大跨度门式起重机运行偏斜问题分析

摘  要：门式起重机主要用于装卸作业，包括室外货场、散货以及料场货的装卸，其作业范围较大，可适用于多种作业场景。门式起重机整体结构为金属结构，外观形似门形框架，可以直接在地面轨道上移动，在实际使用过程中，受起重量、各系统性能、材料等多种因素影响。实践证明大车在运行过程中易出现偏斜问题，进而影响起重机正常作业。本文结合实际案例，对大跨度门式起重机运行偏斜问题，研究导致其偏斜问题的原因，并探讨了改善大跨度门式起重机运行偏斜问题的措施，为类似问题的解决提供参考。

关键词：门式起重机;运行偏斜;基本原理;原因分析;纠偏

⦁ 中图分类号：U673   文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2019）05-0000-00

当前，随着我国各行各业的发展，大跨度门式起重机应用范围越来越广，但是其运行偏斜问题长期得不到解决，这严重影响了作业效率。研究发现导致偏斜问题的原因比较复杂，跨度增大导致门式起重机刚性变小、大车传动机构转速误差增大，由此造成运行偏斜等问题。目前大跨度门式起重机都安装了自动纠偏系统，但是在实际运行过程中，需要减速纠偏，如果偏差大于起重机跨度的3/1000会导致起重机停止运行，严重影响作业效率。

1案例分析

某造船公司目前使用的是一台160t、跨度70m的大跨度门式起重机，使用时间不足两年，但是起重机大车行走出现严重偏斜，无法正常作业。该公司邀请门式起重机生产厂家、相关专家以及安装单位共同对该问题进行研究，经现场论证，并未得出确切的结论，使得该问题长时间得不到解决。出现此问题后，门式起重机无法正常运行，因此导致企业生产停滞，造成了巨大的经济损失。

经实地了解情况后，发现起重机在运行过程中，大车行走系统一侧支腿随着起重机的运行会与另一侧支腿产生700mm的偏斜，其已远远超过起重机跨度的3/1000。同时刚性支腿南面的上下平衡梁扭曲不在同一垂直线上，起重机整体结构出现了几何位置改变，因此导致起重机无法正常运行。

2门式起重机运行偏斜问题原因分析

导致门式起重机运行偏斜问题的原因比较复杂，笔者根据实践经验对此进行了总结，基本涵盖八个方面。其一是门式起重机跨度变大导致起重机的刚性变小;其二是小车位置向柔性支腿或者刚性支腿一侧偏斜，进而导致两边的负荷不均衡;其三是大车车轮存在加工误差或者在长期运行过程中磨损较大，导致两车车轮直径出现差异;其四是刚性支腿与柔性支腿结构在启动或者制动时不同步;其五是大车传动机构的转速存在误差;其六是大车轨道安装时，高低与平行度存在误差，进而导致两侧支腿运行时阻力存在差异;其七是大车两侧支腿驱动电机的输出特性存在一定的差异，包括转矩、转速等;其八是大车电传动机构的安装存在误差。

在上述因素中，前两项因素属于不可抗拒因素，从门式起重机的设计、制造到安装以及后续运行阶段都无法人为的改善对于起重机刚性支腿以及柔性支腿的偏斜问题。其中后五项因素则属于可控因素，在门式起重机制造以及安装阶段，可以通过提升加工制造的精度以及质量，提升安装精度降低误差，改善起重机运行偏斜的问题，但是依然无法有效保证门式起重机在运行过程中不出现偏斜问题[1]。

关于大跨度门式起重机运行偏斜的问题，很多人都对此进行了研究和试验，采取了多种方法，比如装置水平轮、增加车架整体水平刚性、润滑轨道侧面以及车轮边缘、提升车轮的安装精度、短时间断电纠偏等，但是实际效果相对有限，并不能彻底解决问题。要有效改善这一问题，同时又要避免频繁的人工操作以及暂停门式起重机运行，最佳方式仍是安装自动纠偏系统。

3大跨度门式起重机自动纠偏系统

3.1自动纠偏的基本原理

大跨度门式起重机自动纠偏系统主要是利用控制器实时计算起重机运行偏斜量，并自动进行调整刚性支腿或者柔性支腿行进速度或者位置，从而使两侧支腿运行的偏斜量保持在合理范围内，即门式起重机跨度的3/1000以内[2]。大跨度门式起重机自动纠偏系统的主要构成包括驱动装置、测量传感器主控制器、触摸屏以及自动控制器。

其中测量传感器由角度传感器、绝对值编码器、增量编码、接近开关构成。自动控制器主要是依赖于PLC，一般小型的PLC基本就可以满足控制需求，如果需要提高控制精度，可以考虑采用中型PLC。触摸屏主要是显示系统各项信息以及控制参数，触摸屏需要与PLC连接，并将系统状态信息以及控制参数储存在PLC存储器当中。驱动装置一般意义上指的是电动，如果采用的是变频控制则还需要增加变频器。主控制器主要的作用是传输起重机运行的信息，然后有自动控制器作出控制动作，其可以选择单独控制，也可以选择联动控制，主要满足传递信号的需求即可。

大跨度门式起重机自动纠偏系统在运行过程中首先有测量传感器测量起重机刚性支腿与柔性支腿运行速度以及位置，并将数据传输至自动控制器，然后自动控制器自动计算当前其中运行的偏差是否需要进行纠正，如果需要纠正则计算出纠正的方向以及纠正程度，同时根据这些数据向驱动装置传输控制命令，适当的加速或者减速，进而使起重机刚性支腿与柔性支腿运行的偏差控制在起重机跨度的3/1000之内[3]。自动纠偏系统运行流程图如图1所示。

图1大跨度门市起重机自动纠偏系统运行流程图

3.2自动纠偏方法

不同的纠偏系统采用的纠偏方法可能存在一定差异，但是其纠偏原理基本一致，实际区别主要是测量门式起重机刚性支腿以及柔性支腿运行速度以及位置的方法存在差异，目前比较常用的方法包括以下几种。

（1）在門式起重机刚性支腿与柔性支腿的两侧电动机轴亦或车轮上位置安装编码器，起重机在运行时，编码器会与电动机轴亦或车轮轴同步运行，然后以编码器记录的运行数据计算起重机刚性支腿以及柔性支腿之间的偏差。（2）在起重机柔性支腿顶部位置安装角位移传感器，在起重机运行过程中测量起重机柔性支腿与主梁之间的夹角，然后以此计算出起重机刚性支腿与柔性支腿之间的偏差[4]。（3）利用香蕉摩擦轮驱动旋转编码器测量起重机刚性支腿与柔性支腿在起重机运行过程中行走的距离，以此计算出起重机刚性支腿与柔性支腿之间的偏差。（4）在起重机大车运行的钢轨旁安装若干个感应电，以接近开关测量起重机刚性支腿与柔性支腿经过感应的次数以及经过的时间差计算起重机刚性支腿与柔性支腿之间的偏差。

3.3優劣势分析

上述四种方式，各有优劣，在实际使用过程中需要根据门式起重机的实际情况进行选择。其中第一种测量方式比较简单，投入成本较低，安装编码器即可实现，但是采用这种方式的前提是两侧车轮的直径一致。第二种方式看似比较直观，若夹角超过这低于90°时即可判定起重机刚性支腿与柔性支腿之间存在偏差，但是在实际使用过程中，柔性支腿和钢梁间在垂直与水平方向上都可能存在夹角，因此计算起来比较复杂，难以确保计算结果的精确度。第三种方式以香蕉摩擦轮去驱动旋转器编码器测量起重机刚性支腿与柔性支腿在起重机运行过程中行走的距离，其测量精度更高，即便两侧车轮的直径存在误差也能确保测量结果的精确度[5]。第四种方式操作比较简单，投入成本也比较小，其实际测量精度与钢轨两侧的感应点密度有关系，其局限之处在于只能测量位置数据，无法获取运行速度数据，同时如何条钢轨旁的感应点在垂直于钢轨方向上一一对齐也是安装时的一个难题，在实际操作中难以解决。

从上述分析来看，以第三种方式的性价比最高，不仅可以有效保证测量精度，同时也能获取位置数据以及运行速度数据，在本案例中设计采用的自动纠偏系统就采用第三种测量方式，经过实际检验，可以有效改善门式起重机运行偏差的问题，减少了人为纠偏操作，同时也降低了运行偏差问题造成的影响，保证了门式起重机的正常作业。

4结语

综上所述，大跨度门式起重机运行偏斜问题对于起重机正常运行作业会产生严重影响，本文具体分析了导致偏斜问题的因素，并具体分析了起重机运行纠偏系统的基本原理，并分析了四种测量方式的优劣，根据本案例的实际情况选择了第三种方式，有效改善了起重机运行偏差的问题。

参考文献

[1]徐广红，陈兵，屈小章.基于动力学理论起重机水平偏斜载荷性能分析[J].机械设计与制造2016（8）：228-231.

[2]郑长亮.桥式起重机大车偏斜运行时水平侧向力的危害与控制[J].时代农机，2014（8）：132-133.

[3]徐伟锋，宋兴海.纠偏控制技术在桥、门式起重机中的应用[J].起重运输机械， 2014（01）：73-74.

收稿日期：2019-06-08

作者简介：周靖（1980—），男，湖北南漳人，本科，工程师（机械），研究方向：港口机械设备制造安装、运输工艺设计编制。

Analysis of The Deviation of The large Span Gantry Crane

ZHOU   Jing1，2

（1.Shanghai Zhenhua heavy industry harbor machinery General Equipment Co.， Ltd.， Shanghai  200125;2.Shanghai Zhenhua heavy industry （Group） Zhangjiagang Port Machinery Co.， Ltd.， Suzhou  Jiangsu  215633）

Abstract：Gantry crane is mainly used for loading and unloading operations， including loading and unloading of outdoor freight yard， bulk cargo and stock yard cargo， with a wide range of operations， which can be applied to a variety of operation scenarios. The overall structure of the gantry crane is metal structure， and its appearance is similar to the portal frame. It can move directly on the ground track. In the actual use process， it is affected by many factors such as lifting capacity， system performance， material， etc. Practice has proved that the crane is prone to deflection during operation， which will affect the normal operation of the crane. Combined with practical cases， this paper studies the causes of the deviation of the large-span gantry crane， and discusses the measures to improve the deviation of the large-span gantry crane， so as to provide reference for solving similar problems.

Key words： gantry crane;operation deviation;basic principle;cause analysis; deviation correction