輸時間有所縮短。另外，在起重機主吊具防扭設計上，根據起重機小車自身速度的變化，在設計防搖控制系統的同時，還可以在起重機上安裝防搖定位控制器，以控速模式對吊具防扭控制產生輔助作用。只有雙小車行進速度可控，運行軌跡規范，才能促使防搖防扭控制系統有效降低主吊具搖晃扭動概率。

結論：綜上所述，雙小車岸邊集裝箱起重機主吊具應用防搖防扭技術，可提高主吊具控制水平，以此維護吊裝作業效率。對此，應從建模、規劃路徑、布置探頭、獲取信號、系統設計等方面著手，進而為主吊具的穩定運行給予保障，充分利用防扭防搖控制系統，優化起重機操作效果，滿足新時代海外商品裝卸運輸需求。

參考文獻：

[1]段小明，單磊.雙小車岸邊集裝箱起重機主吊具防搖防扭控制特性研究[J].港口裝卸，2020（02）：17-20.

[2]金如新，李時現.雙小車岸邊集裝箱起重機自動裝卸集裝箱關鍵技術的應用[J].內燃機與配件，2018（05）：207-208.

作者簡介：

王佳偉（1985-），男，籍貫：上海，助理工程師，研究方向：機械工程。

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）