集装箱桥吊防摇方法与控制措施分析

刘建南

摘要：随着当前经济的发展，在大量的运输方式上通过集装箱货物运输已经比较普遍了。而桥吊作为集装箱海运过程中的重要载体，其工作的安全性与可靠性，对作业效率有很大的影响。对于集装箱起重机来讲，通过防摇技术的研究，并结合现代的相关原理，来保证灵活性和有效性，使得各个效果的优化，同时结合操作上的相关工作原理，采取控制措施来完善未来的研究和应用。在进行集装箱桥吊防摇这一课题就行研究时，需要参考以前总结的经验，同时结合其他一些方式方法，以达到防摇效果的优化。本文主要探讨集装箱桥吊的防摇方法与控制措施分析。

关键词：集装箱；桥吊；防摇方法；防摇措施

1.集装箱桥吊的防摇意义

集装箱可以提高货物装卸效率，同时避免货物出现损伤以及全天候作业等优点，在当前的物流运输中应用越来越广泛。而集装箱桥吊作为集装箱装卸的关键设备，就需要具有较高的装卸能力和速度。在进行货物装卸时，由于较多因素的影响，小车与吊具之间的钢丝绳难以控制，导致吊具来回摆动，吊着的集装箱也会随之摆动，这样就会造成吊具与集装箱之间的对位、集装箱与卡车之间的对位花费较多时间，而且也可能会发生挂舱的分险，降低了作业效率，所以需要在桥吊上安装防摇装置。安装防摇装置的目的是减少吊具的来回摇摆，以便顺利进行对箱作业。通过防摇装置的作用，使吊具在2～3个摇摆周期内摆幅降低到50～100 mm以下或者在规定时间内摆动量降到一定范围内。防摇效果的检查方法是吊具吊着集装箱随小车一起运行，小车停止运行后，检查测量吊具（集装箱）的摆动周期及摆幅变化情况。

2.当前集装箱桥吊常见防摇方法

目前来讲，集装箱桥吊的防摇方法主要有两种，一种是机械式防摇，一种是电子式防摇。虽然采取的手段不同，但目的是一致的。

（1）机械式防摇。机械式防摇是最早采用的一种防摇手段，其中又有多种形式。①可以通过安装减摇驱动机构，如减摇卷筒、减摇钢丝绳、单向轴承、力矩电机、减摇制动器来实现。其工作原理是：当吊具向前摆动时，后侧的减摇钢丝绳被拉出卷筒，此时制动器处于制动状态，其制动力矩通过单向轴承传给卷筒并给后侧的减摇钢丝绳一个较大的阻尼力，阻挡吊具向前侧摇摆，此时，前侧松弛了的减摇绳则由力矩电机随时收紧。反之亦然，通过以上几次动作，集装箱吊具摇摆幅度逐步减小，达到减摇效果。②也可以采取改变钢丝绳的缠绕方式，如钢丝绳交叉缠绕、四绳改八绳缠绕来实现。其工作原理是直接借用起升钢丝绳来代替减摇钢丝绳，钢丝绳的拉力加大，同时通过改变（加大）钢丝绳与垂直方向的夹角，从而增加水平方向的拉力，阻止吊具前后左右的摇摆。③也可以采取分离式小车的方式来实现。其工作原理是安装分离式小车以及液压阻尼油缸系统，当吊具产生晃动时，吊具上架上的减摇钢丝绳随吊架的摇摆而拉紧或放松，这些减摇钢丝绳与液压阻尼油缸的活塞杆相连，因而就会有两个活塞杆被减摇钢丝绳拉出油缸，而另一侧松弛的减摇钢丝绳则会被另两个油缸的活塞杆拉紧，从而阻尼了吊具的摇摆。油缸阻尼力的大小，可以通过调节油缸压力来控制。

以上采取的这些方法，主要是通过一些机械或其他辅助手段，改变钢丝绳的拉力，来消耗摆动的能量，从而实现消除或减少摇摆的目的，提高集装箱桥吊的工作效率。当前电子技术得到了快速发展，运用到实际生产中的步伐加快，现在集装箱桥吊的防摇技术也在不断改进，电子式防摇技术应运而生，并大量使用。现在的集装箱码头会同时结合机械式防摇与电子式防摇来完善应用效果。

（2）电子式防摇。电子式防摇方法，简单来讲，其工作原理类似于起重机吊装物体时的“跟钩”动作的自动控制方式，它同时结合了计算机技术与控制技术。电子式防摇，需要在机器上安装一些电子设备，小车架上安装发射装置与接收装置，用来发射或接收信息，在吊具上架上安装反射装置，把接收的信息反馈出去。当吊具出现摇晃时，小车架上的接收装置根据吊具上反射装置提供的信息，检测出吊具摆动的角度和角速度，会把这些信息传输至起重机监控管理系统，该系统具有数据收集、分析、管理、交换和故障诊断功能，通过此系统处理后将最优的控制参数提供给小车运行系统，来控制小车运行的方向与速度，进而使吊具摆动角度限制在一定范围内，实现防摇的目的。也即在集装箱吊装过程中，如果吊具在吊装集装箱时出现摇摆情况，导致集装箱偏离应该处于的中心位置时，电子防摇系统可以根据当时的各种参数情况，经过计算机的快速运算，来更改其中的一些参数，改变小车的运动情况，以达到小车、吊具（集装箱）的运动步伐一致。尤其是在吊具向前摇晃达到重心最高位置后，小车再次起动也可以达到相同位置，促使动能逐渐转化为集装箱提高的势能，进而使得动能逐渐降低，改变了吊具（集装箱）的动能与势能之间的关系，缩小集装箱摇摆的范围，直至集装箱停止摆动。

3集装箱桥吊的防摇控制算法

（1）防摇控制分析。对集装箱桥吊防摇控制措施进行分析时，需要以小车速度模式为依据，结合两个不同阶段的加速模式来分析，来进行效果控制。一个是小车速度从零开始启动运动，运行一定距离后，到达目标点位，速度逐渐降为零；还有一个是小车匀速运行阶段，吊具没有摇晃，摆动角度控制在零度。结合吊具摆动的角度，对运行状态进行分析，合理控制好速度，避免吊具摇晃。

（2）防摇控制算法。①吊具摆角采集。在集装箱桥吊吊具处于运动状态时，通过安装在小车架及吊具上的发射接收装置及反射装置，来对吊具摆动角度进行数据收集，获得吊具摆动角度的变化数据。②小车位置采集。防摇控制算法的关键点在于采集小车位置。在小车上安装编码器及传感器，收集小车在运动过程中的位置信息，同时收集对应的吊具摆长信息。③防摇切换控制算法。以收集到的图像数据信息作为依据，同时结合吊具的对应位置，计算出小车的单摆数据，完成数学模型的构建。控制吊具最高点与小车位置和出错位置相同，避免出现摇摆晃动的情况。④防摇控制算法步骤。在进行集装箱吊装作业时，为了可靠性与高效性，就要不断完善集装箱桥吊防摇控制系统，以各个不同的周期、角频率、切换加速度来完善参数的初始化设置，确定各个周边采样的时间点，以吊具摆角为依据，进行数据分析，计算吊具在最高摆动位置的时间，确定小车切换速度，及小车加减速持续时间，合理的控制好防摇切换的时间点，使防摇效果到达预期目标。

4集装箱桥吊防摇控制系统设计

（1）规划路径。对集装箱从集卡装载到船舱整个过程的运行工况进行分析，分不同的阶段进行。第1阶段，小车不动，集裝箱开始从静止状态，上升到最大速度，集装箱垂直向上运动；第2阶段，小车由静止开始加速运行，同时起升继续上升，集装箱到达最高位置，集装箱是一个向上的曲线运动；第3阶段，小车继续运行，起升在高点停止动作，集装箱是水平运动；第4阶段，小车逐渐减速停止，同时起升从静止开始下降，集装箱是一个向下的曲线运动；第5阶段，小车运行停止，起升从最大速度减速为零，集装箱垂直向下运动。整个过程就是这样周而复始。2）防摇控制器设计。完善摆长模型，结合运行过程来进行检测，对小车速度进行切换，使得机器设备达到目标，保证吊具到达最高位置时，可以小车的位置也是在吊具的垂直正上方，进而不会出现桥吊摇晃的问题。

结语

综上所述，选择合适的防摇装置及防摇控制系统，减少桥吊作业时吊具摇晃的问题，提高码头的综合效率，同时也可以避免安全隐患的问题。

参考文献

[1] 倪青亮，瞿俊杰，刘韩臣 . 集装箱桥吊防摇控制措施 [J]. 设备管理与维修，2017，（11）：94-96.

[2] 付主木，高爱云，费树岷，普邑 . 集装箱桥吊多模型参考切换双闭环防摇控制 [J]. 机械工程学报，2011，47（23）：161-166.

（作者单位：南通振华重型装备制造有限公司南通分公司）