港口装卸机械 振华重工完成世界首创ABC岸边集装箱起重机方案设计

童 晖

港口装卸机械从业人员

行业自媒体人

lifteam@163.com

近期，振华重工联合Liftech推出的一款新型岸边集装箱起重机——自平衡升降式岸边集装箱起重机（Articulated Balance Crane）完成初步方案设计。新的岸边集装箱起重机概念称为自平衡升降式岸边集装箱起重机（ABC）作为传统A型门框岸边集装箱起重机结构的替代品。传统岸边集装箱起重机如轮压、防风系固载荷或大梁铰点的大量维护都是困扰港口用户的主要问题。

自1959年Liftech的创始人乔丹开发出第一台A型起重机结构以来，岸边集装箱起重机的尺寸急剧增加。然而，尽管外伸距需求增加到68 m以上（最大外伸距为80 m），起升高度高度要求扩展到48 m以上（最大起升高度为56 m），港口运营商仍然要求现在港口的100英尺（30.48 m）轨距岸边集装箱起重机大车缓冲器之间距离不超过27 m。在相同的占地面积上不断的增加起重机的结构，会显著增加迎风面积和大车轮压，特别是当前大梁处于锚定位置时，老码头通常会超出码头的许用轮压范围。

对于自平衡升降式岸边集装箱起重机，在现有的占地面积限制内，在不改变整个起重机金属结构和机械系统的情况下，将起重机质量降低约8%，并在起重机处于工作状态和非工作状态时，减少起重机轨道上的轮压高达15% 。

ABC具有细长前大梁，该前大梁延伸到起重机的陆侧腿，较短的岸边集装箱起重机后大梁部分在降低时保持水平，因为前大梁俯仰到仰起状态以便船舶净空和靠泊。

起升机构有不同的选择，包括使用与传统俯仰机构相同的主要部件的机械系统，但具有不同的钢丝绳缠绕系统，缠绕角度和滑轮布置。在海侧腿上，Liftech设想海侧腿上的大梁铰点类似于现在一些起重机制造商使用的大梁销轴连接，如果需要可以进行检查和更换。

其他设计特征包括用于将起重机大梁固定在仰起和水平位置的系统。 ZPMC设计制造了弗吉尼亚州提升梁式岸边集装箱起重机，其上部可升降，可以在ABC上使用类似的插销方法将梁固定到陆侧腿上以便锚定。

如今ABC设计与标准起重机设计的不同之处在于它使用了10个拉索系统而不是两个用于前大梁拉杆系统的H型钢部分。 Liftech认为，可以使用斜拉桥技术将更轻的电缆支撑结合到ABC设计中，而不会产生潜在的腐蚀问题，并且不会影响传统拉杆系统的刚度和挠度特性。

岸边集装箱起重机的起升高度和外伸距都有所增加，以适应不断增加的船舶尺寸，但起重机占地面积没有太大变化，特别是在岸边集装箱起重机大车运行方向上。 因此，由于岸边集装箱起重机侧向载荷导致的码头的垂直载荷显著增加，导致较大的工作载荷和非工作载荷，以及确保岸边集装箱起重机整机稳定性的防风系固上拔力。这个问题在台风区域非常明显，当一个码头想在老码头上排布较大的岸边集装箱起重机时，起重机大车轨道的许用轮压就显得非常有限，对于许多港口运营商来说，岸边集装箱起重机来说，岸边集装箱起重机前后大梁之间轨道接头的维护成本也是非常大的成本支出。

对于操作，ABC将与传统的岸边集装箱起重机类似作用。 对于锚定，细长的起重机前大梁和上部工作将作为一个单元围绕海侧支腿附近的铰点旋转，为船舶提供间隙，而机器房和缩短的后大梁陆侧面将保持水平但向下平移弧。给人印象是一台锚定状态的起重机，其重心较低，并且风载荷降低而致使倾覆力矩也降低。

新ABC概念的关键在于前大梁是连续的，从前大梁头部延伸到陆侧上横梁，而不是海侧上横梁。 在设计理念中，支撑机器房的较短的后大梁与前大梁和陆侧上横梁连接在一起，并由连接到海侧上横梁的平行连杆支撑。在ABC概念中，前大梁仰起，降低后大梁、机房，小车停靠在停车位。前大梁铰接在门框上，后大梁上的平衡支撑保证在前大梁仰起或下降过程中机器房和小车的水平。根据起重机的几何形状，后大梁、机器房和小车可以在靠近门框联系横梁位置锚定，大梁俯仰接近60°。在锚定位置，后大梁能够锁定在门框上，无论是陆侧门腿还是联系横梁处。在ABC概念中，前大梁的俯仰和后大梁的提升由标准的俯仰机构和陆侧机器房、后大梁、和陆侧上横梁之间的缠绕控制。RTT ABC，可以使用现在传统岸边集装箱起重机上的小车和起升机构设计。

除了后大梁的平行连杆支撑外，较长的前大梁设计是该概念的关键部分。 在ABC概念设计中，梯形架从双箱前后大梁的海侧铰点附近俯仰上升，并略微倾斜于陆侧，使得梯形架略微倾向海侧上横梁。在传统岸边集装箱起重机上，梯形架是固定在门框横梁上的。高侧向载荷来自后大梁传递给海侧上横梁，并通过门框结构传递给门框撑管。为了抵抗高弯矩，ABC海侧上横梁设计为桁架而不是典型的箱梁。 桁架横梁和更轻的前大梁的另一个好处是，起重机在大车运行方向上在外伸距位置处的侧向偏移预计将小于标准岸边集装箱起重机的偏移。

在ABC概念中，梯形架与前大梁的连接意味着它们随着前大梁旋转，并且当前大梁俯仰时，支撑前大梁的海侧拉杆部分不再需要折叠，这一点与传统的岸边集装箱起重机不同。在大梁锚定位置，梯形架顶部横梁就靠近路测上横梁。前大梁类似于被梯形架拉起来的斜拉索大桥。

ABC概念使用多个拉索来拉起前大梁，五组钢拉索拉起海侧前大梁，两组拉索拉住陆侧前大梁部分。在标准岸边集装箱起重机上采用两组重型H形钢。使用多个斜拉索会使得单位长度上的大梁结构更加轻巧，估计10个拉索的总质量和4根传统H形钢的总质量相当。

在早期的岸边集装箱起重机上，也曾用前大梁拉索拉起岸边集装箱起重机上的前大梁结构，但由于担心腐蚀和下挠，在20世纪70年代不再使用。 从那时起，在斜拉索和端部结构的的设计和构造方面取得了重大进展。 特别是开发出用于斜拉桥的高密度全封闭斜拉索，其比标准钢丝绳明显更硬，并且具有耐腐蚀的端部结构和涂层。

在相同的设计标准下，ABC应该更轻，并且应该具有改进的质量分布，更小的车轮负载和用于非工作状态的防风系固载荷，以及更小的海侧工作载荷。 ABC可能会有稍高的陆侧工作轮压，但陆侧车轮载荷应控制设计，应小于传统岸边集装箱起重机。ABC总质量可以比标准岸边集装箱起重机轻约8%，并且海侧前大梁结构将轻20%。 计算还表明，降低大梁，机器房和海侧梯形架也减少了非工作状态下的车轮轮压并提高了稳定性。附表显示了RTT ABC概念和标准岸边集装箱起重机的极限应力法（ASD）轮压和（LRFD荷载抗力系数设计法计算的系固载荷的比较。

ABC concept relative to standard STS crane Service wheel loads Tie-down-loads Operating Storm Waterside 15% lower 15% lower 20% lower Landside 7% higher 15% lower 5% lower

预计RTT ABC概念的小车行进方向刚度与标准岸边集装箱起重机的小车行驶方向刚度相当。 计算表明，外伸距在大车行走方向上的横向变形将比标准岸边集装箱起重机的横向变形小约30%。 ABC概念推广的垂直偏差将高于标准岸边集装箱起重机，但预计符合正常的行业标准。