轨道式集装箱门式起重机技术特点及设计创新

梁大伟

（合肥市春华起重机械有限公司，安徽 合肥 230000）

随着海外仓储货运的大规模开展，集装箱码头的扩建和新建也成为趋势。与之相对的，码头轨道集装箱将具有拓展性和高密度堆存性，传统的起重机在进行集装箱运输时难以胜任，因此需要选用门式起重机，提升堆场作业的效率。在相关的研究中发现，门式起重机的应用更加灵活，同时堆场工艺方式也更加科学合理，能够极大程度低降低成本。因此设计研究人员更倾向于门式起重机的运用提升作业效率。

1 轨道式集装箱门式起重机的技术特点

1.1 轨道式集装箱门式起重机的性能优势

本文所进行研究的轨道集装箱门式起重机RMG的主要工作环境为针对集装箱所进行的装卸、堆放以及搬运，因此其主要的性能优势一般体现在码头作业现场之中，与传统的RTG轮胎式集装箱门式起重机相比，轨道集装箱门式起重机有着几个方面的性能优势。

首先，轨道集装箱门式起重机所运用的作业环境为运行轨道，在施工作业中，门式起重机会依据轨道铺设的方位和特点展开有规划的集装箱作业，因此其作业场地的空间利用率更高。在相关的比对中发现，相比于传统的轮胎式集装箱门式起重机而言，RMG轨道集装箱门式起重机能够在多个车道内进行15列左右的集装箱跨中堆放，进而缩短作业距离和作业范围，提升作业效率。

其次，轨道集装箱门式起重机。有现代信息技术的中央控制对其进行调度。信息技术的应用使得门式起重机的定位能力更急精准，管理人员通过系统中央控制可以实现便捷化和快速化的集装箱检索、集装箱存储，从而提升码头集装箱堆场的自动化能力。

其三，在轨道集装箱门式起重机的内部，其各个结构的设计与码头堆场的作业施工特征要求保持一致，因此在进行作业时，效率更高且运行速度更快。

其四，轨道集装箱门式起重机的主要动力来源为电力，通过内置蓄电池的方式，为机组运行提供动力支持，减轻了污染源排放对环境造成的损坏，符合国家颁布的相关低排放、低污染指标的相关要求。与此同时，随着物价和燃油价格的持续上涨，门式起重机对于能源需求量增加，其经济成本也会快速上升。用电能取代传统燃油能源的作业方式，能够在极大程度上控制成本开支，提高作业收益。而且由于轨道安装具有较高要求，在轨道规划、作业周转方面，电能的使用效率和经济价值也都明显优于传统燃油。

1.2 轨道式集装箱门式起重机的参数特点

本文在对轨道式集装箱门式起重机进行研究中，选用了青岛港所采用的门式起重机吊具，并对其进行了性能参数的测量。透过测量可以看出，轨道式集装箱门式起重机在参数方面具有几个方面的特征。

首先，轨道式集装箱门式起重机的起重量较高，门式起重机的起重量主要包含吊具起重量、额定起重量以及吊钩起重量三个方面，其整体起重量越高，表明其应用的作业环境越广泛。本文所研究的青岛港门式起重机的起重量可以到到48吨，已经十分接近门式起重机的最大起重量，效果显著。

其次，在起升高度方面，轨道式集装箱门式起重机的效果也十分引人注目。一般来说，起重机的起升高度必须高于堆场当中集装箱的堆放高度，才能够进行集装箱作业。一般的集装箱门式起重机的起升高度约为15m左右，这一起升高度能够满足堆位为8～10列集装箱的起重堆放需求。本文研究的青岛港轨道式集装箱门式起重机，最大起升高度超过20m，能够满足超过12列集装箱的起重堆放需要。

其三，起重机的工作伸距大小表明了起重机的最大跨距，并且限定了起重机的应用环境。青岛港的轨道集装箱门式起重机的轨道吊跨距接近40m，远远高于普通门式起重机的平均水平。同时，其带悬臂的回旋速度达到了每分钟2转以上，极大程度提高了起重机的运转速度，提升作业效率。

2 轨道式集装箱门式起重机的设计创新

为了能够进一步提升起重机的应用价值，提高作业水平和作业效率，本文对起重机的门架、吊臂、钢丝绳以及控制系统四个部分分别进行了全新的优化设计。通过设计优化，能够极大程度提升门式起重机的运行能力。

2.1 门架优化设计

本文所研究的轨道式集装箱门式起重机所采用的门架主要为双梁龙门架，这种门架通过箱型焊接来进行连接。在进行设计之前，需要对门梁架的悬臂预拱度、梁跨中长度进行全面计算。为了能够进行准确计算，本文采用了我国设计规范标准，对悬臂预拱度采用正弦曲线分析，而在悬臂以外，则采用切线法进行预拱度外区段的计算。计算当中，通过对门腿支撑点进行原点设定形成坐标，再分别对悬臂工作点和悬臂最外端进行x1、x2的设定，运用有限元分析，最终得到了预拱度抛物线，并形成方程公式，如公式（1）所示：

通过计算可以获取门梁的基本特点，并对门梁进行了重新设计，用以提升其刚度。在原始门梁中，其主跨梁的中垂度和结构刚度受到影响较为严重，其中，主梁悬臂的垂直刚度和水平刚度难以满足作业需求，因此除了增添悬臂杆之外，还需要进行静刚度限制值的设置，用以提升电动机功率，以此保证悬臂拥有额定的移动载荷。

2.2 吊臂优化设计

在目前集装箱门式起重机当中，起重机作业受到吊臂摇摆影响严重，因此在进行门式起重机优化设计时，研究专家通常将目光放置在吊臂减摇技术设计之中，通过减轻摇摆，提升运行安全。通过系统分析可以发现，门式起重机受到电动机的驱动影响，形成针对钢丝绳的斜拉力，通过优化斜拉力的方式能够缓解集装箱在作业过程中出现的摇摆，并提升快速准确码放的频率。因此在进行设计时，本文首先选用了小车在运行过程中平行位移和垂直平面的摆角，将其设定为广义坐标，再借助拉格朗日方程，进行方程式建立。对于集装箱吊重来说，吊重越高，其摆角越大，因此通过力学方程可以进行线性化的处理。摇摆情况通过方程分析，能够获得摇摆、减摇绳所形成的斜拉角度以及吊重质量参数，通过多种数据的综合分析，能够最终获得吊重冲击力的关联公式，通过降低吊重的方式，保证其平稳运行。

2.3 钢丝绳优化设计

除了吊臂的优化设计之外，还需要进行钢丝绳的定期更换，使减摇优化达到最佳水平。在轨道式集装箱门式起重机当中，钢丝绳通常为700m长度的四根绳材料，由于长度过长，极易受损，因此应用年限较低，需要进行及时更换。本文在进行设计时，将更换周期设定为10个月，并通过两个绳头与小车固定的方式，保证小车的运行安全。

2.4 控制系统设计

控制系统是智能化集装箱作业的“运行大脑”，在当前阶段轨道式集装箱门式起重机主要通过交流变频系统进行驱动，为了能够实现控制性能的优化，本文借鉴了国外先进的控制技术，通过PLC技术的运用，实现工程机交互连接，进而使上机位的监控软件能够对现场作业环境的数据内容进行快速获取。管理人员在管理过程中可以利用系统显示对现场作业情况进行监管，进而提高了起重机的作业运行效率。

3 结语

综上所述，现代码头集装箱堆场作业当中，不同类型门式起重机的运用能够起到不同的作业效果。轨道式集装箱门式起重机在作业环境、动力运用方面都有着突出的优势，因此在设计过程中，通过结构和控制系统的优化，能够最大程度发挥其特点，从而提升作业水平。