軌道式集裝箱龍門起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱軌道吊）在我國(guó)集裝箱港口的裝卸作業(yè)中，通常采用岸邊集裝箱起重機(jī)加輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱輪胎吊）的裝卸方案，以輪胎吊作為后方堆場(chǎng)的主要裝卸機(jī)械。在國(guó)內(nèi)，軌道吊僅在一些貨場(chǎng)有所應(yīng)用，這些軌道吊在工作級(jí)別、電控系統(tǒng)、管理系統(tǒng)等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于現(xiàn)有的港口機(jī)械水平，不能滿足現(xiàn)代港口集裝箱裝卸的需要。本文就軌道吊在我國(guó)港口中的應(yīng)用進(jìn)行討論。
1、國(guó)內(nèi)外概況及發(fā)展趨勢(shì)
目前，國(guó)外制造大型軌道吊的廠商主要有美國(guó)的Paceco、德國(guó)的Noell、英國(guó)的Morris、芬蘭的Val-met、韓國(guó)的三星和現(xiàn)代，以及日本的三菱、三井、住友等。隨著國(guó)際集裝箱運(yùn)輸事業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)軌道吊的要求越來(lái)越高，使得各大廠商在新研制的起重機(jī)堆碼高度、跨度以及速度等主要參數(shù)上都有了較大的進(jìn)展。目前世界上比較先進(jìn)的機(jī)型其堆高已達(dá)7一8層、吊具下的起重量已達(dá)45 t、滿載起升速度達(dá)30 m/min、小車速度超過(guò)50 m/min、大車運(yùn)行速度超過(guò)120 m/min。
長(zhǎng)期以來(lái)，軌道吊僅小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用交流驅(qū)動(dòng)，近年來(lái)，起升機(jī)構(gòu)和大車運(yùn)行也相繼采用了交流驅(qū)動(dòng)技術(shù)，這樣減少了維護(hù)和修理費(fèi)，降低了營(yíng)運(yùn)成本。最近日本三井公司成功地采用了交流變頻調(diào)速裝置，解決了起升機(jī)構(gòu)位勢(shì)負(fù)載和車輪支承壓力變化導(dǎo)致車輪轉(zhuǎn)速變化的關(guān)鍵技術(shù)，達(dá)到了集裝箱堆場(chǎng)作業(yè)的使用要求。德國(guó)派納公司將其在自動(dòng)控制）領(lǐng)域所擁有的豐富經(jīng)驗(yàn)成功地應(yīng)用在大型軌道吊上,滿足了現(xiàn)代化集裝箱堆場(chǎng)對(duì)自動(dòng)化控制的需要。如歐洲聯(lián)合碼頭公司應(yīng)用光纜傳輸技術(shù)，可靠地將軌道吊與港站管理計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人裝卸作業(yè)和堆物全盤自動(dòng)化。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，歐洲作為傳統(tǒng)上的輪胎吊的大訂戶，1995年訂購(gòu)的軌道吊多達(dá)58臺(tái)，從一個(gè)側(cè)面反映出軌道吊的市場(chǎng)潛力和應(yīng)用前景。另一方面，從世界上一些著名的港口的發(fā)展趨勢(shì)看，軌道吊將向大型化、高效化、自動(dòng)化方向發(fā)展。
我國(guó)從90年代開始著手研制軌道吊，主要用于鐵路系統(tǒng)的集裝箱堆場(chǎng)。由于受各方面條件的限制，與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，國(guó)產(chǎn)軌道吊還存在不少差距，如技術(shù)性能、質(zhì)量水平、作業(yè)效率等相對(duì)較低，尤其是海港堆場(chǎng)使用的現(xiàn)代化軌道吊，國(guó)內(nèi)尚屬空白，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)均被進(jìn)口產(chǎn)品所占領(lǐng)。隨著鐵路、高速公路集裝箱運(yùn)輸業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，我國(guó)必將形成以港口、內(nèi)陸轉(zhuǎn)運(yùn)站為主的集裝箱集疏運(yùn)系統(tǒng)。就目前集裝箱運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況來(lái)說(shuō)，龐大的鐵路運(yùn)輸遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于海運(yùn)和公路運(yùn)輸。其中的關(guān)鍵因素主要是集裝箱堆場(chǎng)裝卸機(jī)械落伍和嚴(yán)重匾乏，構(gòu)成了鐵路集裝箱運(yùn)輸?shù)钠款i。隨著集裝箱運(yùn)輸業(yè)務(wù)的進(jìn)一步發(fā)展、港口吞吐量的增加、新建碼頭的陸續(xù)投入使用和舊碼頭的技術(shù)改造、對(duì)大型、高效、性能先進(jìn)的集蘭州相堆場(chǎng)起重設(shè)備的需求量將逐年增加。
目前我國(guó)已能批量生產(chǎn)具有國(guó)際90年代先進(jìn)水平的岸邊集裝箱起重機(jī)和輪胎吊，而軌道吊的研究與開發(fā)能力相對(duì)落后，尤其是中轉(zhuǎn)樞紐港堆場(chǎng)使用的軌道吊，國(guó)內(nèi)目前還是空白。因此，開發(fā)大型、高效、性能先進(jìn)的軌道吊變得尤為迫切。
2、軌道吊與輪胎吊的比較
2.1外形尺寸
受輪胎的承載力、整機(jī)跑偏等問(wèn)題的限制，在目前條件下，輪胎吊的外型尺寸已不太可能再有大的突破，通?？缇嗖怀^(guò)23．47 m（6列集裝箱加1條車道），堆高不超過(guò)18. 2 m（堆5過(guò)6）。而軌道吊的跨距可達(dá)40 m（12列集裝箱）以上，只要堆場(chǎng)承載能力足夠，堆高可超過(guò)7一8層，且軌道吊還可有外伸。因此軌道吊的場(chǎng)地利用率要高于輪胎吊。
2.2成本分析
目前，在軌距、速度等技術(shù)參數(shù)相同時(shí)，2種設(shè)備的采購(gòu)價(jià)格相差不大，軌道吊略低。對(duì)于碼頭的要求，軌道吊可采用較多車輪，與目前通常為8個(gè)車輪的輪胎吊相比，輪壓低些，但軌道吊需建配套變電站，鋪設(shè)電纜、軌道等，堆場(chǎng)建設(shè)投資較高。
在運(yùn)行中，軌道吊通過(guò)電網(wǎng)直接用電，而輪胎吊則必須用自帶柴油機(jī)發(fā)電，在完成同樣動(dòng)作、消耗同樣能量的情況下，直接從電網(wǎng)用電比自行發(fā)電成本低。另外，輪胎吊處于等待狀態(tài)時(shí)，柴油機(jī)還需損耗部分額外的油料，而軌道吊在起升機(jī)構(gòu)下降時(shí)還有部分能量反饋到電網(wǎng)。因此，軌道吊的能耗顯然要低得多，在運(yùn)行成本上有較大優(yōu)勢(shì)。
輪胎吊采用柴油機(jī)，即便是進(jìn)口的柴油機(jī)組也有較高的故障率，還需要定期進(jìn)行維護(hù)和大修、小修等，而軌道吊采用的是電纜卷筒供電，進(jìn)口電纜卷筒廠家通?？梢员ＷC其3 -5年無(wú)故障運(yùn)行。軌道吊采用鋼制車輪，壽命基本上可以保證和整機(jī)相同，而輪胎吊的輪胎需定期更換。
2.3工作效率
由于軌道和集裝箱位置相對(duì)固定，軌道吊節(jié)省了對(duì)箱時(shí)間，效率稍高；輪胎吊的大車經(jīng)常跑偏，車道和集裝箱位置無(wú)法固定，需要有經(jīng)驗(yàn)的司機(jī)經(jīng)常進(jìn)行吊具回轉(zhuǎn)和大車糾偏動(dòng)作，影響工作效率。目前尚未出現(xiàn)很有效的自動(dòng)糾偏系統(tǒng)。
2.4自動(dòng)控制和碼頭管理系統(tǒng)
因?yàn)樵谲壍郎线\(yùn)行，軌道吊較容易實(shí)現(xiàn)整機(jī)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)定位，可實(shí)現(xiàn)多種自動(dòng)、半自動(dòng)控制，提高效率。在電控系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的情況下，未來(lái)軌道吊有可能發(fā)展為不需要駕駛員的無(wú)人堆場(chǎng)系統(tǒng)；而輪胎吊的整機(jī)狀態(tài)定位困難，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；軌道吊可采用光纖與碼頭中控室通訊，帶寬大，抗干擾能力好，目前技術(shù)也比較成熟，輪胎吊只能采用無(wú)線通訊，帶寬窄，抗干擾能力差，目前多數(shù)只能單向接收一些箱位等簡(jiǎn)單信息，還難以完成像岸邊集裝箱起重機(jī)那樣的RCMS系統(tǒng)。另外，無(wú)線通訊還存在一定的傳輸死角。
單臺(tái)軌道吊對(duì)應(yīng)的集裝箱密度較大，堆高也較高，需要較高的管理水平，以避免頻繁翻箱。
2.5安全性和環(huán)境保護(hù)
軌道吊在軌道上運(yùn)行，不會(huì)跑偏碰箱，而輪胎吊因無(wú)法控制跑偏，需設(shè)置碰箱限位，且仍無(wú)法完全避免碰箱和碰車事故。
軌道吊用電，清潔無(wú)污染，而輪胎吊使用柴油機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生較大污染和噪聲。
雖然以上問(wèn)題目前對(duì)港口的影響還不明顯，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這些問(wèn)題不得不認(rèn)真考慮。
2.6轉(zhuǎn)場(chǎng)靈活性
軌道吊轉(zhuǎn)場(chǎng)困難，雖然目前大多數(shù)軌道吊技術(shù)都比較成熟，但工作中仍不能排除發(fā)生故障的可能性，因此在一條軌道上至少要配置2臺(tái)軌道吊。另外，盡管可以在堆場(chǎng)布置上做出安排，但不能完全排除因同一條軌道上發(fā)生突發(fā)事件而需要多臺(tái)軌道吊同時(shí)工作的情況。根據(jù)國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，一般在同一軌道上都要配置多臺(tái)軌道吊。輪胎吊因?yàn)榭梢灶l繁轉(zhuǎn)場(chǎng)，就沒(méi)有這方面的問(wèn)題。因此，對(duì)于某些軌道較短而跨數(shù)較多的堆場(chǎng)，軌道吊并不適合。
。
為了增強(qiáng)轉(zhuǎn)場(chǎng)靈活性，軌道吊也可有幾種轉(zhuǎn)場(chǎng)方案，這也是軌道吊研究的一個(gè)方向。另外，國(guó)外也有在大跨距的軌道吊跨距內(nèi)再配置一小跨距軌道吊的方案。
3、軌道吊的主要技術(shù)難點(diǎn)
3.1大車高速運(yùn)行狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)變形問(wèn)題
軌道吊的跨距較大，金屬結(jié)構(gòu)的變形也相應(yīng)較大，如整機(jī)剛性過(guò)大，則容易出現(xiàn)啃軌現(xiàn)象，剛性過(guò)小則易導(dǎo)致整機(jī)晃動(dòng)，因此剛度設(shè)計(jì)需取得比較好的平衡。
門架受力時(shí)軌距有增大的趨勢(shì)，當(dāng)整機(jī)處在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，因?yàn)殪o摩擦力的影響尚可保持軌距，但大車運(yùn)行時(shí)的側(cè)向動(dòng)摩擦力不足以保持軌距不變，在大車高速運(yùn)行時(shí)容易產(chǎn)生啃軌現(xiàn)象。這就需要精確地計(jì)算出各種情況下可能的變形，并通過(guò)一定的工藝措施將變形控制在允許范圍內(nèi)。車輪也需經(jīng)過(guò)特殊的設(shè)計(jì)，以應(yīng)對(duì)可能的啃軌現(xiàn)象。
3.2大車高速運(yùn)行狀態(tài)下的輸配電問(wèn)題
軌道吊的大車運(yùn)行速度通常較高，高速運(yùn)行對(duì)整機(jī)的輸配電系統(tǒng)提出了較高要求。軌道吊采用電纜卷筒供電，高速運(yùn)行時(shí)大車與電纜卷筒須有較好的同步性。傳統(tǒng)的磁滯式電纜卷筒不能滿足這一要求，因此需采用由專門PLC控制的電纜卷筒。目前國(guó)內(nèi)的電纜卷筒水平還達(dá)不到這樣的要求，需從國(guó)外進(jìn)口。進(jìn)口電纜卷筒的成本并不高。
3.3大車高速運(yùn)行狀態(tài)下的電氣控制問(wèn)題
因?yàn)椴捎昧烁咚傩凶叩拇筌嚕?條軌道上的大車電機(jī)運(yùn)行必須高度同步，否則很容易發(fā)生大車跑偏以至啃軌的現(xiàn)象?？稍陔姎饪刂葡到y(tǒng)中采用2個(gè)變頻器分別控制兩側(cè)車輪，保證整機(jī)兩側(cè)同步運(yùn)行，同時(shí)對(duì)角線布置編碼器，檢測(cè)大車跑偏。
3.4與碼頭中控室的通訊及RCMS系統(tǒng)
場(chǎng)橋的CMS系統(tǒng)（起重機(jī)管理系統(tǒng)）在輪胎吊上的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，但類似集裝箱橋吊的遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)還不多見(jiàn)，這是因?yàn)檩喬サ跖c碼頭中控室的通訊問(wèn)題一直沒(méi)有辦法解決。軌道吊可采用上機(jī)高壓電纜中的光纖來(lái)進(jìn)行通訊，因此需開發(fā)適用于軌道吊的遠(yuǎn)程起重機(jī)控制系統(tǒng)。
4、40.5t-32 m軌道吊簡(jiǎn)介
該機(jī)是上海港機(jī)重工有限公司按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，采用先進(jìn)的技術(shù)工藝，為港口專業(yè)集裝箱堆場(chǎng)研制的，能起吊20 ft ,40 ft ,45 ft國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，自重輕、裝卸效率高、安全可靠。其主要技術(shù)性能參數(shù)如下：
軌距/m 32
起升高度/m 18．2
吊具下的額定起重量/t 40.5
提升速度滿載40.5 t時(shí)/m " min’30
空吊具時(shí)／m•min’60
小車運(yùn)行速度／m•min一’90
大車運(yùn)行速度/m•min一’120
輪壓八＜20
整機(jī)重量/t‘＜190
供電電源三相1%kV 50 Hz
電控系統(tǒng)全變頻交流調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)／
對(duì)于相同參數(shù)的軌道吊，若整機(jī)進(jìn)口每漢約需／150萬(wàn)美元，而自行研制則只需70萬(wàn)一80萬(wàn)美元可為國(guó)家節(jié)約大量的外匯，憑借我國(guó)機(jī)械產(chǎn)品的格優(yōu)勢(shì)，還可打人國(guó)際市場(chǎng)。
該機(jī)有如下特點(diǎn)：
（1）32 m軌距，可放置8列集裝箱和2條車道。
(2)跨距較大，經(jīng)分析和計(jì)算機(jī)模擬工作狀態(tài)，現(xiàn)采用的兩邊剛性腿的金屬結(jié)構(gòu)形式有比較好的平衡性。
(3)采用自行式小車驅(qū)動(dòng)形式，即小車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、減速箱、制動(dòng)器等均安裝于小車架上，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)前后4個(gè)車輪。采用這種驅(qū)動(dòng)形式可以減少維護(hù)更換鋼絲繩的工作量。
(4）小車軌道采用進(jìn)口的A65矮軌，它踏面寬、高度低、側(cè)向剛性好，能更好地承受由于小車偏斜啃
