港口裝卸機(jī)械 振華重工完成世界首創(chuàng)ABC岸邊集裝箱起重機(jī)方案設(shè)計(jì)

童 暉

港口裝卸機(jī)械從業(yè)人員

行業(yè)自媒體人

lifteam@163.com

近期，振華重工聯(lián)合Liftech推出的一款新型岸邊集裝箱起重機(jī)——自平衡升降式岸邊集裝箱起重機(jī)（Articulated Balance Crane）完成初步方案設(shè)計(jì)。新的岸邊集裝箱起重機(jī)概念稱為自平衡升降式岸邊集裝箱起重機(jī)（ABC）作為傳統(tǒng)A型門框岸邊集裝箱起重機(jī)結(jié)構(gòu)的替代品。傳統(tǒng)岸邊集裝箱起重機(jī)如輪壓、防風(fēng)系固載荷或大梁鉸點(diǎn)的大量維護(hù)都是困擾港口用戶的主要問題。

自1959年Liftech的創(chuàng)始人喬丹開發(fā)出第一臺(tái)A型起重機(jī)結(jié)構(gòu)以來，岸邊集裝箱起重機(jī)的尺寸急劇增加。然而，盡管外伸距需求增加到68 m以上（最大外伸距為80 m），起升高度高度要求擴(kuò)展到48 m以上（最大起升高度為56 m），港口運(yùn)營商仍然要求現(xiàn)在港口的100英尺（30.48 m）軌距岸邊集裝箱起重機(jī)大車緩沖器之間距離不超過27 m。在相同的占地面積上不斷的增加起重機(jī)的結(jié)構(gòu)，會(huì)顯著增加迎風(fēng)面積和大車輪壓，特別是當(dāng)前大梁處于錨定位置時(shí)，老碼頭通常會(huì)超出碼頭的許用輪壓范圍。

對(duì)于自平衡升降式岸邊集裝箱起重機(jī)，在現(xiàn)有的占地面積限制內(nèi)，在不改變整個(gè)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)械系統(tǒng)的情況下，將起重機(jī)質(zhì)量降低約8%，并在起重機(jī)處于工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)時(shí)，減少起重機(jī)軌道上的輪壓高達(dá)15% 。

ABC具有細(xì)長前大梁，該前大梁延伸到起重機(jī)的陸側(cè)腿，較短的岸邊集裝箱起重機(jī)后大梁部分在降低時(shí)保持水平，因?yàn)榍按罅焊┭龅窖銎馉顟B(tài)以便船舶凈空和靠泊。

起升機(jī)構(gòu)有不同的選擇，包括使用與傳統(tǒng)俯仰機(jī)構(gòu)相同的主要部件的機(jī)械系統(tǒng)，但具有不同的鋼絲繩纏繞系統(tǒng)，纏繞角度和滑輪布置。在海側(cè)腿上，Liftech設(shè)想海側(cè)腿上的大梁鉸點(diǎn)類似于現(xiàn)在一些起重機(jī)制造商使用的大梁銷軸連接，如果需要可以進(jìn)行檢查和更換。

其他設(shè)計(jì)特征包括用于將起重機(jī)大梁固定在仰起和水平位置的系統(tǒng)。 ZPMC設(shè)計(jì)制造了弗吉尼亞州提升梁式岸邊集裝箱起重機(jī)，其上部可升降，可以在ABC上使用類似的插銷方法將梁固定到陸側(cè)腿上以便錨定。

如今ABC設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)起重機(jī)設(shè)計(jì)的不同之處在于它使用了10個(gè)拉索系統(tǒng)而不是兩個(gè)用于前大梁拉桿系統(tǒng)的H型鋼部分。 Liftech認(rèn)為，可以使用斜拉橋技術(shù)將更輕的電纜支撐結(jié)合到ABC設(shè)計(jì)中，而不會(huì)產(chǎn)生潛在的腐蝕問題，并且不會(huì)影響傳統(tǒng)拉桿系統(tǒng)的剛度和撓度特性。

岸邊集裝箱起重機(jī)的起升高度和外伸距都有所增加，以適應(yīng)不斷增加的船舶尺寸，但起重機(jī)占地面積沒有太大變化，特別是在岸邊集裝箱起重機(jī)大車運(yùn)行方向上。 因此，由于岸邊集裝箱起重機(jī)側(cè)向載荷導(dǎo)致的碼頭的垂直載荷顯著增加，導(dǎo)致較大的工作載荷和非工作載荷，以及確保岸邊集裝箱起重機(jī)整機(jī)穩(wěn)定性的防風(fēng)系固上拔力。這個(gè)問題在臺(tái)風(fēng)區(qū)域非常明顯，當(dāng)一個(gè)碼頭想在老碼頭上排布較大的岸邊集裝箱起重機(jī)時(shí)，起重機(jī)大車軌道的許用輪壓就顯得非常有限，對(duì)于許多港口運(yùn)營商來說，岸邊集裝箱起重機(jī)來說，岸邊集裝箱起重機(jī)前后大梁之間軌道接頭的維護(hù)成本也是非常大的成本支出。

對(duì)于操作，ABC將與傳統(tǒng)的岸邊集裝箱起重機(jī)類似作用。 對(duì)于錨定，細(xì)長的起重機(jī)前大梁和上部工作將作為一個(gè)單元圍繞海側(cè)支腿附近的鉸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，為船舶提供間隙，而機(jī)器房和縮短的后大梁陸側(cè)面將保持水平但向下平移弧。給人印象是一臺(tái)錨定狀態(tài)的起重機(jī)，其重心較低，并且風(fēng)載荷降低而致使傾覆力矩也降低。

新ABC概念的關(guān)鍵在于前大梁是連續(xù)的，從前大梁頭部延伸到陸側(cè)上橫梁，而不是海側(cè)上橫梁。 在設(shè)計(jì)理念中，支撐機(jī)器房的較短的后大梁與前大梁和陸側(cè)上橫梁連接在一起，并由連接到海側(cè)上橫梁的平行連桿支撐。在ABC概念中，前大梁仰起，降低后大梁、機(jī)房，小車?？吭谕＼囄?。前大梁鉸接在門框上，后大梁上的平衡支撐保證在前大梁仰起或下降過程中機(jī)器房和小車的水平。根據(jù)起重機(jī)的幾何形狀，后大梁、機(jī)器房和小車可以在靠近門框聯(lián)系橫梁位置錨定，大梁俯仰接近60°。在錨定位置，后大梁能夠鎖定在門框上，無論是陸側(cè)門腿還是聯(lián)系橫梁處。在ABC概念中，前大梁的俯仰和后大梁的提升由標(biāo)準(zhǔn)的俯仰機(jī)構(gòu)和陸側(cè)機(jī)器房、后大梁、和陸側(cè)上橫梁之間的纏繞控制。RTT ABC，可以使用現(xiàn)在傳統(tǒng)岸邊集裝箱起重機(jī)上的小車和起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

除了后大梁的平行連桿支撐外，較長的前大梁設(shè)計(jì)是該概念的關(guān)鍵部分。 在ABC概念設(shè)計(jì)中，梯形架從雙箱前后大梁的海側(cè)鉸點(diǎn)附近俯仰上升，并略微傾斜于陸側(cè)，使得梯形架略微傾向海側(cè)上橫梁。在傳統(tǒng)岸邊集裝箱起重機(jī)上，梯形架是固定在門框橫梁上的。高側(cè)向載荷來自后大梁傳遞給海側(cè)上橫梁，并通過門框結(jié)構(gòu)傳遞給門框撐管。為了抵抗高彎矩，ABC海側(cè)上橫梁設(shè)計(jì)為桁架而不是典型的箱梁。 桁架橫梁和更輕的前大梁的另一個(gè)好處是，起重機(jī)在大車運(yùn)行方向上在外伸距位置處的側(cè)向偏移預(yù)計(jì)將小于標(biāo)準(zhǔn)岸邊集裝箱起重機(jī)的偏移。

在ABC概念中，梯形架與前大梁的連接意味著它們隨著前大梁旋轉(zhuǎn)，并且當(dāng)前大梁俯仰時(shí)，支撐前大梁的海側(cè)拉桿部分不再需要折疊，這一點(diǎn)與傳統(tǒng)的岸邊集裝箱起重機(jī)不同。在大梁錨定位置，梯形架頂部橫梁就靠近路測上橫梁。前大梁類似于被梯形架拉起來的斜拉索大橋。

ABC概念使用多個(gè)拉索來拉起前大梁，五組鋼拉索拉起海側(cè)前大梁，兩組拉索拉住陸側(cè)前大梁部分。在標(biāo)準(zhǔn)岸邊集裝箱起重機(jī)上采用兩組重型H形鋼。使用多個(gè)斜拉索會(huì)使得單位長度上的大梁結(jié)構(gòu)更加輕巧，估計(jì)10個(gè)拉索的總質(zhì)量和4根傳統(tǒng)H形鋼的總質(zhì)量相當(dāng)。

在早期的岸邊集裝箱起重機(jī)上，也曾用前大梁拉索拉起岸邊集裝箱起重機(jī)上的前大梁結(jié)構(gòu)，但由于擔(dān)心腐蝕和下?lián)?，?0世紀(jì)70年代不再使用。 從那時(shí)起，在斜拉索和端部結(jié)構(gòu)的的設(shè)計(jì)和構(gòu)造方面取得了重大進(jìn)展。 特別是開發(fā)出用于斜拉橋的高密度全封閉斜拉索，其比標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩明顯更硬，并且具有耐腐蝕的端部結(jié)構(gòu)和涂層。

在相同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下，ABC應(yīng)該更輕，并且應(yīng)該具有改進(jìn)的質(zhì)量分布，更小的車輪負(fù)載和用于非工作狀態(tài)的防風(fēng)系固載荷，以及更小的海側(cè)工作載荷。 ABC可能會(huì)有稍高的陸側(cè)工作輪壓，但陸側(cè)車輪載荷應(yīng)控制設(shè)計(jì)，應(yīng)小于傳統(tǒng)岸邊集裝箱起重機(jī)。ABC總質(zhì)量可以比標(biāo)準(zhǔn)岸邊集裝箱起重機(jī)輕約8%，并且海側(cè)前大梁結(jié)構(gòu)將輕20%。 計(jì)算還表明，降低大梁，機(jī)器房和海側(cè)梯形架也減少了非工作狀態(tài)下的車輪輪壓并提高了穩(wěn)定性。附表顯示了RTT ABC概念和標(biāo)準(zhǔn)岸邊集裝箱起重機(jī)的極限應(yīng)力法（ASD）輪壓和（LRFD荷載抗力系數(shù)設(shè)計(jì)法計(jì)算的系固載荷的比較。

ABC concept relative to standard STS crane Service wheel loads Tie-down-loads Operating Storm Waterside 15% lower 15% lower 20% lower Landside 7% higher 15% lower 5% lower

預(yù)計(jì)RTT ABC概念的小車行進(jìn)方向剛度與標(biāo)準(zhǔn)岸邊集裝箱起重機(jī)的小車行駛方向剛度相當(dāng)。 計(jì)算表明，外伸距在大車行走方向上的橫向變形將比標(biāo)準(zhǔn)岸邊集裝箱起重機(jī)的橫向變形小約30%。 ABC概念推廣的垂直偏差將高于標(biāo)準(zhǔn)岸邊集裝箱起重機(jī)，但預(yù)計(jì)符合正常的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。