50t起重机变幅系统结构设计（钢绞线式新型岸边集装箱起重机抬高装置设计）

50t起重机变幅系统结构设计（钢绞线式新型岸边集装箱起重机抬高装置设计）1 技术内容该技术是在岸桥加高领域上的又一次重大创新，是对链板顶升式岸桥抬高装置的一种转型升级，是对岸桥传统的浮吊加高方式的一次颠覆。直接针对重型岸桥（2 000 t 以上），可在岸桥任意位置截断，对岸桥进行任意加高。图1 新型抬高装置在美国洛杉矶WBCT 码头加高0 引言以往行内常用的方法是浮式起重机（以下简称浮吊）加高，通过运输船将旧的岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）从用户码头搬回岸桥制造基地，用浮吊吊装方式对旧岸桥进行加高改造。拆除旧岸桥前后大梁总成与立柱的连接，用大型浮吊将岸桥上部结构吊至已制作好的加高段上，将岸桥上部结构与加高段对接，再整体吊起上部结构及加高段，与岸桥下部结构的立柱对接成一体，最后再将加高后的旧岸桥用运输船运到用户码头[1]。采用浮吊加高法虽在技术上可行，但由于从用户码头搬运旧岸桥到岸桥制造基地需花费高昂的运费及旧机海运绑扎费用，运输船停靠用户码头也会挤占码头的正

李 辉 冯腊初
上海振华重工（集团）股份有限公司 上海 200120

摘 要：随着集装箱运输船舶日益向大型化发展，岸边集装箱起重机的高度也需适应新形势的要求。为此，研制出一套链板顶升式岸边集装箱起重机抬高装置。为了适应市场旺盛的加高需求，弥补第一代抬高装置在使用范围上的不足，有效提高装置的适应性，又开发了一套适用范围更广、加高效率更高的一种全新的钢绞线式新型岸边集装箱起重机抬高装置，并就技术内容、设计计算、具体实施方式等进行了详细叙述。

关键词：岸边集装箱起重机；钢绞线；抬高装置；设计

中图分类号：U653.921 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2020）07-0036-06

0 引言
以往行内常用的方法是浮式起重机（以下简称浮吊）加高，通过运输船将旧的岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）从用户码头搬回岸桥制造基地，用浮吊吊装方式对旧岸桥进行加高改造。拆除旧岸桥前后大梁总成与立柱的连接，用大型浮吊将岸桥上部结构吊至已制作好的加高段上，将岸桥上部结构与加高段对接，再整体吊起上部结构及加高段，与岸桥下部结构的立柱对接成一体，最后再将加高后的旧岸桥用运输船运到用户码头[1]。采用浮吊加高法虽在技术上可行，但由于从用户码头搬运旧岸桥到岸桥制造基地需花费高昂的运费及旧机海运绑扎费用，运输船停靠用户码头也会挤占码头的正常作业时间，搬回制造基地后还需动用大型浮吊资源，且有些老旧设备存在年头长、结构弱等缺陷，通过海运运到制造基地具有很大风险。因此，这种加高方法除距岸桥制造基地很近的用户采用外，其他用户很少考虑，远隔重洋的欧美国际用户更难以实施。

自2009年第一代链板顶升式抬高装置的研制成功，因其不需将岸桥运回制造基地，不占用码头泊位，也不需对码头进行特意加强及分载，而是直接作用于旧岸桥的下横梁，原地举起岸桥上部结构，对岸桥进行加高改造 [2]，越来越得到行业用户的追捧。岸桥加高高度和截腿位置都不尽相同，大多用户提出的加高要求用第一代链板顶升式抬高装置都可以满足，但也有些用户提出的要求难以做到，他们要求的加高高度、截腿位置更高，抗风能力更强，这些岸桥因种种原因截断面位置无法设置在岸桥的立柱底部，而是上提到立柱中部的联系横梁附近，由此造成第一代抬高装置有效加高高度的降低，其7.5 m（3 个标准集装箱）的最大抬高高度不是任何场合都能实现。受立柱截断位置限制，岸桥立柱截断位置越高则岸桥的可加高高度就越低，且第一代抬高装置由于结构刚性较大，为保证链板的受力均匀，对提升支架等各部件制造精度要求都很高，制造精度的控制上比较困难。基于此，原开发的链板顶升式抬高装置难以满足这部分用户的实际需求，需要再开发出一套能满足这些要求的新型抬高装置，于是另一种新型岸桥抬高装置—钢绞线式抬高装置应运而生。

新钢绞线式抬高装置有效地解决了第一代抬高装置所面临的截断面高的瓶颈问题，极大提高了抬高作业的抗风性能，满足了用户的各种岸桥加高需要，在岸桥加高范围上突破了旧有的限制，保住了客源，具有极高的经济价值。新装置具有适应性更广、效能更高、安装与调试更容易、维护和保养更方便的特点。图1 为新型钢绞线式抬高装置在美国洛杉矶WBCT 码头首次进行加高作业的现场照片。

图1 新型抬高装置在美国洛杉矶WBCT 码头加高

1 技术内容
该技术是在岸桥加高领域上的又一次重大创新，是对链板顶升式岸桥抬高装置的一种转型升级，是对岸桥传统的浮吊加高方式的一次颠覆。直接针对重型岸桥（2 000 t 以上），可在岸桥任意位置截断，对岸桥进行任意加高。

该技术原理清晰明了，具有很强的操作性；实用性强，可以运用到多种类似场合；加高高度可以随意改变，能适应各种需求；抬高装置直接作用于岸桥下横梁，不受码头承载限制；装置可重复利用，基本适应所有岸桥，对于不同的场合，只需通过少量的修改就能投入使用。新型钢绞线式抬高装置底部可任意接高，不受岸桥立柱截断面的限制，可很好的解决第一代抬高装置所遇到的加高瓶颈问题，能进行各种类型的岸桥加高。如美国洛杉矶码头、美国新泽西码头，需要在立柱联系横梁处进行截腿，第一代链板顶升式抬高装置对此无能为力，此时，新型钢绞线式抬高装置就派上了用场，新抬高装置采用在提升支架下部安装接高段垫高，使提升挑梁能在提升支架底部与岸桥立柱上的牛腿对应，将岸桥加高高度控制在抬高装置有效行程内，不受截腿位置限制，满足了用户的要求。同时新装置在旧装置的基础上，结构用钢量减轻了约100 t，自重得以大幅降低。

该新技术方案硬件主要由350 t 液压缸8 件、液压泵站4 组，钢绞线8 根[3]、压梁2 件、挑梁2 件、提升支架2 件、提升支架稳定撑4 件以及立柱牛腿4 个等部分组成，最大抬高能力为2 800 t。

图2 为钢绞线式抬高装置各大硬件相互布置关系示意图，提升支架是承受重压的主体，它的底端固定在压梁上。钢绞线提升系统固定在提升支架上，其下端（固定端）与提升座固定联接。钢绞线是整个提升中传递力的纽带，它穿过提升座及托梁，且每两条钢绞线组成一组，平行放置，它们的一端与底部托梁锚固，另一端在顶部提升座上方处于自由状态，通过钢绞线支架对其进行导向，防止钢绞线散乱。钢绞线在液压缸的控制下可以将挑梁自由提起。挑梁处于提升架内部，其两端通过牛腿与岸桥立柱联接，以实现对岸桥上部结构的提升。

新型钢绞线式抬高装置对比第一代链板顶升式抬高装置的优点有：1）新型抬高装置的钢绞线相对于第一代抬高装置的链板刚度小，传力更均匀，不容易出现偏载状况，对制造精度的要求低，更方便批量制造。2）新型钢绞线式抬高装置的两个压梁压在岸桥的海、陆侧下横梁上，压梁设计成标准节段，通过中间节与首尾节连接，仅通过调整中间节的长度就可实现抬高装置对不同轨距岸桥的适用，在受力上不受岸桥轨距变化的影响，箱体式压梁在安装上也更加方便。3）新装置的提升支架与压梁间可通过加高段任意调整高度，不受岸桥立柱截断位置的限制。4）新装置的稳定扶强角度保持不变，不会因提升支架的上移对受力产生影响。5）新装置加高高度更高，达9 m 有效高度（4 个标准集装箱），适用性更强。6）新装置结构更简单，质量更轻，安装更快捷。7）新装置原理更清晰，控制更容易，维护更方便。应用于美国洛杉矶WBCT 码头岸桥加高的新型钢绞线式抬高装置，在近联系横梁处的立柱进行截断，由于截断位置高，第一代链板式抬高装置在其有效行程内无法满足此岸桥的加高要求。应美国用户的要求，新型抬高装置在运往美国加高现场前需先在试验岸桥上进行试验。在美国用户的见证下，新型抬高装置成功的将2 200 t 的重型岸桥抬起，试验获得了用户的认可。

图2 新型抬高装置各大部件图

2 计算及附图说明
1）针对新型钢绞线式抬高装置作业工况计算，需根据加高岸桥不同部位的风荷载系数来确定其风荷载。图3 为岸桥在风荷载下的基本坐标模型。风对受风物体产生的风压公式为

式中：q 为工作状态计算风压，V 为计算风速 [4]。工作状态的风压为：q ＝ 0.613V 2 ＝ 245 N/m2，风速v ＝ 20 m/s；暴风状态的风压为：q ＝ 0.613V 2 ＝1 532 N/m2，风速 v ＝ 50 m/s。

表1、表2 分别为岸桥各部件根据不同高度的受风形状系数，在风速垂直于岸桥大车和平行于岸桥大车两个方向计算下来的风荷载结果。

对于起重机结构中所使用的单根构件，风载荷的计算式为

式中：F 为风载荷，A 为所讨论结构部分的有效迎风面积，q 为与相应设计工况对应的风压，Cf 为所讨论结构部分沿着风向的风力系数[5]。

图3 岸桥受风荷载示意图

2）根据抬高荷载和环境荷载进行有限元分析。
①抬高机构主体结构 图4、图5 分别为抬高装置在进行抬高作业时的应力、位移计算结果。由图4 可知，抬高装置的最大应力为255 MPa，小于许用应力313MPa，应力满足要求；由图5 可知，抬高装置的最大位移为35 mm，小于许用变形为125 mm，满足要求。

图4 抬高装置作业应力分析

图5 抬高装置作业位移分析

②岸桥立柱 牛腿 图6、图7 分别为岸桥立柱和牛腿在进行抬高作业时的应力、位移计算结果。由图6可知，抬高装置的最大应力为206 MPa，小于许用应力313 MPa，应力满足要求；由图7 可知，抬高装置的最大位移为36 mm，小于许用变形为100 mm，满足要求。

图6 岸桥立柱与牛腿应力分析

图7 岸桥立柱与牛腿应力分析

3 具体实施方式
1）岸桥立柱加高段及结构加强件提前制作、准备到位。
2）将需加高岸桥移至码头指定加高作业位置。
3）切断码头与岸桥的高压供电，拆除相关电缆、电梯轨道标准节、齿条，切断斜梯和立柱内直梯，搭设加高段安装工艺平台。
4）岸桥下部结构与码头锚定坑锚固。
5）测量岸桥联系横梁水平度。
6）在岸桥立柱上指定位置安装牛腿。
7）安装抬高装置主体结构，包含压梁、顶升支架、加高支架、挑梁、钢绞线提升系统等。
8）如图8 所示，安装钢绞线提升系统钢丝，检查提升系统线路、零部件、限位，连接控制系统，进行设备综合调试。

图8 钢绞线提升系统示意图

9）选择适宜天气进行岸桥的抬高作业。切断岸桥立柱，岸桥上部结构抬升，到位后吊装立柱加高段，定位并与岸桥立柱焊接固定，岸桥进行结构加强。
10）作业完成后拆除抬高装置。
11）岸桥加高后恢复调试；直梯、斜梯、电缆等对接；电梯轨道支架、轨道标准节和齿条加长段安装；连接大车等区域拆卸的机、电、液控制线路；调整高压卷盘及电缆；恢复岸桥的高压供电；检查相关线路和电器元器件的装配情况，进行限位调整和程序调试。

12）岸桥加高后按要求试车、验收及移交用户。

4 结语
1）新型抬高装置安装方便，质量轻，使用熟练后加高速度也可大幅提高，运输方便，与传统浮吊加高和旧式链板抬高装置相比较效益明显；

2）新型装置抬高质量大、高度高，可在底部对接垫高，对岸桥立柱截断位置无限制，抗风能力强，突破了各种技术障碍，能适用于绝大部分岸桥，能加高国外不能加高的岸桥，具有极强的竞争力。该新型钢绞线式抬高装置主要是用来对岸桥类产品进行加高，后续也可根据市场需求开发出针对轨道吊产品、场桥产品的抬高装置。

参考文献
[1] 李森，余良辉，周维，等. 起重机加高装置及方法[P].CN.ZL 2013 1 0130449.5.
[2] 李辉. 桥吊上部结构抬高技术研究[J]. 中国水运，2011(8)：28，29.
[3] 卞永明，范基，郑飞，等. 计算机控制整体提升技术在大型空间钢结构工程中的应用[C]. 第十届空间结构学术会议论文集，2002(12)：797-805.
[4] GB/T 3811-2008 起重机设计规范[S].
[5] F.E.M 标准 欧洲起重机械设计规范[S].