港口裝卸機械 振華重工完成世界首創ABC岸邊集裝箱起重機方案設計

童 暉

港口裝卸機械從業人員

行業自媒體人

lifteam@163.com

近期，振華重工聯合Liftech推出的一款新型岸邊集裝箱起重機——自平衡升降式岸邊集裝箱起重機（Articulated Balance Crane）完成初步方案設計。新的岸邊集裝箱起重機概念稱為自平衡升降式岸邊集裝箱起重機（ABC）作為傳統A型門框岸邊集裝箱起重機結構的替代品。傳統岸邊集裝箱起重機如輪壓、防風系固載荷或大梁鉸點的大量維護都是困擾港口用戶的主要問題。

自1959年Liftech的創始人喬丹開發出第一臺A型起重機結構以來，岸邊集裝箱起重機的尺寸急劇增加。然而，盡管外伸距需求增加到68 m以上（最大外伸距為80 m），起升高度高度要求擴展到48 m以上（最大起升高度為56 m），港口運營商仍然要求現在港口的100英尺（30.48 m）軌距岸邊集裝箱起重機大車緩沖器之間距離不超過27 m。在相同的占地面積上不斷的增加起重機的結構，會顯著增加迎風面積和大車輪壓，特別是當前大梁處于錨定位置時，老碼頭通常會超出碼頭的許用輪壓范圍。

對于自平衡升降式岸邊集裝箱起重機，在現有的占地面積限制內，在不改變整個起重機金屬結構和機械系統的情況下，將起重機質量降低約8%，并在起重機處于工作狀態和非工作狀態時，減少起重機軌道上的輪壓高達15% 。

ABC具有細長前大梁，該前大梁延伸到起重機的陸側腿，較短的岸邊集裝箱起重機后大梁部分在降低時保持水平，因為前大梁俯仰到仰起狀態以便船舶凈空和靠泊。

起升機構有不同的選擇，包括使用與傳統俯仰機構相同的主要部件的機械系統，但具有不同的鋼絲繩纏繞系統，纏繞角度和滑輪布置。在海側腿上，Liftech設想海側腿上的大梁鉸點類似于現在一些起重機制造商使用的大梁銷軸連接，如果需要可以進行檢查和更換。

其他設計特征包括用于將起重機大梁固定在仰起和水平位置的系統。 ZPMC設計制造了弗吉尼亞州提升梁式岸邊集裝箱起重機，其上部可升降，可以在ABC上使用類似的插銷方法將梁固定到陸側腿上以便錨定。

如今ABC設計與標準起重機設計的不同之處在于它使用了10個拉索系統而不是兩個用于前大梁拉桿系統的H型鋼部分。 Liftech認為，可以使用斜拉橋技術將更輕的電纜支撐結合到ABC設計中，而不會產生潛在的腐蝕問題，并且不會影響傳統拉桿系統的剛度和撓度特性。

岸邊集裝箱起重機的起升高度和外伸距都有所增加，以適應不斷增加的船舶尺寸，但起重機占地面積沒有太大變化，特別是在岸邊集裝箱起重機大車運行方向上。 因此，由于岸邊集裝箱起重機側向載荷導致的碼頭的垂直載荷顯著增加，導致較大的工作載荷和非工作載荷，以及確保岸邊集裝箱起重機整機穩定性的防風系固上拔力。這個問題在臺風區域非常明顯，當一個碼頭想在老碼頭上排布較大的岸邊集裝箱起重機時，起重機大車軌道的許用輪壓就顯得非常有限，對于許多港口運營商來說，岸邊集裝箱起重機來說，岸邊集裝箱起重機前后大梁之間軌道接頭的維護成本也是非常大的成本支出。

對于操作，ABC將與傳統的岸邊集裝箱起重機類似作用。 對于錨定，細長的起重機前大梁和上部工作將作為一個單元圍繞海側支腿附近的鉸點旋轉，為船舶提供間隙，而機器房和縮短的后大梁陸側面將保持水平但向下平移弧。給人印象是一臺錨定狀態的起重機，其重心較低，并且風載荷降低而致使傾覆力矩也降低。

新ABC概念的關鍵在于前大梁是連續的，從前大梁頭部延伸到陸側上橫梁，而不是海側上橫梁。 在設計理念中，支撐機器房的較短的后大梁與前大梁和陸側上橫梁連接在一起，并由連接到海側上橫梁的平行連桿支撐。在ABC概念中，前大梁仰起，降低后大梁、機房，小車停靠在停車位。前大梁鉸接在門框上，后大梁上的平衡支撐保證在前大梁仰起或下降過程中機器房和小車的水平。根據起重機的幾何形狀，后大梁、機器房和小車可以在靠近門框聯系橫梁位置錨定，大梁俯仰接近60°。在錨定位置，后大梁能夠鎖定在門框上，無論是陸側門腿還是聯系橫梁處。在ABC概念中，前大梁的俯仰和后大梁的提升由標準的俯仰機構和陸側機器房、后大梁、和陸側上橫梁之間的纏繞控制。RTT ABC，可以使用現在傳統岸邊集裝箱起重機上的小車和起升機構設計。

除了后大梁的平行連桿支撐外，較長的前大梁設計是該概念的關鍵部分。 在ABC概念設計中，梯形架從雙箱前后大梁的海側鉸點附近俯仰上升，并略微傾斜于陸側，使得梯形架略微傾向海側上橫梁。在傳統岸邊集裝箱起重機上，梯形架是固定在門框橫梁上的。高側向載荷來自后大梁傳遞給海側上橫梁，并通過門框結構傳遞給門框撐管。為了抵抗高彎矩，ABC海側上橫梁設計為桁架而不是典型的箱梁。 桁架橫梁和更輕的前大梁的另一個好處是，起重機在大車運行方向上在外伸距位置處的側向偏移預計將小于標準岸邊集裝箱起重機的偏移。

在ABC概念中，梯形架與前大梁的連接意味著它們隨著前大梁旋轉，并且當前大梁俯仰時，支撐前大梁的海側拉桿部分不再需要折疊，這一點與傳統的岸邊集裝箱起重機不同。在大梁錨定位置，梯形架頂部橫梁就靠近路測上橫梁。前大梁類似于被梯形架拉起來的斜拉索大橋。

ABC概念使用多個拉索來拉起前大梁，五組鋼拉索拉起海側前大梁，兩組拉索拉住陸側前大梁部分。在標準岸邊集裝箱起重機上采用兩組重型H形鋼。使用多個斜拉索會使得單位長度上的大梁結構更加輕巧，估計10個拉索的總質量和4根傳統H形鋼的總質量相當。

在早期的岸邊集裝箱起重機上，也曾用前大梁拉索拉起岸邊集裝箱起重機上的前大梁結構，但由于擔心腐蝕和下撓，在20世紀70年代不再使用。 從那時起，在斜拉索和端部結構的的設計和構造方面取得了重大進展。 特別是開發出用于斜拉橋的高密度全封閉斜拉索，其比標準鋼絲繩明顯更硬，并且具有耐腐蝕的端部結構和涂層。

在相同的設計標準下，ABC應該更輕，并且應該具有改進的質量分布，更小的車輪負載和用于非工作狀態的防風系固載荷，以及更小的海側工作載荷。 ABC可能會有稍高的陸側工作輪壓，但陸側車輪載荷應控制設計，應小于傳統岸邊集裝箱起重機。ABC總質量可以比標準岸邊集裝箱起重機輕約8%，并且海側前大梁結構將輕20%。 計算還表明，降低大梁，機器房和海側梯形架也減少了非工作狀態下的車輪輪壓并提高了穩定性。附表顯示了RTT ABC概念和標準岸邊集裝箱起重機的極限應力法（ASD）輪壓和（LRFD荷載抗力系數設計法計算的系固載荷的比較。

ABC concept relative to standard STS crane Service wheel loads Tie-down-loads Operating Storm Waterside 15% lower 15% lower 20% lower Landside 7% higher 15% lower 5% lower

預計RTT ABC概念的小車行進方向剛度與標準岸邊集裝箱起重機的小車行駛方向剛度相當。 計算表明，外伸距在大車行走方向上的橫向變形將比標準岸邊集裝箱起重機的橫向變形小約30%。 ABC概念推廣的垂直偏差將高于標準岸邊集裝箱起重機，但預計符合正常的行業標準。