雙小車岸邊集裝箱起重機(jī)的應(yīng)用

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

1 雙小車岸橋作業(yè)特點(diǎn)

岸橋裝卸集裝箱作業(yè)高度依賴于起重小車，若岸橋?yàn)閱涡≤嚢稑颍诩b箱的裝卸操作中，岸橋單小車水平運(yùn)行遵循勻速行駛的狀態(tài)。此模式運(yùn)行效率低，難以滿足高效化的作業(yè)需求。

為了提高岸橋工作效率，可制定雙小車岸橋的方案，除普通岸橋的配置外，增設(shè)了海側(cè)起重小車（即主小車）、中轉(zhuǎn)平臺(tái)、陸側(cè)起重小車（門架車）。以卸船作業(yè)為例，對(duì)雙小車岸橋的運(yùn)行模式展開(kāi)分析。

（1）在初始狀態(tài)下，主小車所處位置為集裝箱的正上方，碼頭卡車上方有門架小車，啟用主小車，利用該裝置將集裝箱吊起，帶動(dòng)該吊裝物向中轉(zhuǎn)平臺(tái)轉(zhuǎn)移，到位后緩慢下放。

（2）主小車按原路徑返回，開(kāi)始吊裝第2個(gè)集裝箱，期間門架小車轉(zhuǎn)向中轉(zhuǎn)平臺(tái)，直至其處于首個(gè)集裝箱的正上方為止，將其抓起并反向運(yùn)行。到達(dá)運(yùn)載工具的正上方，以便將其卸載到位，經(jīng)過(guò)前述流程后，主小車和門架小車均回歸至初始位置，由此進(jìn)入第2個(gè)循環(huán)，按照此方式循環(huán)推進(jìn)。

（3）主小車與門架小車間始終保持足夠的安全距離，以免發(fā)生運(yùn)行混亂的局面。通過(guò)雙小車岸橋方案的應(yīng)用，可有效縮短主小車的運(yùn)行時(shí)間，可在不影響作業(yè)品質(zhì)的前提下提高運(yùn)行效率。

由雙小車岸橋的作業(yè)流程可知，中轉(zhuǎn)平臺(tái)、運(yùn)輸車等相關(guān)裝置的對(duì)位精準(zhǔn)度和效率均會(huì)影響工作質(zhì)量。在運(yùn)行期間，隨著岸橋起升高度的增加，吊具搖擺問(wèn)題隨之加劇，干擾雙小車岸橋的運(yùn)行秩序，存在效率降低的變化，是基礎(chǔ)設(shè)施配置、生產(chǎn)中應(yīng)重視的問(wèn)題。

2 主小車裝卸集裝箱

2.1 主小車自主學(xué)習(xí)技術(shù)

主小車自主學(xué)習(xí)，采集并記錄司機(jī)的操作路線信息，再對(duì)該部分路線信息進(jìn)行復(fù)制，以形成自動(dòng)化的運(yùn)行模式，避免司機(jī)頻繁操作的問(wèn)題。

（1）由司機(jī)操作，將吊具轉(zhuǎn)移至待卸載的位置，檢測(cè)并調(diào)整偏差；（2）由專員吊裝集裝箱，將其精準(zhǔn)轉(zhuǎn)移至中轉(zhuǎn)平臺(tái)，期間系統(tǒng)會(huì)自發(fā)掌握操作路徑并完整記錄相關(guān)信息，以自動(dòng)化的方式使吊具到位，由司機(jī)對(duì)箱閉鎖即可；（3）前述工作無(wú)誤后，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)移集裝箱，可確保其能夠到達(dá)中轉(zhuǎn)平臺(tái)上方的某處（高度相對(duì)較低），由司機(jī)檢查并對(duì)位開(kāi)鎖；（4）完成一個(gè)循環(huán)的作業(yè)，吊具可進(jìn)入后續(xù)作業(yè)流程。

在卸箱期間，司機(jī)的工作量顯著減少，只需在全過(guò)程的收尾環(huán)節(jié)參與作業(yè)，其他時(shí)段均可實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)化運(yùn)行。

2.2 電子防搖技術(shù)

主小車自動(dòng)裝卸期間，合理應(yīng)用電子防搖技術(shù)具有重要的意義，其可提高吊具的自動(dòng)化運(yùn)行水平，減少司機(jī)的工作量。

電子防搖技術(shù)精確評(píng)定搖擺情況，如擺幅等，以此為參考，針對(duì)小車采取加減速操作，通過(guò)此途徑自動(dòng)控制其擺幅，確保小車的運(yùn)行具有平順、穩(wěn)定的特點(diǎn)。

在電子防搖技術(shù)應(yīng)用期間，吊具位置、搖擺姿態(tài)均為重要的檢測(cè)對(duì)象，得到的結(jié)果是搖擺控制的依據(jù)，其均由吊具檢測(cè)系統(tǒng)完成。SDS是關(guān)鍵的傳感器系統(tǒng)，可檢測(cè)吊具、集裝箱的位置、姿態(tài)，其配備紅外攝像頭、結(jié)構(gòu)光，并融合數(shù)字圖像處理技術(shù)，軟硬件協(xié)同作業(yè)。

在確定結(jié)構(gòu)光在攝像頭中的成像位置后，由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算，以便確定3個(gè)紅外光源的三維坐標(biāo)，基于此數(shù)據(jù)判斷吊具的三維位置。得到位置信息后，調(diào)整小車運(yùn)行速度，保證吊具可精準(zhǔn)就位于小車的正上方，高效完成抓、放等操作。

電子防搖技術(shù)的高效化、精細(xì)化特性，可減少司機(jī)的工作量，主小車、吊具等相關(guān)裝置可按照特定的邏輯有序運(yùn)行，期間的控制措施得當(dāng)，岸橋的運(yùn)行效能較高。

2.3 電子吊具傾轉(zhuǎn)防搖技術(shù)

集裝箱吊具的四角處配備鋼絲繩，各自的吊點(diǎn)總體呈對(duì)稱的布置形式。在該方式下，吊具、集裝箱的穩(wěn)定性得到保證，扭轉(zhuǎn)、擺動(dòng)的問(wèn)題得到有效控制。在起升高度大幅度增加時(shí)，鋼絲繩的間距有限，難以與起升高度形成相適配的關(guān)系，進(jìn)而出現(xiàn)吊具扭轉(zhuǎn)、擺動(dòng)問(wèn)題。

超長(zhǎng)鋼絲繩等相關(guān)裝置運(yùn)行過(guò)程中均存在明顯的波動(dòng)，會(huì)進(jìn)一步加劇吊具的失穩(wěn)程度。在吊具無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行的條件下，工作人員難以對(duì)其采取精細(xì)化的控制措施，導(dǎo)致吊具與集裝箱鎖孔的對(duì)準(zhǔn)精度不高，降低裝卸效率，導(dǎo)致出現(xiàn)裝卸質(zhì)量問(wèn)題、安全事故。

吊具傾轉(zhuǎn)防搖可明確吊具的實(shí)際姿態(tài)、相配套鋼絲繩的載荷情況，在此方面與普通吊具防搖具有相似性。傾轉(zhuǎn)防搖主要作用于吊具處，會(huì)影響集裝箱起重機(jī)的運(yùn)行，但相對(duì)甚微。

吊具沿小車運(yùn)行方向的防搖，應(yīng)充分考慮小車運(yùn)行期間的制動(dòng)、跟車情況，部分情況下存在反向運(yùn)行的情況，相比正常施工條件，岸橋司機(jī)接觸的工作環(huán)境存在差別，易產(chǎn)生不適感。

吊具的搖動(dòng)受多方面因素的影響，如起升高度、鋼絲繩的特性（彈性、載荷分布等）及小車的運(yùn)行狀態(tài)，具有非線性、不確定性、強(qiáng)耦合性等多重特點(diǎn)。若僅采取單一的防搖控制措施，實(shí)際成效有限，在初期分析工作中已出現(xiàn)無(wú)法順利建成防搖模型的問(wèn)題?，F(xiàn)階段，廣泛應(yīng)用模糊自適應(yīng)PID控制器，加之總線數(shù)據(jù)通信與控制技術(shù)的協(xié)同作用，達(dá)到高精度控制的效果，可規(guī)避搖擺問(wèn)題。

3 門架小車裝卸集裝箱

岸橋自動(dòng)裝卸集裝箱作業(yè)全流程中，門架小車裝卸集裝箱為重點(diǎn)內(nèi)容，可視為中轉(zhuǎn)緩沖環(huán)節(jié)，主要操作為門架小車自動(dòng)裝卸、AGV自動(dòng)靠泊，兩項(xiàng)細(xì)分工作的效果直接影響門架小車裝卸集裝箱的運(yùn)行水平。

3.1 門架小車自動(dòng)裝卸技術(shù)

門架小車自動(dòng)裝卸的關(guān)鍵工作內(nèi)容指在AGV和中轉(zhuǎn)平臺(tái)間運(yùn)輸集裝箱。以卸船作業(yè)為例，門架小車啟用目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)（TDS），可詳細(xì)檢查集裝箱的位置，判斷其是否處于中轉(zhuǎn)平臺(tái)的指定位置，若滿足位置要求應(yīng)進(jìn)行抓箱作業(yè)行為，若存在偏差，應(yīng)根據(jù)差值以自動(dòng)化的方式精準(zhǔn)調(diào)節(jié)門架小車，滿足要求后方可抓箱。門架小車到達(dá)AGV上方，啟用TDS系統(tǒng)，用于檢查其所處位置的準(zhǔn)確性，若無(wú)誤后，借助TDS系統(tǒng)完成放箱作業(yè)。

3.2 AGV自動(dòng)靠泊技術(shù)

通過(guò)對(duì)AGV自動(dòng)靠泊技術(shù)的應(yīng)用，可精準(zhǔn)控制AGV的位置，保證其停靠至指定位置，可減小偏差，提高岸橋自動(dòng)裝卸效率。岸橋上布設(shè)有車輛定位系統(tǒng)，可用于控制AGV設(shè)備，根據(jù)實(shí)際情況合理微調(diào)，直至岸橋門架小車精準(zhǔn)就位為止。在常規(guī)的岸橋裝卸工作中，普遍存在車輛停靠位置不準(zhǔn)的問(wèn)題，車輛和岸橋吊具間存在較大偏差。為了滿足精度要求，將多次?？寇囕v，直至岸橋吊具可高效運(yùn)行為止，此方法的工作量較大、工作效率偏低。

以3D激光掃描器為硬件支撐，CPS系統(tǒng)可精準(zhǔn)采集駛?cè)胲囕v的數(shù)據(jù)，包含駛?cè)氲能嚨?、方向等，將該部分信息反饋至車輛控制系統(tǒng)內(nèi)，若實(shí)際結(jié)果與設(shè)定值存在偏差，通過(guò)遠(yuǎn)程操作的方式控制車輛，以保證AGV可精準(zhǔn)靠泊至指定的岸橋處。基于3D定位單元的運(yùn)行，可提高CPS系統(tǒng)的檢測(cè)效率，在引導(dǎo)車輛行進(jìn)時(shí)具有較好的應(yīng)用效果，工作偏差較小，岸橋的作業(yè)效率較高。

4 新型雙小車岸邊集裝箱起重機(jī)應(yīng)用前景展望

相比傳統(tǒng)單小車岸邊集裝箱起重機(jī)，新型雙小車岸邊集裝箱起重機(jī)的自重、輪壓均較大，運(yùn)行期間對(duì)能源的需求量較大，應(yīng)在水工建筑物領(lǐng)域投入較豐富的成本，但其具有裝卸生產(chǎn)效率高的顯著特征，可創(chuàng)造較高的經(jīng)濟(jì)效益，幫助所屬公司提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

（1）集裝箱運(yùn)輸事業(yè)逐步朝規(guī)模化、高效化的方向發(fā)展，會(huì)引起常規(guī)集裝箱起重機(jī)與裝卸碼頭不適配的問(wèn)題，存在諸多工作矛盾，不利于工作的正常開(kāi)展。隨著起升高度的逐步增加，小車和碼頭運(yùn)輸車對(duì)位的難度較大，受對(duì)位困難的影響，碼頭運(yùn)輸率持續(xù)下降，制約集裝箱起重機(jī)的運(yùn)行。通過(guò)小型雙小車岸橋的應(yīng)用，能夠滿足高效生產(chǎn)的要求。

（2）理論上，在相同生產(chǎn)環(huán)境下，相比常規(guī)岸橋作業(yè)，新型雙小車岸橋的作業(yè)生產(chǎn)率可達(dá)到該值的1.5倍以上，后方水平對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)具有制約性影響，降低了生產(chǎn)效率，在1.3倍左右。

（3）對(duì)于單個(gè)集裝箱裝卸泊位，配備3臺(tái)新型雙小車岸橋后，工作量與4～5臺(tái)常規(guī)單小車岸橋相同，可在精簡(jiǎn)投入的情況下保證生產(chǎn)效率，提高碼頭前沿的交通組織規(guī)范性與秩序性，提升水平運(yùn)輸效率。雖然新型雙小車岸橋具有大型化的特點(diǎn)，但在維修管理方面的費(fèi)用并未顯著增加，綜合效益更好。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，主小車具備自動(dòng)學(xué)習(xí)司機(jī)操作路線的功能，可根據(jù)掌握的路線進(jìn)行復(fù)制，以便后續(xù)高效操作，適配電子防搖技術(shù)，有助于提高岸橋主小車的作業(yè)精度和作業(yè)效率。通過(guò)門架小車自動(dòng)裝卸技術(shù)以及AGV自動(dòng)靠泊技術(shù)的應(yīng)用，有助于大幅度提高集裝箱的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。采取的雙小車岸邊集裝箱起重方案具有可行性，可為類似工程提供參考。