港口集装箱起重机吊具减摇装置分析

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摘 要：分析港口集装箱起重机吊具摇动产生原因。现有港口集装箱起重机的各种形式减摇装置。

关键词：港口集装箱起重机；吊具减摇装置；单摆模型；

1、前言

随着集装箱船舶日益大型化，对港口的岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）和轮胎式集装箱龙门起重机（以下简称轮胎吊），轨道式集装箱龙门起重机（以下简称轨道吊）的装卸效率要求越来越高。港口集装箱起重机的装卸效率受很多因素的影响，吊具的摆动是关键因素之一。吊具的摆动增加了对箱的难度，延长了司机的作业时间，降低了司机操作的舒适性。同时，吊具的摆动增加了撞箱的风险，不利于码头的安全生产。为了使吊具在很短的时间内恢复静止或摆幅减小到允许的范围内，需要加装吊具减摇装置。

以下主要探讨现有的港口起重机的各种减摇装置。

2、吊具摇动成因

港口集装箱起重机的吊具是通过钢丝绳和小车连接的。当进行作业时，小车运行机构驱动小车运行，吊具通过钢丝绳获得加速力同小车一起运行。小车停止，吊具发生摆动，此时，停止的小车可以看做固定点，悬垂钢丝绳近似成柔性绳，吊具简化成质点，那么吊具的摆动可以简化成单摆模型。由此可以看出，吊具的摆动是不可避免的。

3、几种常见的减摇装置

3.1通过起升钢丝绳交叉缠绕

严格意义上来说，这不属于减摇装置。它只是利用起升钢丝绳的交叉缠绕，增大钢丝绳和水平面间的夹角，增加钢丝绳在摇摆过程中的调整张力和阻摇的能力。这种方式的弊端十分明显，首先，减摇效果差，吊具在不同的高度及载荷下，减摇效果差异很大。其次，增加了钢丝绳的弯折次数，影响钢丝绳的寿命。

3.2八绳防摇系统

起升卷筒为八组绳槽卷筒，钢丝绳通过改向滑轮分别到吊具上架的四个固定点。钢丝绳在吊具和小车间形成四个独立的三角形，利用三角形的稳定性原理，实现吊具的摇摆控制。八绳防摇的另一个显著特点：用钢丝绳的固定点取代吊具上架上的滑轮，这样就消除了滑轮在钢丝绳上的滚动现象，从而减弱吊具的摇摆。

因具有以上的特点，并且在吊具的前后左右四个面上钢丝绳都形成了三角形结构，因此，在小车方向和大车方向上，防摇效果都很显著。

由于被抑制的摆动的动能传递到钢结构上，并最终传给车轮，因此如果此种减摇形式应用在轮胎吊上，会加速轮胎的磨损，缩短使用寿命。另外，八绳防摇的吊具上架比较复杂，因此比常规的吊具上架重，导致起升电机的功率增加。八根钢丝绳同时从卷筒上绕出，钢丝绳的倍率为1，导致起升减速箱的输出扭矩比常规缠绕形式的增大至少2倍。电机和减速箱的加大使小车总成的重量增加，再叠加为了增加钢结构的抗摇摆刚性，增大钢结构截面导致的结构重量增加，因此这种减摇形式的机型总重比传统形式的重。

如果起升高度太高，八绳防摇的效果下降。并且，当起升高度过高时，受到钢丝绳绕进或绕出滑轮或卷筒绳槽的最大偏斜角限制。因此，此种防摇形式适用于起升高度不高的轮胎吊和轨道吊。

3.3机械减摇装置

机械减摇装置由减速电机，单向超越离合器、卷筒、轴承座、万向联轴器、轮式制动器和链轮等组成。设置在小车架下方的专用减摇平台上，通过减摇钢丝绳与吊具上架相连。

减速电机通过链轮辐给卷筒一个恒定的卷绳力矩，该力矩使卷筒保持收绳的趋势。当起重机处于起升（或下降）工况时，减摇制动器打开，通过减速电机收绳放绳使钢丝绳保持张紧，此时只有减速电机起到轻微的减摇作用；当起重机处于小车运行工况时，减摇制动器闭合，吊具摆动时，收绳侧卷筒由减速电机拖动脱离转轴自行转动，收取钢丝绳；对于放绳侧，吊具拖动减摇卷筒及转轴和制动轮一起转动，从而导致制动器在制动轮上产生一个摩擦力，此摩擦力作用在吊具上，抑制吊具的摇动。

机械减摇装置的基本原理为：吊具摆动的能量转化成了制动器片摩擦产生的热能。

同样受制于钢丝绳进出滑轮和卷筒的偏角，这种减摇装置适用于起升高度不高的轮胎吊和轨道吊。

3.4液压减摇装置

从起升卷筒出来的四根起升钢丝绳经过位于小车上的滑轮及吊具上架上的滑轮，末端固定在多功能液压油缸上。在正常工作时，油缸的活塞处于初始位置，当吊具发生摆动时，两根钢丝绳受力张紧，另两根钢丝绳松弛。受力张紧的钢丝绳将液压缸的活塞杆拉出，液压缸排出的压力油经过多功能液压系统流到松弛钢丝绳的油缸中，将活塞杆推入。这样，经过多功能液压系统调节，平衡张紧钢丝绳和松弛钢丝绳，达到减摇目的。

3.5分离式小车

这种减摇形式主要用于岸桥。当运行小车以额定速度运行时，装在分离小车上的四组起升滑轮组的定滑轮通过链条或螺杆驱动向两边分离，使起升滑轮组呈V字形状态。在小车减速停止过程中，吊具与集装箱向运行方向摆动，但在V字形起升滑轮组钢丝绳张力牵引下摆角很小，基本上仍处在运行小车的铅垂中心线上。

当小车位于船舱上方，或挖箱作业时，小车上起升滑轮组应向中间靠拢，避免起升钢丝绳碰擦舱壁或集装箱。

小车上起升滑轮组的分离距离越大，减摇效果越明显。

3.6电子减摇装置

电子减摇装置是利用传感器和检测元件进行数据采集和检测，将数据传送至计算机，经程序处理，改变小车的速度，以控制吊具的摇动，达到防摇的效果。

目前，电子减摇装置由发射装置和接受装置组成。发射装置一般为激光、红外发射装置或带数字信号处理功能的摄像头，安装在小车架下方。接受装置为反射板，安装在吊具上架上。当吊具相对小车摆动时，该套装置检测到吊具的摆动角度和角速度，经起重机控制系统分析运算后，相应改变小车的速度，控制吊具的摆动角度。

与其他的减摇装置相比，它是一种主动减摇技术，和实际生产中司机采用的“追箱”操作原理相同。

电子减摇装置结构简单，设备单一，维护方便，因此适用于岸桥，轮胎吊，轨道吊。

4、结语

上述几种减摇形式，结合单摆模型分析，可以将现有的减摇技术分为三种：一是通过改变钢丝绳的缠绕方式来提高小车和吊具间钢丝绳的刚性，即增加柔性绳的刚性；二是通过外力作用在吊具上来抑制摆动，即用外力控制质点的摆动；三是改变小车的速度，即改变了单摆固定点的状态。

随着科技的进步，智能型自动化码头的大量涌现，集装箱的装卸由远程计算机取代了司机，这对集装箱起重机的减摇技术提出更高的要求。随着智能控制技术的不断发展，电子减摇技术可以完全模拟司机控制吊具摇动的操作，从而实现自动控制及无人化操作。因此电子减摇技术是未来的重要发展方向。

参考文献：

孙枫 . 港口起重机设计规范 . 人民交通出版社