集裝箱橋吊防搖方法與控制措施分析

劉建南

摘要：隨著當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在大量的運(yùn)輸方式上通過集裝箱貨物運(yùn)輸已經(jīng)比較普遍了。而橋吊作為集裝箱海運(yùn)過程中的重要載體，其工作的安全性與可靠性，對(duì)作業(yè)效率有很大的影響。對(duì)于集裝箱起重機(jī)來講，通過防搖技術(shù)的研究，并結(jié)合現(xiàn)代的相關(guān)原理，來保證靈活性和有效性，使得各個(gè)效果的優(yōu)化，同時(shí)結(jié)合操作上的相關(guān)工作原理，采取控制措施來完善未來的研究和應(yīng)用。在進(jìn)行集裝箱橋吊防搖這一課題就行研究時(shí)，需要參考以前總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合其他一些方式方法，以達(dá)到防搖效果的優(yōu)化。本文主要探討集裝箱橋吊的防搖方法與控制措施分析。

關(guān)鍵詞：集裝箱；橋吊；防搖方法；防搖措施

1.集裝箱橋吊的防搖意義

集裝箱可以提高貨物裝卸效率，同時(shí)避免貨物出現(xiàn)損傷以及全天候作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)前的物流運(yùn)輸中應(yīng)用越來越廣泛。而集裝箱橋吊作為集裝箱裝卸的關(guān)鍵設(shè)備，就需要具有較高的裝卸能力和速度。在進(jìn)行貨物裝卸時(shí)，由于較多因素的影響，小車與吊具之間的鋼絲繩難以控制，導(dǎo)致吊具來回?cái)[動(dòng)，吊著的集裝箱也會(huì)隨之?dāng)[動(dòng)，這樣就會(huì)造成吊具與集裝箱之間的對(duì)位、集裝箱與卡車之間的對(duì)位花費(fèi)較多時(shí)間，而且也可能會(huì)發(fā)生掛艙的分險(xiǎn)，降低了作業(yè)效率，所以需要在橋吊上安裝防搖裝置。安裝防搖裝置的目的是減少吊具的來回?fù)u擺，以便順利進(jìn)行對(duì)箱作業(yè)。通過防搖裝置的作用，使吊具在2～3個(gè)搖擺周期內(nèi)擺幅降低到50～100 mm以下或者在規(guī)定時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)量降到一定范圍內(nèi)。防搖效果的檢查方法是吊具吊著集裝箱隨小車一起運(yùn)行，小車停止運(yùn)行后，檢查測(cè)量吊具（集裝箱）的擺動(dòng)周期及擺幅變化情況。

2.當(dāng)前集裝箱橋吊常見防搖方法

目前來講，集裝箱橋吊的防搖方法主要有兩種，一種是機(jī)械式防搖，一種是電子式防搖。雖然采取的手段不同，但目的是一致的。

（1）機(jī)械式防搖。機(jī)械式防搖是最早采用的一種防搖手段，其中又有多種形式。①可以通過安裝減搖驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如減搖卷筒、減搖鋼絲繩、單向軸承、力矩電機(jī)、減搖制動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。其工作原理是：當(dāng)?shù)蹙呦蚯皵[動(dòng)時(shí)，后側(cè)的減搖鋼絲繩被拉出卷筒，此時(shí)制動(dòng)器處于制動(dòng)狀態(tài)，其制動(dòng)力矩通過單向軸承傳給卷筒并給后側(cè)的減搖鋼絲繩一個(gè)較大的阻尼力，阻擋吊具向前側(cè)搖擺，此時(shí)，前側(cè)松弛了的減搖繩則由力矩電機(jī)隨時(shí)收緊。反之亦然，通過以上幾次動(dòng)作，集裝箱吊具搖擺幅度逐步減小，達(dá)到減搖效果。②也可以采取改變鋼絲繩的纏繞方式，如鋼絲繩交叉纏繞、四繩改八繩纏繞來實(shí)現(xiàn)。其工作原理是直接借用起升鋼絲繩來代替減搖鋼絲繩，鋼絲繩的拉力加大，同時(shí)通過改變（加大）鋼絲繩與垂直方向的夾角，從而增加水平方向的拉力，阻止吊具前后左右的搖擺。③也可以采取分離式小車的方式來實(shí)現(xiàn)。其工作原理是安裝分離式小車以及液壓阻尼油缸系統(tǒng)，當(dāng)?shù)蹙弋a(chǎn)生晃動(dòng)時(shí)，吊具上架上的減搖鋼絲繩隨吊架的搖擺而拉緊或放松，這些減搖鋼絲繩與液壓阻尼油缸的活塞桿相連，因而就會(huì)有兩個(gè)活塞桿被減搖鋼絲繩拉出油缸，而另一側(cè)松弛的減搖鋼絲繩則會(huì)被另兩個(gè)油缸的活塞桿拉緊，從而阻尼了吊具的搖擺。油缸阻尼力的大小，可以通過調(diào)節(jié)油缸壓力來控制。

以上采取的這些方法，主要是通過一些機(jī)械或其他輔助手段，改變鋼絲繩的拉力，來消耗擺動(dòng)的能量，從而實(shí)現(xiàn)消除或減少搖擺的目的，提高集裝箱橋吊的工作效率。當(dāng)前電子技術(shù)得到了快速發(fā)展，運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中的步伐加快，現(xiàn)在集裝箱橋吊的防搖技術(shù)也在不斷改進(jìn)，電子式防搖技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并大量使用。現(xiàn)在的集裝箱碼頭會(huì)同時(shí)結(jié)合機(jī)械式防搖與電子式防搖來完善應(yīng)用效果。

（2）電子式防搖。電子式防搖方法，簡單來講，其工作原理類似于起重機(jī)吊裝物體時(shí)的“跟鉤”動(dòng)作的自動(dòng)控制方式，它同時(shí)結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與控制技術(shù)。電子式防搖，需要在機(jī)器上安裝一些電子設(shè)備，小車架上安裝發(fā)射裝置與接收裝置，用來發(fā)射或接收信息，在吊具上架上安裝反射裝置，把接收的信息反饋出去。當(dāng)?shù)蹙叱霈F(xiàn)搖晃時(shí)，小車架上的接收裝置根據(jù)吊具上反射裝置提供的信息，檢測(cè)出吊具擺動(dòng)的角度和角速度，會(huì)把這些信息傳輸至起重機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)收集、分析、管理、交換和故障診斷功能，通過此系統(tǒng)處理后將最優(yōu)的控制參數(shù)提供給小車運(yùn)行系統(tǒng)，來控制小車運(yùn)行的方向與速度，進(jìn)而使吊具擺動(dòng)角度限制在一定范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)防搖的目的。也即在集裝箱吊裝過程中，如果吊具在吊裝集裝箱時(shí)出現(xiàn)搖擺情況，導(dǎo)致集裝箱偏離應(yīng)該處于的中心位置時(shí)，電子防搖系統(tǒng)可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的各種參數(shù)情況，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的快速運(yùn)算，來更改其中的一些參數(shù)，改變小車的運(yùn)動(dòng)情況，以達(dá)到小車、吊具（集裝箱）的運(yùn)動(dòng)步伐一致。尤其是在吊具向前搖晃達(dá)到重心最高位置后，小車再次起動(dòng)也可以達(dá)到相同位置，促使動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)化為集裝箱提高的勢(shì)能，進(jìn)而使得動(dòng)能逐漸降低，改變了吊具（集裝箱）的動(dòng)能與勢(shì)能之間的關(guān)系，縮小集裝箱搖擺的范圍，直至集裝箱停止擺動(dòng)。

3集裝箱橋吊的防搖控制算法

（1）防搖控制分析。對(duì)集裝箱橋吊防搖控制措施進(jìn)行分析時(shí)，需要以小車速度模式為依據(jù)，結(jié)合兩個(gè)不同階段的加速模式來分析，來進(jìn)行效果控制。一個(gè)是小車速度從零開始啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行一定距離后，到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)位，速度逐漸降為零；還有一個(gè)是小車勻速運(yùn)行階段，吊具沒有搖晃，擺動(dòng)角度控制在零度。結(jié)合吊具擺動(dòng)的角度，對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，合理控制好速度，避免吊具搖晃。

（2）防搖控制算法。①吊具擺角采集。在集裝箱橋吊吊具處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，通過安裝在小車架及吊具上的發(fā)射接收裝置及反射裝置，來對(duì)吊具擺動(dòng)角度進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，獲得吊具擺動(dòng)角度的變化數(shù)據(jù)。②小車位置采集。防搖控制算法的關(guān)鍵點(diǎn)在于采集小車位置。在小車上安裝編碼器及傳感器，收集小車在運(yùn)動(dòng)過程中的位置信息，同時(shí)收集對(duì)應(yīng)的吊具擺長信息。③防搖切換控制算法。以收集到的圖像數(shù)據(jù)信息作為依據(jù)，同時(shí)結(jié)合吊具的對(duì)應(yīng)位置，計(jì)算出小車的單擺數(shù)據(jù)，完成數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建?？刂频蹙咦罡唿c(diǎn)與小車位置和出錯(cuò)位置相同，避免出現(xiàn)搖擺晃動(dòng)的情況。④防搖控制算法步驟。在進(jìn)行集裝箱吊裝作業(yè)時(shí)，為了可靠性與高效性，就要不斷完善集裝箱橋吊防搖控制系統(tǒng)，以各個(gè)不同的周期、角頻率、切換加速度來完善參數(shù)的初始化設(shè)置，確定各個(gè)周邊采樣的時(shí)間點(diǎn)，以吊具擺角為依據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)算吊具在最高擺動(dòng)位置的時(shí)間，確定小車切換速度，及小車加減速持續(xù)時(shí)間，合理的控制好防搖切換的時(shí)間點(diǎn)，使防搖效果到達(dá)預(yù)期目標(biāo)。

4集裝箱橋吊防搖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）規(guī)劃路徑。對(duì)集裝箱從集卡裝載到船艙整個(gè)過程的運(yùn)行工況進(jìn)行分析，分不同的階段進(jìn)行。第1階段，小車不動(dòng)，集裝箱開始從靜止?fàn)顟B(tài)，上升到最大速度，集裝箱垂直向上運(yùn)動(dòng)；第2階段，小車由靜止開始加速運(yùn)行，同時(shí)起升繼續(xù)上升，集裝箱到達(dá)最高位置，集裝箱是一個(gè)向上的曲線運(yùn)動(dòng)；第3階段，小車?yán)^續(xù)運(yùn)行，起升在高點(diǎn)停止動(dòng)作，集裝箱是水平運(yùn)動(dòng)；第4階段，小車逐漸減速停止，同時(shí)起升從靜止開始下降，集裝箱是一個(gè)向下的曲線運(yùn)動(dòng)；第5階段，小車運(yùn)行停止，起升從最大速度減速為零，集裝箱垂直向下運(yùn)動(dòng)。整個(gè)過程就是這樣周而復(fù)始。2）防搖控制器設(shè)計(jì)。完善擺長模型，結(jié)合運(yùn)行過程來進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)小車速度進(jìn)行切換，使得機(jī)器設(shè)備達(dá)到目標(biāo)，保證吊具到達(dá)最高位置時(shí)，可以小車的位置也是在吊具的垂直正上方，進(jìn)而不會(huì)出現(xiàn)橋吊搖晃的問題。

結(jié)語

綜上所述，選擇合適的防搖裝置及防搖控制系統(tǒng)，減少橋吊作業(yè)時(shí)吊具搖晃的問題，提高碼頭的綜合效率，同時(shí)也可以避免安全隱患的問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 倪青亮，瞿俊杰，劉韓臣 . 集裝箱橋吊防搖控制措施 [J]. 設(shè)備管理與維修，2017，（11）：94-96.

[2] 付主木，高愛云，費(fèi)樹岷，普邑 . 集裝箱橋吊多模型參考切換雙閉環(huán)防搖控制 [J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2011，47（23）：161-166.

（作者單位：南通振華重型裝備制造有限公司南通分公司）