青岛自动化码头项目组主导研究的桥吊后伸距缩短优化方案，能有效降低码头投资建设成本、设备制造成本和设备运营维护成本，为港口节能降耗工作作出贡献，具有很好的推广价值

　　自动化双小车桥吊主梁后伸距非等长优化设计

　　文|张连钢 张 卫 王延春 刘汪洋

　　青岛新前湾集装箱码头有限责任公司

　　纵观当前全球船舶趋向大型化，人力成本也在不断上升，世界多个大型集装箱港口纷纷以建设自动化码头作为发展方向，自动化码头岸边起重机也经历了从单小车到双小车发展过程。通过大量的使用数据分析显示，双小车起重机能极大地提升码头前沿的装卸效率，当前在建自动化码头的港口普遍倾向于选取双小车岸边起重机作为主要装卸设备。

　　青岛港通过长时间的论证分析，最终岸边作业模式确定选用双小车结构型式的桥吊，但这种桥吊的自重为2 300 ~ 2 600 t，工作轮压达到上百吨, 轮压较常规桥吊增加近10 t，而青岛港现有码头的岸边土建工作5 年前就完成了，当时是按常规码头设备设计建造的，相对承载轮压较低，这个艰巨的问题摆在自动化码头的设计者面前，通过大家讨论要解决此问题有两种方案：一是提高码头的承载轮压，这需要改造码头岸壁，加固轨道。二是优化桥吊结构形式，降低其陆侧轮压至码头允许范围内。两种方案对比，方案一改造成本巨大。因此，如何在满足装卸能力和保证作业安全的前提下，减轻桥吊自重, 降低轮压，成为桥吊设计制造面临的一个新的重要课题。

　　一、自动化码头桥吊的普遍形式及存在的问题

　　当前，在国内外自动化码头如厦门远海、美国长滩、荷兰鹿特丹、德国汉堡等，桥吊都采用主小车大梁后伸距与门架小车大梁后伸距等长的设计。主梁后伸距长度分别为：美国长滩27.5 m，荷兰鹿特丹29 m，德国汉堡28 m，桥吊后大梁有6条AGV作业车道。如图一：

　　图一 双小车桥吊5到7车道大梁后伸距示意图

　　主小车与门架小车等长度后伸距的结构形式，此形式基于门架小车故障时，主小车需与AGV 直接交互。另外，主小车在后大梁还设有挂舱、涨紧等液压装置和维修平台，需占据大梁8 ~ 10 m。在主小车和门架小车后伸距相同的条件下，主小车后大梁还要比门架后梁长出约8 ~ 10 m，桥吊整机结构不够协调，因增加了门架小车及其后伸距，使得陆侧轮压加大，造成海陆侧轮压不平衡。

　　为降低陆侧轮压，桥吊制造商采用将机器房坐落位置由后大梁移到大车轨距内的中梁处补偿的措施，虽然部分降低了大车陆侧轮压，但依然高出海侧轮压近10%，并导致机器房内的变幅钢丝绳出绳角度超标，使俯仰机构运行存在安全隐患。在不降低桥吊性能和作业能力的前提下，通过缩短双小车桥吊主梁后伸距，减轻桥吊自重，降低陆侧轮压。双小车桥吊结构的优化设计课题研究对减轻桥吊自重，降低轮压和码头建设成本都有重要意义。

　　二、自动化桥吊需满足的作业模式

　　在正常情况下，桥吊主小车负责集装箱在船舶与中转平台之间装卸，门架小车负责中转平台与AGV 之间的集装箱装卸作业。仅在门架小车故障时，主小车才在后大梁位置与AGV 进行直接交互作业。

　　三、缩短双小车桥吊后伸距的分析论证

　　1. 缩短后伸距对装卸作业的影响

　　在桥吊后大梁下方，有6 条AGV 车道。其中与AGV 交互车道始终是2 或3 车道对应1 桥吊，5 或6 车道对应( 与其相邻的) 其他的桥吊。1 和4 车道作为交通车道。如图二所示，缩短桥吊后伸距的自动化双小车桥吊，主小车只能跨过3 条车道。若门架小车发生故障，桥吊主小车能在2 或3车道直接与AGV 进行交互作业。3 条作业车道也降低了TOS 和ECS 对车道任务分配计算的工作量。

　　图二双小车桥吊3车道大梁后伸距示意图

　　当ECS 分配门架小车在2 或3 车道与AGV交互作业时，若此时门架小车发生故障，只需门架小车自行或遥控到故障停车位，操作人员通过远程控制操作主小车直接与2 或3 车道的AGV 进行交互。此种情况缩短后的小车后伸距对装卸作业没有影响。

　　当ECS 分配门架小车在5 或6 车道与AGV交互作业时，若此时门架小车发生故障，ECS 需将交互车道由5 或6 车道自动调整为2 或3 车道。ECS 根据与相邻桥吊的间距大小决定是否调整相邻桥吊的作业车道。ECS 相应调整AGV 驶往调整后的作业车道。控制门架小车停在故障停车位后，操作人员通过远程控制操作主小车直接与2 或3 车道的AGV 进行交互。此种情况16m 后伸距对装卸作业效率有较小的影响。主小车分别在2、3车道和5、6车道直接与AGV交互作业理论平均效率(见表1)，注：50%的集装箱需在平台解锁;

　　表1

　　从上表可以看出，当桥吊在后大梁不同的车道直接与AGV交互作业时，装卸效率差别较小，且达不到码头设计的作业效率。与门架小车后伸距等长设计的目的是为主小车能够在全后大梁范围内与AGV 直接交互，属于自动化运行中的特殊作业，而且主要是应急作业。在设有中转平台的自动化桥吊上，无论何种原因，绕过中转平台的集装箱装卸应急作业都会使桥吊的运行效率大打折扣，最佳的途径还是恢复中转平台的中转功能，而不是固守主小车更长后伸距的兼容并包设计。另外，根据目前在用的双小车桥吊的运行数据统计分析，全自动运行的门架小车故障仅占桥吊总故障率的2%，通过科学合理的维护保养完全能够达到无故障运行。

　　综上，基于自动化集装箱码头上使用的自动化作业系统和门架小车系统，完全可以打破普遍使用的主小车大梁后伸距与门架小车大梁后伸距等长的设计，主小车大梁后伸距合理缩短后，双小车自动化桥吊完全可以满足相应的自动化运行要求。

　　2. 缩短主梁后伸距对设备本身的影响

　　主梁后伸距由28 m 缩短为16 m 后，后大梁自重降低50 t，陆侧轮压降低6 t，最大工作轮压降至码头许用范围内，节省设备制造成本约60 万元;同时，随着后伸距的缩短，诸如主起升、主小车钢丝绳的长度也相应缩短，并降低钢丝绳对托辊的磨损，使自动化双小车桥吊运营成本每年降低约3 万元。见表2。

　　表2

　　根据对自动化桥吊作业模式的分析研究和集装箱码头作业的统计数据分析，双小车桥吊主梁后伸距缩短优化设计降低自动化双小车桥吊自重，有效地解决了自动化码头双小车桥吊海陆侧轮压不平衡的问题。在满足自动化双小车桥吊装卸性能的前提下，自动化双小车桥吊主梁的后伸距完全可以打破常规设计理念，使主小车在后大梁的作业范围由6 个车道减少为3 个车道。

　　青岛自动化码头项目组主导研究的桥吊后伸距缩短优化方案得到设备设计、制造单位的认可，并在青岛自动化双小车桥吊上成功应用。此项成果打破了自动化双小车桥吊大梁结构的传统设计，开辟了自动化双小车桥吊大梁结构设计的新理念，为世界其他自动化码头双小车桥吊大梁结构设计提供了理论和现实参考依据。此方案有效降低码头投资建设成本、设备制造成本和设备运营维护成本，为港口节能降耗工作作贡献，具有很好的推广应用价值。