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摘要：针对铁路货场装卸作业情况，研发一种带防摇功能的集装箱吊钩两用门式起重机，既能吊运件杂货同时又能高效吊运集装箱。详细介绍了该起重机的起升机构、吊具、门架、电气控制部分，重点论述防摇装置的构成及原理。
关键词：门式起重机;集装箱;阻力滑轮防摇;八绳交叉防摇
现在大量货物采用集装箱运输，而铁路货场通常用普通吊钩门式起重机进行件杂货及集装箱的吊运，吊具摆动大，偏载歪斜，作业效率低，因此公司针对市场需求，研制了新型带防摇功能的集装箱吊钩两用门式起重机。
主要性能参数
工作级别A6
起重量 吊具下40.5t 吊鉤下40t
跨度 30m 有效悬臂7.5m
起升高度 12.5m（堆三过四）
起升速度满载 12m/min空载20m/min
小车运行速度 60m/min
大车运行速度 65m/min
吊具回转速度 慢速0.5rpm快速0.8rpm吊具回转角度 –10°至190°
作业效率 20箱/小时
起升机构、大小车运行机构变频调速
起升机构
传统的吊钩门式起重机起升机构定滑轮采取集中布置形式，基本不产生减摇效果。该起重机的起升机构采取四个定滑轮分散布置（见图1），相对于钢丝绳下绳中心对称，同时在吊具四角处各布置两个中心线相互垂置的动滑轮，共八个动滑轮，四根钢丝绳。该布置具有独特优越性，既实现了起升钢丝绳在大小车运行方向双向交叉卷绕，同时又实现了吊具的四吊点起吊。因此在大小车运行方向均具有防摇功能，称为八绳交叉防摇。
当大小车起、制动而起升不工作时，吊具发生摆动。从钢丝绳卷绕图分析可知，动滑轮与起升钢丝绳间有相对运动，即动滑轮在钢丝绳上滚动，因此在吊具每个滑轮上设置阻力装置，可以消耗吊具或货物摆动能量，产生减摇效果。具体方式是在吊具上每个滑轮径向设置油缸，油缸通过摩擦片将压力施加在滑轮上。称为阻力滑轮防摇。
该减摇装置已经用于新开发的起重机及铁路货场的普通吊钩门式起重机改造上，得到用户好评，取得了较好的社会效益与经济效益。
起升机构采用双电机双减速器单卷筒布置形式，可保证一个电机或一个减速器断轴时，不使重物坠落，安全可靠。电动机与减速器通过全齿联轴器联接，减速器与卷筒通过卷筒联轴器联接。卷筒采用四联卷筒，使四根钢丝绳收放长度相同，为弥补制造安装误差，在小车上设有钢丝绳螺杆微调机构，从而保证吊具四吊点高度一致，使吊具处于水平状态。
吊具
吊具由液压驱动的回转吊具与20英尺或40英尺吊具两大部份组成。回转吊具由上架、回转支承及下架组成，上架与下架通过回转支承相连。
吊具能识别超载与偏载，具有称重功能。集装箱装货物时对偏载有规定，对20英尺或40英尺集装箱，宽度方向重心不超过200mm，长度方向前者不超过600mm，后者不超1200mm。由集装箱吊钩一体式两用电子秤自动计算与显示、自动提示与报警、自动限制超载与偏载集装箱的起吊。
吊具能防止与火车上的FTR锁卡住时引起的安全事故。
门架
门架对起重机工作性能有较大影响。门架设计要考虑强度、静态刚性、动态刚性、局部稳定性、整体稳定性等，还要从设计上避免大、小车啃轨。由于门架是空间刚架结构，再加上起重机计算工况多，手采用有限元软件计算。门架设计时还考虑了电气走线，主梁、支腿及端梁内部设有电缆桥架或线管，保证整机简洁美观。
电气控制
起升机构、小车运行机构、大车运行机构均采用变频调速，起制动加减时间可设定，使动作平稳，便于集装箱装卸时对位，有利于提高效率。
由于起升机构采用硬轴联接双电机驱动，必须保证两电机工作时转速同步、力矩平衡。电动机自带增量型编码器，与矢量型变频器相连，形成闭环控制，较好地保证了两电机力矩平衡。
起升机构具有位能负载的特点，重载时采用恒转矩调速，轻载时采用恒功率调速，很容易实现重载低速、轻载高速的要求，提高作业效率。
由于在吊具滑轮加阻力，滑轮组效率降低，起升时必须使阻力防摇处于停止状态，避免钢丝绳与滑轮出现相对滑动，保护钢丝绳。
四个旋锁处于闭锁方可起升，起升时不可开锁。
吊具上各机构间歇工作，因此需处理好各机构与液压站上电机工作时序的关系，设置必要的延时，使电机非工作时间尽量长，避免电机频繁启动，防止液压油发热，节约能源。
为防止起升时吊具与火车车箱上的FTR锁误卡住引起的事故，通过在吊具下架四角处设置接近开关来实现，简单有效。
体会与展望
起重机吊具减摇效果与很多因素有关：如操作人员、减摇装置、门架刚性、大小车运行速度、起升高度。研发减摇装置时，应从系统的观点，综合考虑，机电液结合，自动减摇，减少操作人员劳动强度。
对本机减摇控制提出三点改进措施：
该减摇装置滑轮阻力大小设定后，大小不再发生变化，在以后的减摇装置上可尝试设计为阻力随起升高度与大小车速度的变化而自动可调，使防摇效果更好;
融入电子防摇技术、建立力学、数学模型，借助自动控制理论、先进软件作更详细分析，优化参数。
参考文献
王金诺，张质文，程文明等.起重机设计手册（第二版）[M].北京：中国铁道出版社，2013.
唐远洋，肖健梅，王锡淮.基于MATLAB集装箱起重机防摇系统仿真[J].机电设备，2008 25（3）.
李维越.起重机常用防摇系统分析[J].起重运输机械，2007（9）.
关键词：门式起重机;集装箱;阻力滑轮防摇;八绳交叉防摇
现在大量货物采用集装箱运输，而铁路货场通常用普通吊钩门式起重机进行件杂货及集装箱的吊运，吊具摆动大，偏载歪斜，作业效率低，因此公司针对市场需求，研制了新型带防摇功能的集装箱吊钩两用门式起重机。
主要性能参数
工作级别A6
起重量 吊具下40.5t 吊鉤下40t
跨度 30m 有效悬臂7.5m
起升高度 12.5m（堆三过四）
起升速度满载 12m/min空载20m/min
小车运行速度 60m/min
大车运行速度 65m/min
吊具回转速度 慢速0.5rpm快速0.8rpm吊具回转角度 –10°至190°
作业效率 20箱/小时
起升机构、大小车运行机构变频调速
起升机构
传统的吊钩门式起重机起升机构定滑轮采取集中布置形式，基本不产生减摇效果。该起重机的起升机构采取四个定滑轮分散布置（见图1），相对于钢丝绳下绳中心对称，同时在吊具四角处各布置两个中心线相互垂置的动滑轮，共八个动滑轮，四根钢丝绳。该布置具有独特优越性，既实现了起升钢丝绳在大小车运行方向双向交叉卷绕，同时又实现了吊具的四吊点起吊。因此在大小车运行方向均具有防摇功能，称为八绳交叉防摇。
当大小车起、制动而起升不工作时，吊具发生摆动。从钢丝绳卷绕图分析可知，动滑轮与起升钢丝绳间有相对运动，即动滑轮在钢丝绳上滚动，因此在吊具每个滑轮上设置阻力装置，可以消耗吊具或货物摆动能量，产生减摇效果。具体方式是在吊具上每个滑轮径向设置油缸，油缸通过摩擦片将压力施加在滑轮上。称为阻力滑轮防摇。
该减摇装置已经用于新开发的起重机及铁路货场的普通吊钩门式起重机改造上，得到用户好评，取得了较好的社会效益与经济效益。
起升机构采用双电机双减速器单卷筒布置形式，可保证一个电机或一个减速器断轴时，不使重物坠落，安全可靠。电动机与减速器通过全齿联轴器联接，减速器与卷筒通过卷筒联轴器联接。卷筒采用四联卷筒，使四根钢丝绳收放长度相同，为弥补制造安装误差，在小车上设有钢丝绳螺杆微调机构，从而保证吊具四吊点高度一致，使吊具处于水平状态。
吊具
吊具由液压驱动的回转吊具与20英尺或40英尺吊具两大部份组成。回转吊具由上架、回转支承及下架组成，上架与下架通过回转支承相连。
吊具能识别超载与偏载，具有称重功能。集装箱装货物时对偏载有规定，对20英尺或40英尺集装箱，宽度方向重心不超过200mm，长度方向前者不超过600mm，后者不超1200mm。由集装箱吊钩一体式两用电子秤自动计算与显示、自动提示与报警、自动限制超载与偏载集装箱的起吊。
吊具能防止与火车上的FTR锁卡住时引起的安全事故。
门架
门架对起重机工作性能有较大影响。门架设计要考虑强度、静态刚性、动态刚性、局部稳定性、整体稳定性等，还要从设计上避免大、小车啃轨。由于门架是空间刚架结构，再加上起重机计算工况多，手采用有限元软件计算。门架设计时还考虑了电气走线，主梁、支腿及端梁内部设有电缆桥架或线管，保证整机简洁美观。
电气控制
起升机构、小车运行机构、大车运行机构均采用变频调速，起制动加减时间可设定，使动作平稳，便于集装箱装卸时对位，有利于提高效率。
由于起升机构采用硬轴联接双电机驱动，必须保证两电机工作时转速同步、力矩平衡。电动机自带增量型编码器，与矢量型变频器相连，形成闭环控制，较好地保证了两电机力矩平衡。
起升机构具有位能负载的特点，重载时采用恒转矩调速，轻载时采用恒功率调速，很容易实现重载低速、轻载高速的要求，提高作业效率。
由于在吊具滑轮加阻力，滑轮组效率降低，起升时必须使阻力防摇处于停止状态，避免钢丝绳与滑轮出现相对滑动，保护钢丝绳。
四个旋锁处于闭锁方可起升，起升时不可开锁。
吊具上各机构间歇工作，因此需处理好各机构与液压站上电机工作时序的关系，设置必要的延时，使电机非工作时间尽量长，避免电机频繁启动，防止液压油发热，节约能源。
为防止起升时吊具与火车车箱上的FTR锁误卡住引起的事故，通过在吊具下架四角处设置接近开关来实现，简单有效。
体会与展望
起重机吊具减摇效果与很多因素有关：如操作人员、减摇装置、门架刚性、大小车运行速度、起升高度。研发减摇装置时，应从系统的观点，综合考虑，机电液结合，自动减摇，减少操作人员劳动强度。
对本机减摇控制提出三点改进措施：
该减摇装置滑轮阻力大小设定后，大小不再发生变化，在以后的减摇装置上可尝试设计为阻力随起升高度与大小车速度的变化而自动可调，使防摇效果更好;
融入电子防摇技术、建立力学、数学模型，借助自动控制理论、先进软件作更详细分析，优化参数。
参考文献
王金诺，张质文，程文明等.起重机设计手册（第二版）[M].北京：中国铁道出版社，2013.
唐远洋，肖健梅，王锡淮.基于MATLAB集装箱起重机防摇系统仿真[J].机电设备，2008 25（3）.
李维越.起重机常用防摇系统分析[J].起重运输机械，2007（9）.