集裝箱岸橋起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

胡建軍 翟海清

摘要：在岸橋當(dāng)中，小車是非常重要的組成部分，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化是保證岸橋工作效率、控制裝卸成本的基礎(chǔ)。為了確保小車的穩(wěn)定性，控制小車的重量。本文具體對(duì)析，了解小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)現(xiàn)有的不足之處，并且提出集裝箱岸橋起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體方案，以供參考。

關(guān)鍵詞：岸橋起重機(jī);現(xiàn)狀;小車運(yùn)行機(jī)構(gòu);不足;優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 集裝箱岸橋起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)狀及不足

為了能夠讓岸橋的使用效率進(jìn)一步提高，使岸橋在單起升系統(tǒng)當(dāng)中也可以同時(shí)使用雙吊具將兩個(gè)40ft的集裝箱吊起，研制了一種新型的分離上架，也就是在單吊具條件下可以上下合攏，在雙吊具條件下可以上下分離，以便將雙40ft集裝箱吊起。新機(jī)構(gòu)在研制的過(guò)程中也出現(xiàn)了新的問(wèn)題，當(dāng)前的岸橋在運(yùn)行過(guò)程中，小車起升滑輪組時(shí)對(duì)小車進(jìn)行固定，而在運(yùn)行過(guò)程中提升滑輪組的距也是固定的。

在單吊具作業(yè)的過(guò)程中，需要注意的問(wèn)題很多。比如說(shuō)，小車的上架滑輪組和起升滑輪組件鋼絲繩在運(yùn)行過(guò)程中主要呈現(xiàn)出倒八字的狀態(tài)，這種方法對(duì)吊具的防搖非常有利，而在雙吊具工作狀態(tài)下，分離上架的滑輪組分離，小車上起升滑輪組和上架滑輪組間懸吊鋼絲繩的狀態(tài)為正八字，在這種操作模式下，吊具有可能在風(fēng)力及加減速慣性的作用下，出現(xiàn)搖擺扭轉(zhuǎn)的問(wèn)題，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定而造成定位不準(zhǔn)確，影響小車作業(yè)的效率，最終造成設(shè)備損壞。

2 集裝箱岸橋起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過(guò)理論分析研究發(fā)現(xiàn)，將該問(wèn)題解決的最好方式是將原來(lái)固定的小車架提升滑輪組釋放，并且重新對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，安放在移動(dòng)的臺(tái)車組上，這樣在雙吊具條件下分離上架的滑輪組。在分離的過(guò)程中，小車滑輪組會(huì)同步進(jìn)行分離動(dòng)作，這樣可以逐漸將二者之間的懸吊鋼絲繩狀態(tài)由原來(lái)的正八字變?yōu)榈拱俗帧?/p>

在單吊具作業(yè)條件下，將分離上架上滑輪組合攏的過(guò)程中，小車架上的提升滑輪臺(tái)車組也會(huì)順著變位機(jī)構(gòu)向A、B側(cè)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，起升滑輪臺(tái)車的組合攏，會(huì)逐步縮小到最小距離，最終使起升鋼絲繩呈倒八字狀態(tài)。

在切換到雙吊具作業(yè)模式時(shí)，上架上滑輪組分離，小車架啟動(dòng)的過(guò)程中會(huì)逐步向C、D方向位置運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中提升滑輪臺(tái)車組會(huì)逐步分離，轉(zhuǎn)變到最大的設(shè)定距離，最終使整個(gè)起升鋼絲繩呈倒八字的狀態(tài)。在雙吊具和單吊具兩種作業(yè)模式下，吊裝集裝箱的過(guò)程中，通過(guò)變位機(jī)構(gòu)的自鎖系統(tǒng)可以有效地使起升滑輪臺(tái)車組自鎖，以便在分離和合攏狀態(tài)下都能夠有效運(yùn)轉(zhuǎn)。吊裝的起升鋼絲繩始終處于倒八字狀態(tài)，可以讓吊掛系統(tǒng)的剛度逐步提升，有效地控制吊具扭轉(zhuǎn)和搖擺。

3 岸橋起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)變位及自鎖機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和使用

3.1 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)組成

在優(yōu)化設(shè)計(jì)小車時(shí)，小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要由鏈條、主從動(dòng)鏈輪組、變位及自鎖機(jī)構(gòu)由軌道等組成，具體如圖2所示。

需要在小車架的表面設(shè)計(jì)一條軌道，并且以此為基礎(chǔ)逐步對(duì)小車的位置進(jìn)行控制，對(duì)運(yùn)行小車上的海側(cè)起升滑輪組進(jìn)行固定，并且對(duì)可移動(dòng)的海側(cè)主動(dòng)滑輪臺(tái)車進(jìn)行優(yōu)化，將該滑輪組與可移動(dòng)的陸側(cè)從動(dòng)滑輪臺(tái)車固定。在運(yùn)行的過(guò)程中，三合一減速電機(jī)與海側(cè)主動(dòng)滑輪臺(tái)車固定，在運(yùn)行的過(guò)程中，三合一減速電機(jī)能夠?qū)u輪蝸桿減速箱進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，利用漸開(kāi)線花鍵來(lái)逐步傳遞扭矩，并且將后續(xù)的機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，使主動(dòng)鏈輪組、鏈條能夠有效運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到運(yùn)行的要求[1]。

3.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和使用

根據(jù)碼頭裝卸施工的具體要求以及后續(xù)設(shè)備的改進(jìn)要求，在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的過(guò)程中，如果單、雙吊具互換，起升滑輪臺(tái)車組在離地10 m 的位置上主要進(jìn)行空載分離或者合攏運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，具有以下特點(diǎn)：在設(shè)備驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的過(guò)程中，往往不需要承載太大的載荷，在非工作的狀態(tài)下，需要保持較大的力，才能保證滑輪臺(tái)車組能夠在運(yùn)行過(guò)程中精確定位，并且在設(shè)定的位置保持不動(dòng)。

依照驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，由于載荷不大，而且滑移導(dǎo)向副摩擦系數(shù)小，所以運(yùn)行的過(guò)程中主要使用的是小功率、高效率的斜齒輪、傘齒輪三合一減速電機(jī)，這種電機(jī)設(shè)備便于在碼頭進(jìn)行布設(shè)，而且操作的空間要求不高，后期維護(hù)方便。

3.2 滑移導(dǎo)向副的設(shè)計(jì)和使用

因?yàn)檫\(yùn)行過(guò)程中，岸橋小車架往往會(huì)受到兩側(cè)軌道的直線度、平行度等因素的干擾和影響，滾動(dòng)車輪的滾動(dòng)副在加工、制作、安裝的過(guò)程中，無(wú)法達(dá)到較高的精度，如果操作不善，很可能會(huì)造成滑輪臺(tái)車跑偏的情況，需要在運(yùn)行的過(guò)程中額外增加水平輪來(lái)提升運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證其直線行走，這樣會(huì)造成維護(hù)成本大幅度增加。因此，需要通過(guò)滑移導(dǎo)向副來(lái)轉(zhuǎn)變?cè)械臐L動(dòng)副，將該問(wèn)題解決。

在設(shè)計(jì)凹形滑塊的過(guò)程中，需要使用到高分子聚合物為基礎(chǔ)的MGB 自潤(rùn)滑材料，這種材料的承載力強(qiáng)、耐腐蝕，而且摩擦系數(shù)低。在凹形滑塊當(dāng)中還需要逐步進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)置環(huán)形油槽，并且定期加油，以便優(yōu)化系統(tǒng)，獲得小的摩擦系數(shù)，降低推動(dòng)過(guò)程中的阻力，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中的推動(dòng)穩(wěn)定性提升。

在鋼軌設(shè)計(jì)時(shí)，需要使用預(yù)制的方鋼軌道，這種軌道的設(shè)計(jì)要求較高，需要冷拔加工成形，而且需要控制2m長(zhǎng)度內(nèi)的直線度小于1 mm。對(duì)其表面進(jìn)行檢查，不能出現(xiàn)折疊、氣泡和夾雜等缺陷，如表面出現(xiàn)這種缺陷，則不能進(jìn)行焊補(bǔ)或者填補(bǔ)。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要在鋼軌兩端進(jìn)行固定擋塊的設(shè)計(jì)，如果發(fā)生限位失靈的問(wèn)題，可以避免滑輪臺(tái)車快速滑出軌道而影響其他設(shè)備運(yùn)行。

在初次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，將滑移面設(shè)計(jì)在軌道和凹形滑塊之間，這樣的設(shè)計(jì)方式不合理，在進(jìn)行滑塊更換的過(guò)程中，需要連同滑輪臺(tái)車一并吊起，會(huì)花費(fèi)大量的人力和時(shí)間，需要在設(shè)計(jì)的過(guò)程中逐步優(yōu)化系統(tǒng)，固定凹形滑塊，與鋼軌結(jié)合，并且將凹形滑塊進(jìn)行分段布設(shè)。這樣可以在運(yùn)行過(guò)程中方便碼頭后續(xù)的維護(hù)和管理工作，提高效率[2]。

3.4 鏈輪組、鏈條

通過(guò)主從動(dòng)鏈輪組、鏈條將滑輪臺(tái)車組帶動(dòng)，運(yùn)行過(guò)程中依照要求進(jìn)行滑動(dòng)，以便完成整個(gè)運(yùn)行管理工作。因?yàn)檫\(yùn)行過(guò)程中限制了布置空間，整個(gè)系統(tǒng)非常緊湊，鏈條主要使用的是短節(jié)距傳動(dòng)用精密滾子鏈。這種設(shè)計(jì)不需要額外進(jìn)行專用的鏈條張緊裝置的設(shè)計(jì)，主要通過(guò)螺旋扣來(lái)對(duì)鏈條的松緊情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣運(yùn)行過(guò)程中可以保證滑輪臺(tái)車組能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械同步。

3.5 起升滑輪臺(tái)車組的設(shè)計(jì)和使用

臺(tái)車架系統(tǒng)主要是一個(gè)箱型框架結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中主要是在結(jié)構(gòu)表面通過(guò)滑輪軸固定2個(gè)起升滑輪，依照空間分層的情況進(jìn)行鏈條固定拉點(diǎn)的布設(shè)。在此過(guò)程中需要重視加強(qiáng)拉點(diǎn)與鋼絲繩、滑輪、鏈條的位置關(guān)聯(lián)，通過(guò)專門的防干涉設(shè)計(jì)，提升工作的安全性，與此同時(shí)還需要注意進(jìn)行防跳裝置的設(shè)計(jì)，避免臺(tái)車在使用過(guò)程中出現(xiàn)脫軌的情況，這樣才能進(jìn)一步保護(hù)機(jī)構(gòu)[3]。

3.6 小車架的設(shè)計(jì)和使用

依照2根起升滑輪梁之間受力的區(qū)別進(jìn)行優(yōu)化，并且通過(guò)ANSYS有限元軟件對(duì)小車進(jìn)行分析，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中通過(guò)對(duì)工字和箱形截面形式的使用來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)小車架。這樣可以有效地避免結(jié)構(gòu)在后期運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的變形風(fēng)險(xiǎn)，又能夠讓岸橋的起升高度提升，保證起升效率。

結(jié)束語(yǔ)

為了保證岸橋小車設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中符合大運(yùn)量、長(zhǎng)時(shí)間的要求，本文著重提出了針對(duì)小車運(yùn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。首先分析了小車運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，而后針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證小車在優(yōu)化設(shè)計(jì)后，運(yùn)行機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性強(qiáng)、效率高，繼而讓整個(gè)岸橋的使用成本和費(fèi)用降低。

參考文獻(xiàn)：

[1] 程鳳. 基于ANSYS 的岸邊集裝箱橋式起重機(jī)參數(shù)化仿真及疲勞分析[D]. 武漢：武漢理工大學(xué)，2007.

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（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司長(zhǎng)興分公司，上海 201913）