双小车岸边集装箱起重机的应用

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

1 双小车岸桥作业特点

岸桥装卸集装箱作业高度依赖于起重小车，若岸桥为单小车岸桥，在集装箱的装卸操作中，岸桥单小车水平运行遵循匀速行驶的状态。此模式运行效率低，难以满足高效化的作业需求。

为了提高岸桥工作效率，可制定双小车岸桥的方案，除普通岸桥的配置外，增设了海侧起重小车（即主小车）、中转平台、陆侧起重小车（门架车）。以卸船作业为例，对双小车岸桥的运行模式展开分析。

（1）在初始状态下，主小车所处位置为集装箱的正上方，码头卡车上方有门架小车，启用主小车，利用该装置将集装箱吊起，带动该吊装物向中转平台转移，到位后缓慢下放。

（2）主小车按原路径返回，开始吊装第2个集装箱，期间门架小车转向中转平台，直至其处于首个集装箱的正上方为止，将其抓起并反向运行。到达运载工具的正上方，以便将其卸载到位，经过前述流程后，主小车和门架小车均回归至初始位置，由此进入第2个循环，按照此方式循环推进。

（3）主小车与门架小车间始终保持足够的安全距离，以免发生运行混乱的局面。通过双小车岸桥方案的应用，可有效缩短主小车的运行时间，可在不影响作业品质的前提下提高运行效率。

由双小车岸桥的作业流程可知，中转平台、运输车等相关装置的对位精准度和效率均会影响工作质量。在运行期间，随着岸桥起升高度的增加，吊具摇摆问题随之加剧，干扰双小车岸桥的运行秩序，存在效率降低的变化，是基础设施配置、生产中应重视的问题。

2 主小车装卸集装箱

2.1 主小车自主学习技术

主小车自主学习，采集并记录司机的操作路线信息，再对该部分路线信息进行复制，以形成自动化的运行模式，避免司机频繁操作的问题。

（1）由司机操作，将吊具转移至待卸载的位置，检测并调整偏差；（2）由专员吊装集装箱，将其精准转移至中转平台，期间系统会自发掌握操作路径并完整记录相关信息，以自动化的方式使吊具到位，由司机对箱闭锁即可；（3）前述工作无误后，系统自动转移集装箱，可确保其能够到达中转平台上方的某处（高度相对较低），由司机检查并对位开锁；（4）完成一个循环的作业，吊具可进入后续作业流程。

在卸箱期间，司机的工作量显著减少，只需在全过程的收尾环节参与作业，其他时段均可实现装置的自动化运行。

2.2 电子防摇技术

主小车自动装卸期间，合理应用电子防摇技术具有重要的意义，其可提高吊具的自动化运行水平，减少司机的工作量。

电子防摇技术精确评定摇摆情况，如摆幅等，以此为参考，针对小车采取加减速操作，通过此途径自动控制其摆幅，确保小车的运行具有平顺、稳定的特点。

在电子防摇技术应用期间，吊具位置、摇摆姿态均为重要的检测对象，得到的结果是摇摆控制的依据，其均由吊具检测系统完成。SDS是关键的传感器系统，可检测吊具、集装箱的位置、姿态，其配备红外摄像头、结构光，并融合数字图像处理技术，软硬件协同作业。

在确定结构光在摄像头中的成像位置后，由系统自动计算，以便确定3个红外光源的三维坐标，基于此数据判断吊具的三维位置。得到位置信息后，调整小车运行速度，保证吊具可精准就位于小车的正上方，高效完成抓、放等操作。

电子防摇技术的高效化、精细化特性，可减少司机的工作量，主小车、吊具等相关装置可按照特定的逻辑有序运行，期间的控制措施得当，岸桥的运行效能较高。

2.3 电子吊具倾转防摇技术

集装箱吊具的四角处配备钢丝绳，各自的吊点总体呈对称的布置形式。在该方式下，吊具、集装箱的稳定性得到保证，扭转、摆动的问题得到有效控制。在起升高度大幅度增加时，钢丝绳的间距有限，难以与起升高度形成相适配的关系，进而出现吊具扭转、摆动问题。

超长钢丝绳等相关装置运行过程中均存在明显的波动，会进一步加剧吊具的失稳程度。在吊具无法稳定运行的条件下，工作人员难以对其采取精细化的控制措施，导致吊具与集装箱锁孔的对准精度不高，降低装卸效率，导致出现装卸质量问题、安全事故。

吊具倾转防摇可明确吊具的实际姿态、相配套钢丝绳的载荷情况，在此方面与普通吊具防摇具有相似性。倾转防摇主要作用于吊具处，会影响集装箱起重机的运行，但相对甚微。

吊具沿小车运行方向的防摇，应充分考虑小车运行期间的制动、跟车情况，部分情况下存在反向运行的情况，相比正常施工条件，岸桥司机接触的工作环境存在差别，易产生不适感。

吊具的摇动受多方面因素的影响，如起升高度、钢丝绳的特性（弹性、载荷分布等）及小车的运行状态，具有非线性、不确定性、强耦合性等多重特点。若仅采取单一的防摇控制措施，实际成效有限，在初期分析工作中已出现无法顺利建成防摇模型的问题。现阶段，广泛应用模糊自适应PID控制器，加之总线数据通信与控制技术的协同作用，达到高精度控制的效果，可规避摇摆问题。

3 门架小车装卸集装箱

岸桥自动装卸集装箱作业全流程中，门架小车装卸集装箱为重点内容，可视为中转缓冲环节，主要操作为门架小车自动装卸、AGV自动靠泊，两项细分工作的效果直接影响门架小车装卸集装箱的运行水平。

3.1 门架小车自动装卸技术

门架小车自动装卸的关键工作内容指在AGV和中转平台间运输集装箱。以卸船作业为例，门架小车启用目标检测系统（TDS），可详细检查集装箱的位置，判断其是否处于中转平台的指定位置，若满足位置要求应进行抓箱作业行为，若存在偏差，应根据差值以自动化的方式精准调节门架小车，满足要求后方可抓箱。门架小车到达AGV上方，启用TDS系统，用于检查其所处位置的准确性，若无误后，借助TDS系统完成放箱作业。

3.2 AGV自动靠泊技术

通过对AGV自动靠泊技术的应用，可精准控制AGV的位置，保证其停靠至指定位置，可减小偏差，提高岸桥自动装卸效率。岸桥上布设有车辆定位系统，可用于控制AGV设备，根据实际情况合理微调，直至岸桥门架小车精准就位为止。在常规的岸桥装卸工作中，普遍存在车辆停靠位置不准的问题，车辆和岸桥吊具间存在较大偏差。为了满足精度要求，将多次停靠车辆，直至岸桥吊具可高效运行为止，此方法的工作量较大、工作效率偏低。

以3D激光扫描器为硬件支撑，CPS系统可精准采集驶入车辆的数据，包含驶入的车道、方向等，将该部分信息反馈至车辆控制系统内，若实际结果与设定值存在偏差，通过远程操作的方式控制车辆，以保证AGV可精准靠泊至指定的岸桥处。基于3D定位单元的运行，可提高CPS系统的检测效率，在引导车辆行进时具有较好的应用效果，工作偏差较小，岸桥的作业效率较高。

4 新型双小车岸边集装箱起重机应用前景展望

相比传统单小车岸边集装箱起重机，新型双小车岸边集装箱起重机的自重、轮压均较大，运行期间对能源的需求量较大，应在水工建筑物领域投入较丰富的成本，但其具有装卸生产效率高的显著特征，可创造较高的经济效益，帮助所属公司提高市场竞争力。

（1）集装箱运输事业逐步朝规模化、高效化的方向发展，会引起常规集装箱起重机与装卸码头不适配的问题，存在诸多工作矛盾，不利于工作的正常开展。随着起升高度的逐步增加，小车和码头运输车对位的难度较大，受对位困难的影响，码头运输率持续下降，制约集装箱起重机的运行。通过小型双小车岸桥的应用，能够满足高效生产的要求。

（2）理论上，在相同生产环境下，相比常规岸桥作业，新型双小车岸桥的作业生产率可达到该值的1.5倍以上，后方水平对运输系统具有制约性影响，降低了生产效率，在1.3倍左右。

（3）对于单个集装箱装卸泊位，配备3台新型双小车岸桥后，工作量与4～5台常规单小车岸桥相同，可在精简投入的情况下保证生产效率，提高码头前沿的交通组织规范性与秩序性，提升水平运输效率。虽然新型双小车岸桥具有大型化的特点，但在维修管理方面的费用并未显著增加，综合效益更好。

5 结语

综上所述，主小车具备自动学习司机操作路线的功能，可根据掌握的路线进行复制，以便后续高效操作，适配电子防摇技术，有助于提高岸桥主小车的作业精度和作业效率。通过门架小车自动装卸技术以及AGV自动靠泊技术的应用，有助于大幅度提高集装箱的运转效率。采取的双小车岸边集装箱起重方案具有可行性，可为类似工程提供参考。