梁大偉

（合肥市春華起重機(jī)械有限公司，安徽 合肥 230000）

隨著海外倉儲貨運(yùn)的大規(guī)模開展，集裝箱碼頭的擴(kuò)建和新建也成為趨勢。與之相對的，碼頭軌道集裝箱將具有拓展性和高密度堆存性，傳統(tǒng)的起重機(jī)在進(jìn)行集裝箱運(yùn)輸時難以勝任，因此需要選用門式起重機(jī)，提升堆場作業(yè)的效率。在相關(guān)的研究中發(fā)現(xiàn)，門式起重機(jī)的應(yīng)用更加靈活，同時堆場工藝方式也更加科學(xué)合理，能夠極大程度低降低成本。因此設(shè)計(jì)研究人員更傾向于門式起重機(jī)的運(yùn)用提升作業(yè)效率。

1 軌道式集裝箱門式起重機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

1.1 軌道式集裝箱門式起重機(jī)的性能優(yōu)勢

本文所進(jìn)行研究的軌道集裝箱門式起重機(jī)RMG的主要工作環(huán)境為針對集裝箱所進(jìn)行的裝卸、堆放以及搬運(yùn)，因此其主要的性能優(yōu)勢一般體現(xiàn)在碼頭作業(yè)現(xiàn)場之中，與傳統(tǒng)的RTG輪胎式集裝箱門式起重機(jī)相比，軌道集裝箱門式起重機(jī)有著幾個方面的性能優(yōu)勢。

首先，軌道集裝箱門式起重機(jī)所運(yùn)用的作業(yè)環(huán)境為運(yùn)行軌道，在施工作業(yè)中，門式起重機(jī)會依據(jù)軌道鋪設(shè)的方位和特點(diǎn)展開有規(guī)劃的集裝箱作業(yè)，因此其作業(yè)場地的空間利用率更高。在相關(guān)的比對中發(fā)現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)的輪胎式集裝箱門式起重機(jī)而言，RMG軌道集裝箱門式起重機(jī)能夠在多個車道內(nèi)進(jìn)行15列左右的集裝箱跨中堆放，進(jìn)而縮短作業(yè)距離和作業(yè)范圍，提升作業(yè)效率。

其次，軌道集裝箱門式起重機(jī)。有現(xiàn)代信息技術(shù)的中央控制對其進(jìn)行調(diào)度。信息技術(shù)的應(yīng)用使得門式起重機(jī)的定位能力更急精準(zhǔn)，管理人員通過系統(tǒng)中央控制可以實(shí)現(xiàn)便捷化和快速化的集裝箱檢索、集裝箱存儲，從而提升碼頭集裝箱堆場的自動化能力。

其三，在軌道集裝箱門式起重機(jī)的內(nèi)部，其各個結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與碼頭堆場的作業(yè)施工特征要求保持一致，因此在進(jìn)行作業(yè)時，效率更高且運(yùn)行速度更快。

其四，軌道集裝箱門式起重機(jī)的主要動力來源為電力，通過內(nèi)置蓄電池的方式，為機(jī)組運(yùn)行提供動力支持，減輕了污染源排放對環(huán)境造成的損壞，符合國家頒布的相關(guān)低排放、低污染指標(biāo)的相關(guān)要求。與此同時，隨著物價和燃油價格的持續(xù)上漲，門式起重機(jī)對于能源需求量增加，其經(jīng)濟(jì)成本也會快速上升。用電能取代傳統(tǒng)燃油能源的作業(yè)方式，能夠在極大程度上控制成本開支，提高作業(yè)收益。而且由于軌道安裝具有較高要求，在軌道規(guī)劃、作業(yè)周轉(zhuǎn)方面，電能的使用效率和經(jīng)濟(jì)價值也都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)燃油。

1.2 軌道式集裝箱門式起重機(jī)的參數(shù)特點(diǎn)

本文在對軌道式集裝箱門式起重機(jī)進(jìn)行研究中，選用了青島港所采用的門式起重機(jī)吊具，并對其進(jìn)行了性能參數(shù)的測量。透過測量可以看出，軌道式集裝箱門式起重機(jī)在參數(shù)方面具有幾個方面的特征。

首先，軌道式集裝箱門式起重機(jī)的起重量較高，門式起重機(jī)的起重量主要包含吊具起重量、額定起重量以及吊鉤起重量三個方面，其整體起重量越高，表明其應(yīng)用的作業(yè)環(huán)境越廣泛。本文所研究的青島港門式起重機(jī)的起重量可以到到48噸，已經(jīng)十分接近門式起重機(jī)的最大起重量，效果顯著。

其次，在起升高度方面，軌道式集裝箱門式起重機(jī)的效果也十分引人注目。一般來說，起重機(jī)的起升高度必須高于堆場當(dāng)中集裝箱的堆放高度，才能夠進(jìn)行集裝箱作業(yè)。一般的集裝箱門式起重機(jī)的起升高度約為15m左右，這一起升高度能夠滿足堆位為8～10列集裝箱的起重堆放需求。本文研究的青島港軌道式集裝箱門式起重機(jī)，最大起升高度超過20m，能夠滿足超過12列集裝箱的起重堆放需要。

其三，起重機(jī)的工作伸距大小表明了起重機(jī)的最大跨距，并且限定了起重機(jī)的應(yīng)用環(huán)境。青島港的軌道集裝箱門式起重機(jī)的軌道吊跨距接近40m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通門式起重機(jī)的平均水平。同時，其帶懸臂的回旋速度達(dá)到了每分鐘2轉(zhuǎn)以上，極大程度提高了起重機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，提升作業(yè)效率。

2 軌道式集裝箱門式起重機(jī)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新

為了能夠進(jìn)一步提升起重機(jī)的應(yīng)用價值，提高作業(yè)水平和作業(yè)效率，本文對起重機(jī)的門架、吊臂、鋼絲繩以及控制系統(tǒng)四個部分分別進(jìn)行了全新的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，能夠極大程度提升門式起重機(jī)的運(yùn)行能力。

2.1 門架優(yōu)化設(shè)計(jì)

本文所研究的軌道式集裝箱門式起重機(jī)所采用的門架主要為雙梁龍門架，這種門架通過箱型焊接來進(jìn)行連接。在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，需要對門梁架的懸臂預(yù)拱度、梁跨中長度進(jìn)行全面計(jì)算。為了能夠進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，本文采用了我國設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對懸臂預(yù)拱度采用正弦曲線分析，而在懸臂以外，則采用切線法進(jìn)行預(yù)拱度外區(qū)段的計(jì)算。計(jì)算當(dāng)中，通過對門腿支撐點(diǎn)進(jìn)行原點(diǎn)設(shè)定形成坐標(biāo)，再分別對懸臂工作點(diǎn)和懸臂最外端進(jìn)行x1、x2的設(shè)定，運(yùn)用有限元分析，最終得到了預(yù)拱度拋物線，并形成方程公式，如公式（1）所示：

通過計(jì)算可以獲取門梁的基本特點(diǎn)，并對門梁進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，用以提升其剛度。在原始門梁中，其主跨梁的中垂度和結(jié)構(gòu)剛度受到影響較為嚴(yán)重，其中，主梁懸臂的垂直剛度和水平剛度難以滿足作業(yè)需求，因此除了增添懸臂桿之外，還需要進(jìn)行靜剛度限制值的設(shè)置，用以提升電動機(jī)功率，以此保證懸臂擁有額定的移動載荷。

2.2 吊臂優(yōu)化設(shè)計(jì)

在目前集裝箱門式起重機(jī)當(dāng)中，起重機(jī)作業(yè)受到吊臂搖擺影響嚴(yán)重，因此在進(jìn)行門式起重機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)時，研究專家通常將目光放置在吊臂減搖技術(shù)設(shè)計(jì)之中，通過減輕搖擺，提升運(yùn)行安全。通過系統(tǒng)分析可以發(fā)現(xiàn)，門式起重機(jī)受到電動機(jī)的驅(qū)動影響，形成針對鋼絲繩的斜拉力，通過優(yōu)化斜拉力的方式能夠緩解集裝箱在作業(yè)過程中出現(xiàn)的搖擺，并提升快速準(zhǔn)確碼放的頻率。因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時，本文首先選用了小車在運(yùn)行過程中平行位移和垂直平面的擺角，將其設(shè)定為廣義坐標(biāo)，再借助拉格朗日方程，進(jìn)行方程式建立。對于集裝箱吊重來說，吊重越高，其擺角越大，因此通過力學(xué)方程可以進(jìn)行線性化的處理。搖擺情況通過方程分析，能夠獲得搖擺、減搖繩所形成的斜拉角度以及吊重質(zhì)量參數(shù)，通過多種數(shù)據(jù)的綜合分析，能夠最終獲得吊重沖擊力的關(guān)聯(lián)公式，通過降低吊重的方式，保證其平穩(wěn)運(yùn)行。

2.3 鋼絲繩優(yōu)化設(shè)計(jì)

除了吊臂的優(yōu)化設(shè)計(jì)之外，還需要進(jìn)行鋼絲繩的定期更換，使減搖優(yōu)化達(dá)到最佳水平。在軌道式集裝箱門式起重機(jī)當(dāng)中，鋼絲繩通常為700m長度的四根繩材料，由于長度過長，極易受損，因此應(yīng)用年限較低，需要進(jìn)行及時更換。本文在進(jìn)行設(shè)計(jì)時，將更換周期設(shè)定為10個月，并通過兩個繩頭與小車固定的方式，保證小車的運(yùn)行安全。

2.4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)是智能化集裝箱作業(yè)的“運(yùn)行大腦”，在當(dāng)前階段軌道式集裝箱門式起重機(jī)主要通過交流變頻系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動，為了能夠?qū)崿F(xiàn)控制性能的優(yōu)化，本文借鑒了國外先進(jìn)的控制技術(shù)，通過PLC技術(shù)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)工程機(jī)交互連接，進(jìn)而使上機(jī)位的監(jiān)控軟件能夠?qū)ΜF(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行快速獲取。管理人員在管理過程中可以利用系統(tǒng)顯示對現(xiàn)場作業(yè)情況進(jìn)行監(jiān)管，進(jìn)而提高了起重機(jī)的作業(yè)運(yùn)行效率。

3 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代碼頭集裝箱堆場作業(yè)當(dāng)中，不同類型門式起重機(jī)的運(yùn)用能夠起到不同的作業(yè)效果。軌道式集裝箱門式起重機(jī)在作業(yè)環(huán)境、動力運(yùn)用方面都有著突出的優(yōu)勢，因此在設(shè)計(jì)過程中，通過結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的優(yōu)化，能夠最大程度發(fā)揮其特點(diǎn)，從而提升作業(yè)水平。