集裝箱軌道吊原地旋轉轉場方案的研究與應用

李春紅，樊勇

（上海振華集團股份有限公司，上海 200125）

0 引言

集裝箱軌道吊是一種比較常見的設備，有固定的軌道，移動范圍有限，但是起吊貨物的重量很大，經常在集裝箱堆場或鐵路上進行裝卸作業。集裝箱軌道吊在運輸和轉場時，常遇到碼頭軌道與軌道吊軌道方向不一致的情況，影響到運輸船舶配載方案以及在安裝碼頭的轉場方案。為避免對運輸船配載方案造成影響和降低對碼頭轉場區域的要求，提出了集裝箱軌道吊原地旋轉的轉場方案。

很顯然，與常規的類似“汽車轉彎”轉場方案相比較，軌道吊原地旋轉轉場方案對轉場區域場地大小的要求更低，更具有可行性和可操作性[1-8]。

1 總體方案

在集裝箱軌道吊的下橫梁下對稱安裝4組橡膠臺車，每組橡膠臺車與下橫梁偏移角度α，通過牽引橡膠臺車實現集裝箱軌道吊原地旋轉轉向。

軌道吊原地旋轉對碼頭轉場區域的要求是：邊長=a+2c+10 m的正方形。

每組橡膠臺車的偏角：α=β=arctan（b/a）

安裝在同一個下橫梁下的橡膠臺車，偏角是對稱的，見圖1。

圖1 橡膠臺車偏角示意圖Fig.1 The deflection angle of rubber-bogie installation

軌道吊旋轉半徑R=（a2+b2）0.5/2。

式中：a為軌道吊的軌距，m；b為安裝在軌道吊下橫梁上橡膠臺車的間距，m；c為主梁懸臂至下橫梁中心的水平距離，m。

橡膠臺車應選用實芯耐磨橡膠臺車，原因：1）軌道吊的重量通常較重；2）碼頭工況復雜，充氣輪胎容易被損壞；3）橡膠臺車為間歇性慢速旋轉，且工作時間較短。

每組橡膠臺車的規格應相同，以簡化設計，方便操作；橡膠臺車的數量由橡膠臺車的許用載荷、碼頭承載力、軌道吊總重量等因素相關；同組橡膠臺車中不同輪胎因其至旋轉中心距離不同致使其轉速存在差異。

為解決同組橡膠臺車中輪胎轉速差異造成的問題，每個輪胎通過滾動軸承連接其輪轂與輪軸，以較好實現各輪胎移動速度的調整。

2 牽引阻力的計算

集裝箱軌道吊的總阻力：

式中：F橡皮輪胎為單個橡膠臺車的摩擦阻力；F風為風力影響軌道吊行走的阻力；F坡度為轉場區域坡度影響軌道吊行走的阻力。

式中：P為單個橡膠臺車的正壓力；K為橡膠臺車與地面的滾動摩擦系數；μ為滾動軸承摩擦系數0.015。

式中：v為風速；A為迎風面積；C為風力系數。

式中：G為軌道吊的總重量；α為轉場區域的坡度。

3 滾動摩擦系數的測定

因缺少橡膠臺車與地面滾動摩擦系數的相關資料，為保證原地旋轉轉場方案可靠性，在中國南通進行了模擬試驗，在以色列進行了現場實驗，以測定相關的滾動摩擦系數。

1）南通模擬試驗情況

天氣：晴，東風（微風，陣風2～3級）；

轉場區域：水泥地面，路面比較平整，幾乎沒有坡度；

集裝箱軌道吊參數：自重350 t，沿大車方向迎風面積390 m2，垂直大車方向迎風面積397 m2。

每組橡膠臺車由8個橡膠實芯輪胎組成，單個實芯橡膠臺車的許用正壓力為20 t，最大外徑為φ645 mm，寬度為300 mm；每個實芯橡膠臺車的輪轂與連接軸間均是用滾動軸承聯接。

牽引設備分別在F1、F2、F3、F4四點牽引，見圖2，并用測力器測出軌道吊開始移動時的牽引力，實測數據見表1。

表1 南通試驗時測力器的數據Table 1 The data of dynamometers in the Nantong test

圖2 牽引示意圖Fig.2 Sketch map of pulling system

從試驗中可以看到：當從4個方位以順時針或逆時針方向同時牽引橡皮臺車，是可以讓集裝箱軌道吊原地旋轉移動的。試驗的成功證明了集裝箱軌道吊旋轉轉場方案是可行的。

在不計風載、水泥路面無坡度時，通過實測試驗數據可以計算出，F橡皮輪胎=P×K+P×μ中K≈0.05。

2）以色列轉場現場試驗情況

天氣：晴，西南風（3～4級）；

轉場區域：瀝青地面，路面坡度1%；

集裝箱軌道吊參數：自重350 t，沿大車方向迎風面積390 m2，垂直大車方向迎風面積397 m2。

橡膠臺車規格型號以及布置與南通試樣相同。牽引設備分別在F1、F2、F3、F4四點牽引，實際數據見表2?，F場照片見圖3。

表2 以色列試驗時測力器的數據Table 2 The data of dynamometers in the Israel test

圖3 軌道吊旋轉照片Fig.3 In-situ rotation moving photo of RMG

在不計風載、瀝青路面坡度1%時，通過實測試驗數據可以計算出F橡皮輪胎=P×K+P×μ中K≈0.1。在南通試驗的集裝箱軌道吊與以色列現場轉場的為同一軌道吊，其所有的參數全部相同。在南通試驗時總牽引力大約在23～24 t，在以色列時總牽引力大約為48 t（每臺挖掘機的牽引力大約為12 t左右），幾乎是水泥路面的2倍；兩者牽引力相差較大，說明轉場區域碼頭面狀況對旋轉阻力影響很大。

4 入軌方式

軌道吊在轉場區域完成轉向后，即大車行走臺車對準碼頭預埋軌道，利用千斤頂將軌道吊整機頂升至合適的高度。隨后拆除橡膠臺車聯接，并在軌道吊的大車行走臺車下方鋪排臨時軌道，臨時軌道一直鋪排至碼頭預埋軌道處。待臨時軌道鋪排結束，通過降低千斤頂的行程，使軌道吊的大車行走臺車落入臨時軌道。特別要注意的是，在牽引軌道吊前，必須檢查確認軌道吊行駛路徑的路面上和空中是否有障礙物。在確認無障礙物的情況下，利用叉車或其它牽引設備，牽引軌道吊至其碼頭指定區域的錨定位置。牽引到位后，立即將軌道吊大車行走機構上所有制動器全部剎住，并安裝錨定裝置錨固，做好防風措施。

5 結語

當今國際經濟往來頻繁，服務于中外貿易的港口運輸業迅速發展，為港口機械的制造、應用、發展帶來了無限生機。港口機械普遍具有外形大，質量重的特點。大型港口機械設備在制造后需要進行轉向或者轉場運輸時，均可以利用本文介紹的“集裝箱軌道吊原地旋轉的轉場方案”。本方案思路新穎，原理簡單，安全可靠，操作方便，可以節省大量費用，在類似工程中具有較高的推廣價值。