鐘 華

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

0 引言

我國(guó)港口具有分布范圍比較廣的特點(diǎn)，各港口發(fā)展規(guī)模、貨物吞吐能力參差不齊，與此相適應(yīng)的通用碼頭得到蓬勃發(fā)展，港口貨物吞吐能力不斷提高。通用碼頭門(mén)座式起重機(jī)向著多用途、高效率、大噸位方向發(fā)展。為適應(yīng)此形勢(shì)，近10年來(lái)，筆者所在公司先后為廣東虎門(mén)港、廣州南沙港、江蘇常熟港、上海臨港、香港HIT、湛江港等設(shè)計(jì)和制造了適用于海港和內(nèi)河裝卸作業(yè)的單臂架多用途門(mén)機(jī)機(jī)型，在我國(guó)大型專(zhuān)用集裝箱碼頭相對(duì)較少而通用碼頭裝卸集裝箱比較普遍的情況下，筆者公司開(kāi)發(fā)的此類(lèi)單臂架門(mén)機(jī)適應(yīng)性強(qiáng)，造價(jià)合理，在國(guó)內(nèi)得到逐漸推廣。筆者參與了以上大部分項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與制造。

在直臂架門(mén)機(jī)的設(shè)計(jì)中，通常在起升鋼絲繩的卷繞系統(tǒng)中增設(shè)一個(gè)補(bǔ)償滑輪組，它的作用是物品在變幅過(guò)程中引起的升降現(xiàn)象依靠起升繩的卷繞系統(tǒng)及時(shí)放出或收進(jìn)一定長(zhǎng)度的起升繩的辦法來(lái)補(bǔ)償，從而使物品在變幅過(guò)程中沿著近似水平線的軌跡移動(dòng)[1]。相對(duì)于組合臂架門(mén)機(jī)，單臂架門(mén)機(jī)的滑輪組補(bǔ)償方案中最大的問(wèn)題：就是纏繞鋼絲繩多，鋼絲繩在滑輪間反復(fù)作折返，受力狀況惡化，磨損多，嚴(yán)重影響鋼絲繩的使用壽命?？梢酝ㄟ^(guò)補(bǔ)償滑輪組倍率的合理取值[2]，或者增加鋼絲繩直徑和滑輪的比值手段來(lái)提高鋼絲繩的壽命[3]，但采用合理的鋼絲繩卷繞方式可以取得很好的效果，且不一定增加成本。

1 第一種卷繞方式

如圖1、圖2、圖3所示，三組圖分別表達(dá)了該卷繞方式適用的三種工況。該卷繞方式采用杠桿活對(duì)重平衡系統(tǒng)，齒條變幅驅(qū)動(dòng)，起升滑輪組補(bǔ)償，起升機(jī)構(gòu)采用2組獨(dú)立卷筒驅(qū)動(dòng)，補(bǔ)償鋼絲繩倍率mK=3，起升鋼絲繩倍率mL=1。

圖1 卷繞方式一用于集裝箱工況

第一種纏繞方式用于集裝箱工況時(shí)，見(jiàn)圖1所示，鋼絲繩從起升卷筒出繩后經(jīng)過(guò)人字架頂部滑輪，在繞過(guò)2個(gè)補(bǔ)償滑輪后，自臂架頭部2側(cè)滑輪垂直向下，通過(guò)卸扣與吊具上的平衡鋼絲繩相連。若采用旋轉(zhuǎn)吊鉤方式與集裝箱吊具相連，吊具供電電纜可自臂架頭部中間垂直向下引到與電纜緩沖器相連。也可采用通過(guò)銷(xiāo)軸與吊具旋轉(zhuǎn)鉤頭連接。供電采用儲(chǔ)纜框的形式時(shí)，垂纜可通過(guò)臂架頭部垂直向下引到儲(chǔ)纜筐，這種纏繞方式需要特別注意鋼絲繩與供電電纜的干涉。

第一種纏繞方式用于抓斗工況時(shí)見(jiàn)圖2所示，雖然繞法看似與圖1相同，但工作原理卻有很大區(qū)別，起升機(jī)構(gòu)的兩個(gè)卷筒需要分為支撐繩卷筒和開(kāi)閉繩卷筒，抓斗支撐繩分為2根。其中支撐繩從起升支撐卷筒引出后，經(jīng)過(guò)人字架頂部滑輪進(jìn)入起升補(bǔ)償繩滑輪后從臂架頭部2側(cè)滑輪垂直引下與抓斗平衡梁兩端通過(guò)卸扣或楔套相連，其中的另一根開(kāi)閉繩從起升開(kāi)閉卷筒引出后，經(jīng)過(guò)人字架頂部滑輪后進(jìn)入起升補(bǔ)償滑輪從臂架頭部中部的2個(gè)滑輪垂直引下與抓斗的開(kāi)閉繩通過(guò)卸扣或楔套相連。

第一種纏繞方式用于吊鉤工況時(shí)見(jiàn)圖3所示，該種纏繞方式相對(duì)比較簡(jiǎn)單，是本卷繞形式最基本的功能。鋼絲繩從起升卷筒出繩后經(jīng)過(guò)人字架頂部滑輪，在繞過(guò)2個(gè)補(bǔ)償滑輪后，自臂架頭部2側(cè)滑輪垂直向下，通過(guò)卸扣與吊鉤上的平衡鋼絲繩相連。

顯然第一種卷繞方式的最大優(yōu)點(diǎn)是適用條件比較寬，幾乎可適用各種通用碼頭多用途單臂架門(mén)機(jī)，且使用可靠，因此應(yīng)用較廣范，但它的缺點(diǎn)也比較明顯，機(jī)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，纏繞形式相對(duì)復(fù)雜，鋼絲繩在滑輪之間折返比較多，鋼絲繩磨損相對(duì)比較嚴(yán)重。

圖2 卷繞方式一用于抓斗工況

圖3 卷繞方式一用于吊鉤工況

2 第二種卷繞方式

該機(jī)型采用杠桿活對(duì)重平衡系統(tǒng)，齒條變幅驅(qū)動(dòng)，起升滑輪組補(bǔ)償，起升機(jī)構(gòu)采用單卷筒驅(qū)動(dòng)，起升鋼絲繩倍率mL=2，補(bǔ)償鋼絲繩倍率mK=3。

該卷繞方式用于集裝箱工況時(shí)見(jiàn)圖4所示，用于吊鉤工況時(shí)見(jiàn)圖5所示。顯然該纏繞方式的最大優(yōu)點(diǎn)是機(jī)構(gòu)配置相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低，而且，因?yàn)槠鹕K的倍率mL=2，從卷筒出來(lái)的起升補(bǔ)償繩在經(jīng)過(guò)人字架頂部滑輪后繞過(guò)2道補(bǔ)償滑輪后從臂架頭部?jī)蓚?cè)滑輪垂直向下直接引入到旋轉(zhuǎn)吊具的平衡滑輪。之后，再進(jìn)入到補(bǔ)償滑輪組卷繞。與第一種卷繞方式比較，這種繞法的最大好處在于當(dāng)起升繩工作時(shí)，其他的補(bǔ)償繩不運(yùn)動(dòng)，只有當(dāng)臂架變幅時(shí)，補(bǔ)償鋼絲繩才運(yùn)動(dòng)，減少了鋼絲繩與滑輪之間的磨損。因此，該卷繞方式可以有效延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命。而且，由于單卷筒僅需配備單個(gè)電機(jī)和單個(gè)減速箱，并且門(mén)機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)布置空間相對(duì)可以減小，所以機(jī)電配套和鋼結(jié)構(gòu)的成本相對(duì)較低。若碼頭配備主要用于集裝箱作業(yè)的多用途門(mén)機(jī)，第二種卷繞方式是個(gè)很好的選擇。但是第二種卷繞方式的適用條件有限，不適用于抓斗工況。第二種卷繞方式應(yīng)用在吊鉤工況時(shí)見(jiàn)圖5。

圖4 卷繞方式二用于集裝箱工況

圖5 卷繞方式二用于吊鉤工況

3 第三種卷繞方式

如圖6和圖7所示。此種卷繞系統(tǒng)采用鋼絲繩變幅驅(qū)動(dòng)，起升滑輪組補(bǔ)償，起升鋼絲繩采用單卷筒驅(qū)動(dòng)，起升鋼絲繩倍率為mL=2，補(bǔ)償鋼絲繩倍率為mK=2。

圖6 卷繞方式三用于集裝箱工況

圖7 卷繞方式三用于吊鉤工況

與第一種和第二種卷繞方式相比，它沒(méi)有臂架自重平衡系統(tǒng)，可以減少整機(jī)自重，由于補(bǔ)償倍率為2，補(bǔ)償滑輪相對(duì)較少，改善了鋼絲繩的使用條件，提高了鋼絲繩的使用壽命，同時(shí)，臂架頭部的附加彎矩相對(duì)之前的兩種纏繞方式來(lái)對(duì)比要減少很多，受力相對(duì)得到改善，鋼結(jié)構(gòu)特別是臂架系統(tǒng)相對(duì)也可減輕，此種卷繞方式因?yàn)槭卿摻z繩變幅，相對(duì)于杠桿活對(duì)重平衡系統(tǒng)，整機(jī)可以實(shí)現(xiàn)非常大的變幅幅度。因此，第三種卷繞方式在吊鉤工況下也可以應(yīng)用到單臂架船廠門(mén)機(jī)的卷繞方式上。

4 總結(jié)

通過(guò)對(duì)三種起升鋼絲繩卷繞方式的分析和比較，可以啟發(fā)今后裝卸用直臂架門(mén)機(jī)的設(shè)計(jì)中，對(duì)如何選擇合理的鋼絲繩卷繞方式，需要綜合考慮機(jī)型多種因素的要求：包括門(mén)機(jī)是否有抓斗、吊鉤、全自動(dòng)集裝箱旋轉(zhuǎn)吊具的工況需要；選擇合適的旋轉(zhuǎn)吊具的結(jié)構(gòu)形式；吊具供電系統(tǒng)形式的選擇；臂架自重平衡系統(tǒng)形式的選擇；補(bǔ)償滑輪組倍率的合理取值；起升滑輪組倍率的合理取值；鋼絲繩卷繞方式對(duì)整機(jī)鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化的影響，特別是對(duì)臂架系統(tǒng)優(yōu)化的影響；最后還要兼顧用戶(hù)的要求；綜合確定最佳方案。

［1］張質(zhì)文，虞和謙.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1998.

［2］楊長(zhǎng)睽，傅東明.起重機(jī)械［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

［3］GB/T3811-2008.起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.