基本介紹
- 中文名：高架起重機
- 外文名：Overhead crane
- 類屬：起重機
- 分類：臂架型起重機和橋架型起重機
- 作用：吊運成件物品
- 別稱：吊車
簡介,主要結構特點,主要機構,主要結構件,動力系統,液壓系統原理,行走液壓系統,支腿液壓系統,變幅液壓系統,電氣系統原理,總結,
簡介
高架起重機( Mobile harbor crane，以下簡稱MHC) 主要用於碼頭裝卸區域的貨櫃、散貨、件雜貨和大件裝卸。該產品適應於多種作業工況， 貨櫃( A7 ) 、抓鬥( A8 ) 、件雜貨( A6) 、大件( A3) 。主要運行機構包括: 起升、變幅、迴轉、行走、支腿伸縮與頂升等。
該類產品因效率高、適應性強、自重輕、能耗低，智慧型化程度高，在歐洲、東南亞、中東、非洲的各類港口得到廣泛的運用，年市場容量200台左右，年產值約60 億人民幣，90% 份額主要由2 家國外起重機製造企業占有，國內還未有企業進入該領域，對此類設備開展設計及製造的技術研究具有重要的產業意義。
主要結構特點
相對於其他港口單臂架起重機，其主要的特點有:
1) 各輪獨立液壓驅動的輪胎式運行機構，實現多工況行走模式;
2) 液壓缸變幅機構，降低設備自重、提升變幅速度及穩定性;
3) 轉台位置下移，臂架鉸點上移至立柱中段，使整機獲得更好的穩定性，貨物水平跳動，同時簡化轉台受力狀態;
4) 司機室從轉台移至立柱上，操作人員獲得更好的視野;
5) 採用柴油發電機組及電纜卷盤的雙動力系統，降低在裝卸作業時的能耗。
主要機構
行走機構採用8 套獨立液壓驅動、懸掛的模組化車輪組。每套主要由迴轉驅動器、懸臂、懸臂液壓缸、連線臂、車橋、輪胎、液壓元件組成，最大靜載35 t，可實現± 135° 迴轉、垂直方向± 250 mm 緩衝、車橋左右± 6°偏擺等功能。獨立的迴轉與行走控制可使MHC 獲得的自迴轉、斜行、橫行、前後軸轉向及八字轉向等多種靈活的場內運行模式，使起重機能在碼頭前沿較小的空間內發揮能力，是設備轉場及靈活性的重要保證。
起升機構是典型的鋼絲繩卷揚機構，主要由電機、聯軸器、雙聯捲筒及雙制動器等組成，適應多工況下起重量及速度的組合。最佳化的滑輪補償設計將變幅範圍內的貨物水平軌跡高度差控制在630 mm。
為了獲得快速穩定的速度，降低設備自重，變幅機構採用了液壓缸變幅的技術方案。液壓缸最大承載能力達到130 t，變幅機構的動力由設定在轉台的液壓泵站提供。
迴轉採用雙行星減速器、內嚙合齒輪傳動。在正常作業時需將整機頂起，支腿採用典型的側向伸縮式H 形布置，主要由伸縮梁、頂升液壓缸、支撐墊板組成。
主要結構件
底盤和轉台為箱形結構，立柱為板梁結構，臂架為倒三角截面的桁架結構。為了滿足港口繁忙的作業工況，整機結構在強度、剛度、疲勞等方面都進行了詳細的分析計算。同時，為了降低整機自重及控制合理的成本，結構件中使用了HG70、HSM770 等高強度鋼材。
1) 底盤在重載最大幅度工況下，考慮風載及外擺、側擺，最大應力為339. 3 MPa，位於支腿上翼板接觸處; 在帶吊具行走時，考慮風載及側擺，最大應力為287. 7 MPa，位於車橋腹板與翼板連線處。
2) 轉台和立柱在重載最大幅度工況下，考慮風載及內擺、側擺， 最大應力為314. 7 MPa，位於轉台圓筒與下翼板連線肘板端部。
3) 臂架在重載最小幅度工況下，考慮內擺、側擺，最大應力423 MPa，位於臂架下鉸點主弦管與支座連線處。
動力系統
為適應港口對降低能耗及排放的要求，採用雙動力系統並對各機構的驅動方式進行最佳化。電纜卷盤布置在車架尾部，使用動力收放纜，可在100 m 範圍內從接線箱快速插拔取點。柴油發電機組布置在轉台左側，安裝在集成式的整體動力房內，機組採用Perkins 工業型、水冷式、四衝程、電子控制直噴式、渦輪增壓柴油發動機，搭配Stanford 發電機，額定輸出功率可達620 kW。若設備在碼頭前沿有接電箱的區域作業，可直接通過設備自帶的電纜卷盤上電，驅動起升、迴轉、液壓泵站電機，泵站為支腿頂升及變幅機構提供動力，此時柴油發動機組不開啟。
液壓系統原理
液壓系統主要負責控制行走、變幅、支腿頂升與伸縮等執行機構動作。其中，行走採用閉式液壓迴路控制，其餘採用負載敏感開式液壓迴路控制，最大限度地降低了整車使用能耗。動力是由1 台132 kW 交流電動機驅動3 台液壓泵組成的動力源，大車行走和臂架變幅分別由單獨的閉式液壓泵和負載敏感液壓泵供油，其餘執行機構共用1 台負載敏感泵。
行走液壓系統
由閉式液壓泵帶動行走液壓馬達組成的液壓閉式迴路，通過速度感測器檢測大車行走速度和壓力感測器檢測液壓系統工作壓力; 形成速度電氣閉環和壓力電氣閉環控制，保證行走過程中合理的功率匹配，爬坡坡度為5%。
大車轉向採用分模式控制( 包括原地轉向、橫行、斜行、八字轉向等) ; 以第1 組車輪轉向角度為參照，通過電比例控制技術和絕對值編碼器實時地精確反饋形成的電比例閉環控制，以保證每組車輪的轉向角度精確無誤。懸掛分4 點控制和3 點控制，可通過電控進行切換。頂升和下降操作採用4 點控制，行走過程採用3 點控制，通過液壓缸自動伸縮補償地面不平度。
支腿液壓系統
頂升分為自動控制和手動控制: 自動控制通過電比例控制技術和電子水平儀信號反饋，保證自動升降過程中車身水平。手動控制通過車身側的控制按鈕，可以單獨控制單個支腿升降。支腿伸縮通過行程開關實現位置控制。
變幅液壓系統
採用高頻電液伺服來控制變幅液壓缸的伸縮，利用電比例手柄輸出信號控制電磁伺服閥，可實現高回響、高精度控制，手柄上設有點動和微動按鈕，能實現精確控制。液壓缸底部設有壓力感測器，可實時監測負載變化，並有超壓報警功能。
電氣系統原理
電氣系統採用高性能西門子PLC 和三一控制器SYMC 組成分散式控制系統。起升、迴轉、變幅等機構均採用ABB 交流變頻矢量控制技術; 行走、變幅等機構採用液壓伺服控制技術。
MHC 配置有轉台電氣房，電氣房內安裝主要的電氣控制和驅動部件，配置設備監控CMS 系統。上下轉台分別配置司機室，均配備故障診斷系統。MHC 不但配置了前沿高端電氣控制驅動硬體，而且具有8 項關鍵智慧型化自動化的控制技術。
1) 起升鋼絲繩防搖技術。採集設備作業時鋼絲繩擺動軌跡參數和負載變化曲線，利用智慧型控制算法實現運行過程中的限制起升鋼絲繩搖擺幅度和運行停止後迅速將鋼絲繩搖擺降低。
2) 垂直提升協助技術。使鋼絲繩在提升時能保持垂直狀態，防止貨物在提升過程中與其他設備發生碰撞。
3) 吊具全迴轉自動跟隨技術。保證貨櫃與岸線平行，節省裝卸貨櫃時的調整時間和提高貨櫃裝卸效率。
4) 點到點記憶工作技術。自動循環執行重複性作業，工作效率大大提升。
5) 雙機協同作業技術。一個操作手可以同時操作2 台設備，保證雙機在調運超大物件時起升、變幅、迴轉動作平穩，速度協調一致。
6) 車架支撐自動平衡系統。保證設備工作時整機處於水平狀態，避免由於碼頭地面不平造成起吊時車身傾斜而出現側翻。
7) 動態防撞技術。臂架操作空間內全方位防止MHC 與其他物體相撞。
8) 設備故障診斷技術、設備GPS 監控與ECC遠維技術。實現本地、遠程設備的監控與維護。
總結
64 t /40 m 移動式港口高架起重機的研發為此類產品的系列化開發積累了經驗和基礎數據，推動此類產品的國產化進程，並將會把相關先進的設計理念和控制技術引入到類似的門座起重機類產品中，將對產品性能的提升起到積極的促進作用。在後續的產品開發過程中，還有大量的工作待開展。重點需開發負載能力達120 t、200 t 的2種母型機，通過試驗完善各項控制技術，最佳化起升速差以提升效率，降低設備自重等。
