装卸用直臂架多用途门机典型起升钢丝绳卷绕系统的分析与比较

钟 华

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

0 引言

我国港口具有分布范围比较广的特点，各港口发展规模、货物吞吐能力参差不齐，与此相适应的通用码头得到蓬勃发展，港口货物吞吐能力不断提高。通用码头门座式起重机向着多用途、高效率、大吨位方向发展。为适应此形势，近10年来，笔者所在公司先后为广东虎门港、广州南沙港、江苏常熟港、上海临港、香港HIT、湛江港等设计和制造了适用于海港和内河装卸作业的单臂架多用途门机机型，在我国大型专用集装箱码头相对较少而通用码头装卸集装箱比较普遍的情况下，笔者公司开发的此类单臂架门机适应性强，造价合理，在国内得到逐渐推广。笔者参与了以上大部分项目的设计与制造。

在直臂架门机的设计中，通常在起升钢丝绳的卷绕系统中增设一个补偿滑轮组，它的作用是物品在变幅过程中引起的升降现象依靠起升绳的卷绕系统及时放出或收进一定长度的起升绳的办法来补偿，从而使物品在变幅过程中沿着近似水平线的轨迹移动[1]。相对于组合臂架门机，单臂架门机的滑轮组补偿方案中最大的问题：就是缠绕钢丝绳多，钢丝绳在滑轮间反复作折返，受力状况恶化，磨损多，严重影响钢丝绳的使用寿命。可以通过补偿滑轮组倍率的合理取值[2]，或者增加钢丝绳直径和滑轮的比值手段来提高钢丝绳的寿命[3]，但采用合理的钢丝绳卷绕方式可以取得很好的效果，且不一定增加成本。

1 第一种卷绕方式

如图1、图2、图3所示，三组图分别表达了该卷绕方式适用的三种工况。该卷绕方式采用杠杆活对重平衡系统，齿条变幅驱动，起升滑轮组补偿，起升机构采用2组独立卷筒驱动，补偿钢丝绳倍率mK=3，起升钢丝绳倍率mL=1。

图1 卷绕方式一用于集装箱工况

第一种缠绕方式用于集装箱工况时，见图1所示，钢丝绳从起升卷筒出绳后经过人字架顶部滑轮，在绕过2个补偿滑轮后，自臂架头部2侧滑轮垂直向下，通过卸扣与吊具上的平衡钢丝绳相连。若采用旋转吊钩方式与集装箱吊具相连，吊具供电电缆可自臂架头部中间垂直向下引到与电缆缓冲器相连。也可采用通过销轴与吊具旋转钩头连接。供电采用储缆框的形式时，垂缆可通过臂架头部垂直向下引到储缆筐，这种缠绕方式需要特别注意钢丝绳与供电电缆的干涉。

第一种缠绕方式用于抓斗工况时见图2所示，虽然绕法看似与图1相同，但工作原理却有很大区别，起升机构的两个卷筒需要分为支撑绳卷筒和开闭绳卷筒，抓斗支撑绳分为2根。其中支撑绳从起升支撑卷筒引出后，经过人字架顶部滑轮进入起升补偿绳滑轮后从臂架头部2侧滑轮垂直引下与抓斗平衡梁两端通过卸扣或楔套相连，其中的另一根开闭绳从起升开闭卷筒引出后，经过人字架顶部滑轮后进入起升补偿滑轮从臂架头部中部的2个滑轮垂直引下与抓斗的开闭绳通过卸扣或楔套相连。

第一种缠绕方式用于吊钩工况时见图3所示，该种缠绕方式相对比较简单，是本卷绕形式最基本的功能。钢丝绳从起升卷筒出绳后经过人字架顶部滑轮，在绕过2个补偿滑轮后，自臂架头部2侧滑轮垂直向下，通过卸扣与吊钩上的平衡钢丝绳相连。

显然第一种卷绕方式的最大优点是适用条件比较宽，几乎可适用各种通用码头多用途单臂架门机，且使用可靠，因此应用较广范，但它的缺点也比较明显，机构相对复杂，缠绕形式相对复杂，钢丝绳在滑轮之间折返比较多，钢丝绳磨损相对比较严重。

图2 卷绕方式一用于抓斗工况

图3 卷绕方式一用于吊钩工况

2 第二种卷绕方式

该机型采用杠杆活对重平衡系统，齿条变幅驱动，起升滑轮组补偿，起升机构采用单卷筒驱动，起升钢丝绳倍率mL=2，补偿钢丝绳倍率mK=3。

该卷绕方式用于集装箱工况时见图4所示，用于吊钩工况时见图5所示。显然该缠绕方式的最大优点是机构配置相对简单，成本低，而且，因为起升绳的倍率mL=2，从卷筒出来的起升补偿绳在经过人字架顶部滑轮后绕过2道补偿滑轮后从臂架头部两侧滑轮垂直向下直接引入到旋转吊具的平衡滑轮。之后，再进入到补偿滑轮组卷绕。与第一种卷绕方式比较，这种绕法的最大好处在于当起升绳工作时，其他的补偿绳不运动，只有当臂架变幅时，补偿钢丝绳才运动，减少了钢丝绳与滑轮之间的磨损。因此，该卷绕方式可以有效延长钢丝绳的使用寿命。而且，由于单卷筒仅需配备单个电机和单个减速箱，并且门机转盘布置空间相对可以减小，所以机电配套和钢结构的成本相对较低。若码头配备主要用于集装箱作业的多用途门机，第二种卷绕方式是个很好的选择。但是第二种卷绕方式的适用条件有限，不适用于抓斗工况。第二种卷绕方式应用在吊钩工况时见图5。

图4 卷绕方式二用于集装箱工况

图5 卷绕方式二用于吊钩工况

3 第三种卷绕方式

如图6和图7所示。此种卷绕系统采用钢丝绳变幅驱动，起升滑轮组补偿，起升钢丝绳采用单卷筒驱动，起升钢丝绳倍率为mL=2，补偿钢丝绳倍率为mK=2。

图6 卷绕方式三用于集装箱工况

图7 卷绕方式三用于吊钩工况

与第一种和第二种卷绕方式相比，它没有臂架自重平衡系统，可以减少整机自重，由于补偿倍率为2，补偿滑轮相对较少，改善了钢丝绳的使用条件，提高了钢丝绳的使用寿命，同时，臂架头部的附加弯矩相对之前的两种缠绕方式来对比要减少很多，受力相对得到改善，钢结构特别是臂架系统相对也可减轻，此种卷绕方式因为是钢丝绳变幅，相对于杠杆活对重平衡系统，整机可以实现非常大的变幅幅度。因此，第三种卷绕方式在吊钩工况下也可以应用到单臂架船厂门机的卷绕方式上。

4 总结

通过对三种起升钢丝绳卷绕方式的分析和比较，可以启发今后装卸用直臂架门机的设计中，对如何选择合理的钢丝绳卷绕方式，需要综合考虑机型多种因素的要求：包括门机是否有抓斗、吊钩、全自动集装箱旋转吊具的工况需要；选择合适的旋转吊具的结构形式；吊具供电系统形式的选择；臂架自重平衡系统形式的选择；补偿滑轮组倍率的合理取值；起升滑轮组倍率的合理取值；钢丝绳卷绕方式对整机钢结构优化的影响，特别是对臂架系统优化的影响；最后还要兼顾用户的要求；综合确定最佳方案。

［1］张质文，虞和谦.起重机设计手册［M］.北京：中国铁道出版社，1998.

［2］杨长睽，傅东明.起重机械［M］.北京：机械工业出版社，1992.

［3］GB/T3811-2008.起重机设计规范［S］.