集装箱岸桥起重机小车运行机构的优化设计

胡建军 翟海清

摘要：在岸桥当中，小车是非常重要的组成部分，对其结构进行优化是保证岸桥工作效率、控制装卸成本的基础。为了确保小车的稳定性，控制小车的重量。本文具体对析，了解小车运行机构现有的不足之处，并且提出集装箱岸桥起重机小车运行机构优化设计的具体方案，以供参考。

关键词：岸桥起重机;现状;小车运行机构;不足;优化设计

1 集装箱岸桥起重机小车运行机构的现状及不足

为了能够让岸桥的使用效率进一步提高，使岸桥在单起升系统当中也可以同时使用双吊具将两个40ft的集装箱吊起，研制了一种新型的分离上架，也就是在单吊具条件下可以上下合拢，在双吊具条件下可以上下分离，以便将双40ft集装箱吊起。新机构在研制的过程中也出现了新的问题，当前的岸桥在运行过程中，小车起升滑轮组时对小车进行固定，而在运行过程中提升滑轮组的距也是固定的。

在单吊具作业的过程中，需要注意的问题很多。比如说，小车的上架滑轮组和起升滑轮组件钢丝绳在运行过程中主要呈现出倒八字的状态，这种方法对吊具的防摇非常有利，而在双吊具工作状态下，分离上架的滑轮组分离，小车上起升滑轮组和上架滑轮组间悬吊钢丝绳的状态为正八字，在这种操作模式下，吊具有可能在风力及加减速惯性的作用下，出现摇摆扭转的问题，导致系统运行不稳定而造成定位不准确，影响小车作业的效率，最终造成设备损坏。

2 集装箱岸桥起重机小车运行机构的优化设计

通过理论分析研究发现，将该问题解决的最好方式是将原来固定的小车架提升滑轮组释放，并且重新对其进行设置，安放在移动的台车组上，这样在双吊具条件下分离上架的滑轮组。在分离的过程中，小车滑轮组会同步进行分离动作，这样可以逐渐将二者之间的悬吊钢丝绳状态由原来的正八字变为倒八字。

在单吊具作业条件下，将分离上架上滑轮组合拢的过程中，小车架上的提升滑轮台车组也会顺着变位机构向A、B侧进行运转，起升滑轮台车的组合拢，会逐步缩小到最小距离，最终使起升钢丝绳呈倒八字状态。

在切换到双吊具作业模式时，上架上滑轮组分离，小车架启动的过程中会逐步向C、D方向位置运动，在此过程中提升滑轮台车组会逐步分离，转变到最大的设定距离，最终使整个起升钢丝绳呈倒八字的状态。在双吊具和单吊具两种作业模式下，吊装集装箱的过程中，通过变位机构的自锁系统可以有效地使起升滑轮台车组自锁，以便在分离和合拢状态下都能够有效运转。吊装的起升钢丝绳始终处于倒八字状态，可以让吊挂系统的刚度逐步提升，有效地控制吊具扭转和摇摆。

3 岸桥起重机小车运行机构变位及自锁机构的设计和使用

3.1 小车运行机构机构组成

在优化设计小车时，小车运行机构主要由链条、主从动链轮组、变位及自锁机构由轨道等组成，具体如图2所示。

需要在小车架的表面设计一条轨道，并且以此为基础逐步对小车的位置进行控制，对运行小车上的海侧起升滑轮组进行固定，并且对可移动的海侧主动滑轮台车进行优化，将该滑轮组与可移动的陆侧从动滑轮台车固定。在运行的过程中，三合一减速电机与海侧主动滑轮台车固定，在运行的过程中，三合一减速电机能够对涡轮蜗杆减速箱进行驱动，利用渐开线花键来逐步传递扭矩，并且将后续的机构带动，使主动链轮组、链条能够有效运转，达到运行的要求[1]。

3.2 驱动机构的设计和使用

根据码头装卸施工的具体要求以及后续设备的改进要求，在驱动机构的过程中，如果单、双吊具互换，起升滑轮台车组在离地10 m 的位置上主要进行空载分离或者合拢运动。在运动的过程中，具有以下特点：在设备驱动机构的过程中，往往不需要承载太大的载荷，在非工作的状态下，需要保持较大的力，才能保证滑轮台车组能够在运行过程中精确定位，并且在设定的位置保持不动。

依照驱动系统的工作状态，由于载荷不大，而且滑移导向副摩擦系数小，所以运行的过程中主要使用的是小功率、高效率的斜齿轮、伞齿轮三合一减速电机，这种电机设备便于在码头进行布设，而且操作的空间要求不高，后期维护方便。

3.2 滑移导向副的设计和使用

因为运行过程中，岸桥小车架往往会受到两侧轨道的直线度、平行度等因素的干扰和影响，滚动车轮的滚动副在加工、制作、安装的过程中，无法达到较高的精度，如果操作不善，很可能会造成滑轮台车跑偏的情况，需要在运行的过程中额外增加水平轮来提升运行的稳定性，保证其直线行走，这样会造成维护成本大幅度增加。因此，需要通过滑移导向副来转变原有的滚动副，将该问题解决。

在设计凹形滑块的过程中，需要使用到高分子聚合物为基础的MGB 自润滑材料，这种材料的承载力强、耐腐蚀，而且摩擦系数低。在凹形滑块当中还需要逐步进行优化，设置环形油槽，并且定期加油，以便优化系统，获得小的摩擦系数，降低推动过程中的阻力，驱动机构运行过程中的推动稳定性提升。

在钢轨设计时，需要使用预制的方钢轨道，这种轨道的设计要求较高，需要冷拔加工成形，而且需要控制2m长度内的直线度小于1 mm。对其表面进行检查，不能出现折叠、气泡和夹杂等缺陷，如表面出现这种缺陷，则不能进行焊补或者填补。在设计时，需要在钢轨两端进行固定挡块的设计，如果发生限位失灵的问题，可以避免滑轮台车快速滑出轨道而影响其他设备运行。

在初次设计的过程中，将滑移面设计在轨道和凹形滑块之间，这样的设计方式不合理，在进行滑块更换的过程中，需要连同滑轮台车一并吊起，会花费大量的人力和时间，需要在设计的过程中逐步优化系统，固定凹形滑块，与钢轨结合，并且将凹形滑块进行分段布设。这样可以在运行过程中方便码头后续的维护和管理工作，提高效率[2]。

3.4 链轮组、链条

通过主从动链轮组、链条将滑轮台车组带动，运行过程中依照要求进行滑动，以便完成整个运行管理工作。因为运行过程中限制了布置空间，整个系统非常紧凑，链条主要使用的是短节距传动用精密滚子链。这种设计不需要额外进行专用的链条张紧装置的设计，主要通过螺旋扣来对链条的松紧情况进行调节，这样运行过程中可以保证滑轮台车组能够实现机械同步。

3.5 起升滑轮台车组的设计和使用

台车架系统主要是一个箱型框架结构，在设计的过程中主要是在结构表面通过滑轮轴固定2个起升滑轮，依照空间分层的情况进行链条固定拉点的布设。在此过程中需要重视加强拉点与钢丝绳、滑轮、链条的位置关联，通过专门的防干涉设计，提升工作的安全性，与此同时还需要注意进行防跳装置的设计，避免台车在使用过程中出现脱轨的情况，这样才能进一步保护机构[3]。

3.6 小车架的设计和使用

依照2根起升滑轮梁之间受力的区别进行优化，并且通过ANSYS有限元软件对小车进行分析，在设计的过程中通过对工字和箱形截面形式的使用来优化设计小车架。这样可以有效地避免结构在后期运行过程中出现的变形风险，又能够让岸桥的起升高度提升，保证起升效率。

结束语

为了保证岸桥小车设备在运行过程中符合大运量、长时间的要求，本文着重提出了针对小车运行结构的设计方案。首先分析了小车运行过程中出现的问题，而后针对这些问题进行设计，保证小车在优化设计后，运行机构的稳定性强、效率高，继而让整个岸桥的使用成本和费用降低。

参考文献：

[1] 程凤. 基于ANSYS 的岸边集装箱桥式起重机参数化仿真及疲劳分析[D]. 武汉：武汉理工大学，2007.

[2] 刘大强，徐洪泽，冷松. 岸边集装箱起重机结构优化分析[C].自主创新实现物流工程的持续与科学发展——第八届物流工程学术年会论文集，2018.

（上海振華重工（集团）股份有限公司长兴分公司，上海 201913）