大面积设备故障或者停工,对正常运营产生严重的影响㊂洋山有线网络及Vlan的设计严格地遵守了依据设备区域㊁适用人群和功能区域进行划分和隔离,保证不相关的设备与人员之间的逻辑隔离㊂同时也保证网络有范围性的分隔,有效地控制了网络安全边界与网络故障波及范围,达到了工控网络安全的标准㊂8㊀结语洋山深水港四期自动化码头在2018年突破200万TEU吞吐量,作业效率提升30%,作业人员减少70%以上㊂在提升作业效率的同时,大大减少了人力成本,改善了工作环境㊂洋山深水港四期自动化码头智能系统和装备关键技术的应用,实现了我国大型自动化集装箱码头生产管理系统的自主化和港口装备技术的升级迭代,为我国港口转型升级发展提供了技术保障,为促进智慧港口㊁平安港口和绿色港口的建设提供了重要支撑㊂参考文献[1]㊀刘广红,韩时捷,何继红,等.洋山深水港四期全自动集装箱码头设计创新[J].水运工程,2018(6):189-194.[2]㊀吴沙坪,何继红,罗勋杰.洋山深水港四期自动化集装箱码头装卸工艺设计[J].水运工程,2016(9):159-162.[3]㊀刘广红,程泽坤,罗勋杰,等.洋山深水港四期工程全自动化集装箱码头总体布置[J].水运工程,2016(9):46-51.[4]㊀罗勋杰.全自动化集装箱码头关键装备技术与发展[J].港口装卸.2019(1):1-5.[5]㊀刘广红,程泽坤,林浩,等.自动化集装箱码头总体布局模式对比分析[J].水运工程.2016(9):14-18. [6]㊀罗勋杰.全自动化集装箱码头水平运输方式对比[J].水运工程.2016(9):76-82.王岩:200125,上海市浦东新区东方路3261号收稿日期:2019-08-21DOI:10.3963/j.issn.1000-8969.2019.05.001轮胎式集装箱龙门起重机参㊀数㊀及㊀配㊀置㊀选㊀择孙玉福㊀张华妹㊀陶黎明上海振华重工(集团)股份有限公司㊀㊀摘㊀要:轮胎式集装箱龙门起重机趋于大型化㊁高速化㊁智能化,导致设备重㊁购机及运维成本高㊂总结轮胎式集装箱龙门起重机设计制造经验,提出参数选择及合理配置建议,以达到经济适用㊁安全可靠㊁维护方便㊁环境友好的目的㊂㊀㊀关键词:RTG;参数;配置Parameters and Configuration Selection of Rubber Tyred Container Gantry CraneSun Yufu㊀Zhang Huamei㊀Tao LimingShanghai Zhenhua Heavy Industries Co.,Ltd.㊀㊀Abstract:Because of the trend of large scale,high speed and intellectualization,rubber tyred container gantry crane will lead to heavy equipment,high cost of purchase and operation and maintenance.In this paper,experience of design and manufacture of rubber tyred container gantry crane is summarized,and suggestions on parameter selection and rational allo-cation are put forward.So the purpose of economic application,safe use,convenient maintenance and environmental friendli-ness can be achieved.㊀㊀Key words:RTG;parameter;configuration51㊀引言轮胎式集装箱龙门起重机(以下简称RTG)是集装箱堆场,尤其是大㊁中型海港常用装卸设备㊂在总结RTG 设计制造经验的基础上,从经济适用㊁环境友好㊁人员安全与健康方面,对产品的参数配置㊁机器布局给出建议,探讨如何在满足用户装卸要求同时,设计一款重量轻㊁性价比高㊁使用维护安全方便㊁环境友好且有一定前瞻性的RTG㊂2㊀跨距、小车运行机构参数及配置2.1㊀跨距参数主流RTG 跨距多为23.47m(77ft),6排箱+1车道(6+1)布置(见图1)㊂考虑到现代RTG 堆箱至少为5层(堆5过1),为便于司机堆箱操作㊁减少堆箱作业中对相邻集装箱的挂碰㊁提高工作效率,箱间距400mm㊂柴油机房(若有)侧集装箱距离轮胎中心线至少1800mm,留出一定动力装置维护空间,同时减少吊运及移动过程中箱子可能对动力装置造成的碰撞㊂车道侧留出至少4000mm 车道宽度,便于集卡司机方便进出RTG 作业箱区㊂图1㊀码头RTG 跨度示意图㊀㊀在小车载荷确定的情况下,大梁及支腿截面随跨距加大,从而导致轮压加大㊁转场能耗及轮胎磨损增加,这是影响RTG 成本重要因素,因此跨距只要合理够用而非越大越好㊂根据2012~2018年订单统计,23.47m 跨距占比63%,仍是绝大多数码头配置,因此选择合适的跨距是机器的通用性关键㊂2.2㊀小车行程参数小车行程以能够覆盖箱区并适当考虑余量即可,在规定跨度内小车行程越长,两端动力房及电气房越容易发生碰撞,同时钢结构顶部就必须向外侧伸展,不仅增加了大梁长度和整机重量,更是占用了RTG 外有限的空间,使2个相邻车道间的距离被迫增加(相邻RTG 车道距离还要考虑RTG 走偏及地面倾斜等因素),造成码头资源浪费㊂如果钢结构设计成内趴,不仅能改善大梁受力状态,缩短大梁长度,也能为RTG 外侧留出更多空间[1]㊂因此合理选择小车行程,把钢结构设计成 内趴 结构,给相邻RTG 留出安全距离,是机器减重和节约堆场资源的双赢做法㊂23.47m 跨度RTG 小车行程依据计算取18.1m,部分RTG 吊具具备250mm 左右平移功能,可以满足局部调整㊂即使无平移功能,在特殊情况下可通过强制使用正常区间和缓冲器之间的150mm 距离保证各种工况下的机器使用㊂2.3㊀小车运行速度、加速时间及驱动形式RTG 小车行程小,到匀速不久就减速,速度快及加速时间短导致传动机构及供电系统成本增加,启制动易打滑,吊具摆动幅度加大降低装卸效率㊂推荐小车速度为70m /min,对于不繁忙或双轮驱动的RTG 可考虑降低到60m /min;对于繁忙及跨度大的RTG 可以考虑加大到80m /min㊂机器使用不频繁或不紧张,小车可采用两轮驱动;使用频繁㊁行程长以及雨季较长地区可采用四轮驱动㊂由于小车驱动工况较好,维护工作少,建议采用布置紧凑㊁轻巧㊁维护工作量少的三合一减速箱直接驱动车轮形式㊂在多雨或中国北方冬季,可采取阶段性适当降低速度㊁加长加减速时间㊁四轮驱动及除冰解决打滑问题㊂推荐跨距及小车运行机构相关配置见表1㊂表1㊀RTG 跨距及小车运行机构相关参数跨距(堆箱+车道)/m 小车行程/m 小车速度/(m㊃min -1)加减速时间/s 驱动形式23.47(6+1)18.170/604/5/6三合一,双驱/四驱车轮26.50(7+1)21.070/754/5/6三合一,四驱车轮29.10(8+1)23.8805/6三合一,四驱车轮63㊀起升机构参数及配置3.1㊀起升高度起升高度决定堆箱层数,在满足需求前提下,起升高度越低,机器轻㊁耗能低㊁空跑少㊁晃动小㊁缠绕防摇好㊁司机视野佳,从而降本增效㊂起升高度的确定需结合堆场的特点按需定制,从经济性出发而不是单纯求高和快㊂通常定起升高度会按吊具下高箱经过按高箱堆高,然后增加300~800mm安全距离来确定㊂过多的起升高度意义不大,常规堆5过6堆场18.5m以下的起升高度并不能在堆普通箱时多堆1层;如果用户允许高箱普通箱混堆,通常5层堆场中有3层高箱已经算多的,因此以安全距离350mm计算,堆1过5RTG(按照高箱)建议起升高度Hʈ17700mm,如有需求堆6层普通箱,则H=ʈ18500mm㊂建议起升高度按表2选择㊂3.2㊀起升额定载荷及吊具重量起升重量是RTG购机成本㊁钢结构截面㊁轮压㊁能耗㊁起升及钢丝绳缠绕系统㊁动力装置㊁变频器㊁电缆选型的核心关键参数,合理的设定起升载荷,是节能㊁降本㊁增效的有效途径㊂表2㊀RTG起升高度工况起升高度/m备注码头不繁忙㊁场地承载低㊁箱量少14.9(1过4)非主流,小型堆场使用,不易出售堆场正常㊁风大㊁倒箱工况多17.7(1过5)主流常用机型,适用性强堆场正常㊁需堆6层普箱18.5(1过5)非特需不推荐堆场紧张㊁箱量大20.6(1过6)主流机型,未来趋势机型堆场紧张㊁箱量大,需堆7层普箱21.1(1过6)非特需不推荐堆场紧张突出23.5(1过7)轮压大㊁成本高,非特需不推荐㊀㊀集装箱重量一般不超过35t,通常在30t以下,在特殊应用场合装卸40t以上重箱(虽然有些是违规的),还有些用户需要双箱作业㊂如用户机器足够多,建议对重箱㊁双箱部分按照特需载荷采购,这些设备空闲时作为常规箱的救急设备,常规箱作业RTG的仍按35t采购,从而减少浪费㊂如用户需要偶尔装卸超重箱,可以考虑控制中设置重载低速状态,将RTG低于额定速度或延长加速时间运行,只要设计阶段核算此工况是否安全即可㊂减小吊具及上架重量,每次空载起升时可在电机不变的情况下提高速度带来整机效率提升㊂吊架和吊具重量往往取决于钢丝绳缠绕形式,有以下几个方面可有效降低其自重㊂(1)取消吊具45ft伸缩:45ft箱不多,且在40 ft处有吊点,如取消45ft伸缩,吊40ft箱效率更高,可减重0.5t左右㊂(2)滑轮片取代上架,可减重约1t,同时降低了吊具储缆框的位置,可以相应缩短为了防撞而增加的龙门架支腿长度,从而减重并提高系统刚性㊂(3)吊具按照场桥工况设计而不和岸桥互换,场桥起升高度及速度低㊁地面平整㊁冲击小㊁结构可以更轻巧,一般可减重2t左右㊂(4)电动吊具取代液压吊具可减重2~3t,且还有机构简单㊁故障少㊁维护工作少㊁无泄漏污染等优势㊂仅以吊具及上架的减重5000kg进行节能计算,18m起升高度RTG平均起升行程为9m㊁200万循环次数,1台RTG可以节省约24.5万kW/h,节能效益非常明显㊂3.3㊀起升速度及加速度RTG由于行程有限,起升速度太快,会导致加速后匀速时间很短就要减速,尽管效率会有所提高,但相应起升电机及变频器功率㊁柴油发电机组功率加大,从而转动惯量加大,装卸同样一个集装箱,因为转动惯量增加需要消耗更多的能量㊂同时电机等设备不仅成本会增加,重量也会提高,从而增加移动小车的重量,进一步造成机器重量增加㊂如果在起升机构配置不变条件下提升效率,可根据不同载荷情况分几个区间动态调整起升速度,控制上容易实现,成本变化不大㊂加速度同样是影响选型的重要因素,加速时间提升0.5~1s,系统选型可能就要升级一个型号㊂因此根据选型合理调整速度尤其是加速度,可有效提高机器效率㊂建议起升速度及加速时间见表3㊂表3㊀RTG起升速度及加速时间起升高度1过51过6起升速度(额载/空载)23/50m/min25/55m/min 加速时间 2.5/5s3/5.5s 3.4㊀起升制动器及制动盘现代工业生产中,国际通用规范已经考虑了复杂情况下的安全余量,若因为出现安全事故,没有找到根本原因便对后期产品采取高于标准的保守措施,是成本增加㊁浪费增加的主因㊂一些用户为了确7保安全,要求增加双高速制动器㊁双制动盘甚至低速制动器,是超越标准增加的安全冗余设计,虽然起到一定作用,但增加了机器运行成本㊂(1)低速制动器多是液压夹钳式,其重量一般在2~3t,增重同时小车更拥挤,增加了液压维修工种及日常维护工作,易油泄漏污染㊂(2)对于双高速制动器及双制动盘,按FEM 规定起升机构设置1个制动器即可,安全系数大于1.6;若用户要求2个制动器,也不建议采用2个制动盘,因为增加1个制动盘,起升系统的转动惯量增加明显,从而导致选型加大㊁能耗增加;此时建议1只制动盘2只制动器对放的布置形式,2只制动器产生的轴向力相互抵消,减小对减速箱高速轴的冲击,提高系统安全性㊂此时应该寻求更合适的管理规范及操作流程,选择更专业的生产商㊁更可靠的配套件㊁更权威的监理方,以有效避免安全事故的发生㊂4㊀大车驱动机构参数及配置大车承载着整机重量及载荷,根据码头需要,合理设置大车参数及配置可以有效延长机构寿命㊁降低采购及运维成本㊂4.1㊀大车运行速度及加速度大车主要任务是转场而不是转运货物,通过提升大车速度来提高效率,这其中存在如下误区:①为提高效率,堆场管理应尽量减少不同箱区之间的移动;②频繁移动重大设备从成本上讲是不经济的;③轮胎承载能力是随着速度下降的,提高大车速度会相应缩短轮胎的寿命;④过快的速度存在安全隐患,尤其是在码头高噪音环境下司机及地面人员容易疲劳松懈,过快的速度很容易造成RTG 与RTG㊁集卡㊁地面人员以及与箱区发生碰撞事故㊂长久㊁可持续的效率来自与生产的平稳运行,而不是某一点的突出高效,如果参数过高会导致安全隐患和成本显著增加㊂对不繁忙的码头,过快的速度将导致大车驱动不得不选择四驱而不是本已够用的两驱㊂用户常见要求是大车在2%坡度,20m /min 工作风条件下全速运行,甚至要求在满载条件下全速运行㊂这些要求是导致过度冗余设计㊁采购及运维成本增加的关键因素㊂建议大车可要求在空载㊁无风或10m /min 工作风㊁无坡或1%坡度条件下高速运行,随着风速增加或坡度加大相应降低运行速度,这些通过程序设置都可自动实现㊂满载时,运行速度控制在20~30m /min,满载低速的目的一是减少重载运行对钢结构㊁传动系统的冲击及轮胎损耗,二是降低带载运行造成的安全隐患㊂大车带载运行是特殊工况,作为常规操作选型会造成浪费㊂大车选型除了受速度影响外,加速度也是关键参数,过大的加速度导致功率及受力的峰值显著增加,但对效率提升效果小,从而造成选型浪费,8~10s 的加速时间是合适的数值㊂综上,大车速度及加速度参数设置见表4㊂表4㊀RTG 大车速度及加速时间大车空载速度(无风无坡)大车满载速度加减速时间码头不忙转场少70~90m /min(有风有坡降速)20~30m /min8~10s码头较忙转场多100~130m /min(有风有坡降速)30~40m /min8s4.2㊀大车顶升机构和回转机构大车顶升机构用于RTG 转向时候分担大部分轮胎压力,从而减小转向力并延长轮胎使用寿命㊂缺点是1套顶升机构增加约5t 重量,目前成熟电动顶升应用不多,要增加1套液压系统,导致机器复杂㊁产品重㊁维护工作量及泄漏污染增加㊂此外,一些用户选择顶升机构往往是为了方便更换轮胎,这种顶升机构只推荐在转场比较频繁的应用场景下配置,至于更换轮胎,可以通过定制简单㊁实用㊁易移动的工装来实现㊂传统RTG 大车回转一般使用液压油缸,现在市场上电动推杆的质量及价格都具备竞争优势,使用电动推杆可以去掉液压系统㊁减少维护量及泄漏污染,机器更轻巧㊁简洁㊂4.3㊀大车驱动RTG 多为四角驱动,防止对角驱动链条断裂,机器无法移动也无法制动㊂实践证明,只要维护到位㊁参数设置得当㊁细节设计合理㊁选择可靠链条厂家㊁减少非必要大车紧停,链条发生断裂的几率很小㊂尤其对不是特别繁忙㊁机型不大㊁转场少的用户,选择70~90m/min 大车速度的对角驱动是降低成本的有效手段㊂4.4㊀轮胎选择和轮压控制轮胎是RTG 的主要损耗件,在控制整机重量的基础上,堆5过6或6+1的RTG,可以使用较小的1800-25轮胎代替现有常规的2100-25轮胎㊂2种轮胎的重量差别在5~6t /台机,成本也相应降低㊂尤其是随着现在加厚胎及实心胎的应用,使用小型号轮胎更有优势㊂在同样参数条件下,起重机减小轮压㊁减小能耗的关键在于降低缠绕系统重量,比如采用ZPMC 全功能小车,在相近防摇效果下比传统8绳系统小车8可以降低10t自重,吊具上架降低2t,整机减重20 t以上,是降低轮压的有效办法㊂4.5㊀轮胎数量选择与国外一些码头不同,由于码头布置及承重车道基础宽度限制,国内几乎见不到16轮RTG,多为8轮㊂16轮RTG两只并排连接轮外宽约1.6m,车道中心内外各0.8m,但国内RTG车道宽度一般不超过1.5m㊂从长远规划及车道加强的成本考虑,新建码头车道宽度可设计为宽度2.2m,用于16轮RTG工作,中间1.2m可以适当加强以适应8轮RTG使用㊂16轮RTG的优点为:轮胎小,更换成本低,同机型8轮RTG每只轮胎成本约为16轮2倍;轮压小,轮胎磨损少;回转阻力力小(带有滚动),轮胎寿命长;码头压力小,减缓沉降,码头建设及维护成本低;轮距减小,结构承载好,鞍梁下留出更多安放空间;驱动机构维修位置低,更安全,不需要爬高;驱动桥取代链驱动,维修工作量少㊁更安全平稳;更安全平稳㊁换胎更方便,一只轮胎损坏,另一只能起到支撑作用;整机运行更平稳,总承载能力高,为今后远程及自动化改造㊁油改电打下基础㊂5㊀钢结构参数及要求RTG钢结构占整机总重一半以上,合理布置及选择结构形式㊁使用等级㊁刚度等可以有效降低起重机自重从而减少能耗及轮胎等损耗㊂同时,小的轮压使码头基建投入及后期维护成本也相应降低㊂5.1㊀龙门架大梁挠度一些用户受旧国标影响要求大梁挠度不低于1/1000,这导致大梁已经满足强度和疲劳的情况下仍要增加一定截面或板厚才能满足要求㊂按照新国标规定,使用简单控制系统能达到中等定位精度特性的起重机大梁挠度fɤ1/750,按照这个标准设计可有效减轻大梁重量㊂大梁的刚度要求是为了缓解小车爬坡及打滑,可通过采取大梁预拱的形式,在小车负载较重时(如30t)大梁保持水平,而在轻载及重载时形成较小的坡度,这样既解决了爬坡和打滑的问题也不增加大梁的重量,只是对制造环节提出更高要求㊂5.2㊀钢板厚度选择有用户会提出板厚必须大于10mm,目的是焊后钢构更平整,也更耐腐蚀㊂从设计及使用角度出发,达到同样的刚度使用大截面薄板箱体,机器更轻巧,制造和使用维护的成本更低㊂一般箱型主结构板厚在8mm以上即可,钢厂为节约成本常按负公差极限供货,为减少负公差对薄板影响,ZPMC定制钢板最大负偏差为-0.3mm(国标的8mm板则允许达到-0.7mm)㊂对于密封管材,其筒体内腐蚀影响小,壁厚可以降低到6mm㊂5.3㊀箱体密封海边高盐雾㊁高湿度产生的物理㊁化学反应会对钢结构造成腐蚀,密封的箱体结构是最有效的防腐办法㊂箱体加压封闭后,腐蚀随箱体内氧气消耗完毕基本停止㊂箱体密封要做气密试验,且要在涂装前进行,避免油漆把一些缺陷临时封堵没被发现,箱体内的焊缝也不应用油漆覆盖㊂即使将来有个别地方因某种原因泄漏,因为空气更换量太小基本可以忽略㊂有些用户会要求密封箱体充氮气,降低氧气浓度,防腐效果更好,但从效果看必要性不大㊂密封箱体另一优点是日后需要在结构上焊接一些支架,不需要再进入箱体进行油漆修补等工作,提高了码头升级的便利性及安全性㊂综上,RTG钢结构相关参数选用建议见表5㊂表5㊀钢结构相关参数箱梁主板厚度主结构管材厚度轨道形式大梁刚度工作级别箱体防腐箱外防腐ȡ8mmȡ6mm接方钢1/750A7密封严控冲砂后焊接6㊀结语对RTG的跨距㊁小车机构㊁起升机构㊁大车机构㊁龙门架钢结构等重要组成部分,在设计时的参数选择㊁设计形式和机构选型等提供了合理化的建议,使RTG从设计初期就能在保证功能和安全的基础上减重节能,投入生产后可有效降低码头的运营成本和维护成本,提高码头的工作效率和经济效益㊂参考文献[1]㊀孙玉福,朱勇.轻型轮胎式集装箱龙门起重机的减重设计[J].起重运输机械,2011(S1):15-19. [2]㊀全国起重机械标注化委员会.FEM欧洲起重机械设计规范(修订版)[S].北京:中国标准出版社,2008. [3]㊀全国起重机械标注化委员会.GB/T3811-2008起重机设计规范[S].北京:中国标准出版社,2008.孙玉福:200125,上海市浦东新区东方路3261号收稿日期:2019-08-21DOI:10.3963/j.issn.1000-8969.2019.05.0029。