王晓亮富茂华
0引言
双起升岸边集装箱起重机是针对传统的岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）提出的。传统岸桥通常配备1个双箱伸缩吊具，这种吊具一次起升动作可处理1个20英尺，或1个40英尺，或当吊具处于双20英尺位置时，一次起升动作吊起2个20英尺集装箱。随着集装箱运输业的飞速发展，大型集装箱船舶不断投入运营。这就需要岸桥具有更高的效率来装卸集装箱。岸桥效率的提升如果仅依靠提高起升和小车速度，有很大的局限性。在年，上海振华重工（集团）股份有限公司成功开发出一种新型双起升岸桥。这种岸桥配备2个双箱伸缩吊具，一次起升动作可以处理4个20英尺集装箱或2个40英尺集装箱。理论上双起升岸桥是传统岸桥生产力的一倍。目前，上海振华已向全球50多个码头提供了多台双起升岸桥。
1双起升岸桥的典型形式
双起升岸桥一般指岸桥的主起升缠绕系统中包含2组吊具。双起升岸桥有单起升模式和双起升模式。在单起升模式下，双起升岸桥同常规岸桥的作业模式完全相同，可处理20英尺、40英尺、45英尺和双20英尺集装箱。当转换到双起升模式时，处理集装箱的能力较常规岸桥提升一倍。根据不同的现方式，双起升岸桥有独立双起升、分离上架双起升和差动双起升。
1.1独立双起升
独立双起升岸桥由2套相对独立的起升机构实现。这2套起升机构设置在机器房中，一般称靠近海侧的为海侧起升机构，另一套称为陆侧起升机构，由各自的电机、减速器、制动器、联轴器和卷筒等部件组成，见图1。再通过各自的起升缠绕系统和吊具系统连接。
2套起升机构平行布置，机构的配置完全相同。
2套起升机构的钢丝绳缠绕沿小车行走方向左右对称布置，并且在空间上互相错开，互不干涉。2套起升缠绕各自配置防挂舱装置及吊具倾回转装置。硬件配置上相同，机械布置的对称，再通过电控系统的精准控制，使岸桥在双起升模式下工作时，可保持2套起升机构的运行同步，这种同步不仅局限于2个吊具的位置同步，还包括速度同步、故障同步。
1.起升机构2.陆侧起升机构
图1独立双起升机构布置
实现双起升功能的另一个关键技术是吊具上架（见图2）。2套独立的吊具上架通过特殊的连接装置连接。这套连接装置由机械、液压系统组成，辅以电气限位保护。动作执行由液压缸实现，主液压缸的作用相当于机械手臂，2个独立的吊具上架通过它形成一个整体，并且控制2个之间的距离。夹钳液压缸的作用是控制机械夹钳抱紧或打开主液压缸的球头，实现2个上架的连接和分开。另外，还设有平移液压缸和顶升液压缸用来控制主液压缸的水平和上下运动。
1.上架连接装置2.海侧吊具上架3.陆侧吊具上架
图2吊具上架布置
上述功能液压缸可以使2个吊具上架在小车方向分离mm，在大车方向错动mm，在高低方向上错动mm，2个上架呈八字角度5°。这些功能是双起升岸桥在作业中必须具备的。吊具上架的这些功能和吊具倾回转功能的组合，即液压缸调节和钢丝绳调节的共同作用，可使双吊具有如下动作组合：分离、上下错动、前后倾（独立）、前后倾（联合）、水平回转（独立）、水平回转（联合）、左右方向错动、左右倾（联合）、左右倾（独立）等，见图3。
图3双吊具动作组合
这种岸桥可以根据码头实际作业需求作为双起升岸桥使用，也可以作为单起升岸桥使用，通过司机室中的一个切换开关，（见图4），起升模式就可轻松实现。开关旋转到时，2个吊具上架脱开，海侧的吊具上架起升到小车架下方的锚定位置，海侧起升机构被电气控制锁止。这时岸桥就切换到陆侧起升机构工作的单岸桥模式。同理，需要海侧起升机构工作时就切换到海侧。当开关旋至双起升模式时，锚定状态的吊具上架下降到一定的高度，和另一个吊具上架连接，海陆侧起升机构共同运行。
图4起升选择开关
1.2分离上架双起升
分离上架双起升系统包含1套起升机构、1套起升缠绕和吊具系统（含1个分离式上架和两个吊具）。起升机构布置和常规岸桥完全相同，由电机、减速箱、卷筒、轴承座、高低速联轴器和高低速制动器等组成（见图5），但配套件选择需考虑双吊具下最大载荷，远大于常规岸桥。分离上架双起升也有单起升模式和双起升模式两种作业模式。单起升模式同常规岸桥，在双起升模式下，分离上架下同时配备2个40英尺吊具。
1.轴承座2.低速轴制动器3.卷筒4.低速轴联轴器5.减
速器6.高速轴联轴器7.高速轴制动器8.电机
图5分离上架双起升机构布置
分离上架形式多样，目前市场上主要采用的是伸缩式分离上架，图6为伸缩式分离上架。这种形式的分离上架包含分离上架本体和专用吊具搁架。分离上架本体由2个相对独立的主、上架组成，并包含起升滑轮装置、吊具连接旋锁装置、滑移装置、上架连接装置等。起升滑轮装置和吊具旋锁装置在特殊设计的轨道上可相对滑动。专用吊具搁架一般安装在岸桥的下横梁上，可并排放置2个40尺双箱伸缩吊具，为分离上架单双模式自动转换提供场所。
1.上架2.上架连接装置3.主上架
图6伸缩式分离上架
目前分离上架连接装置集成了液压缸和机械装置，在实现合并和分离功能的同时，也具有足够的强度满足实际作业的需要。另外，分离上架上特定的位置装有辅助液压缸。通过这些液压缸，分离上架可以在作业中调整2个上架间的距离，并且能够实现水平八字、水平错位、偏载调整、高低差调整以及倾转等动作。
1.3差动双起升
差动双起升是利用一套差动减速器实现的。系统包括1套差动减速器、4个钢丝绳卷筒通过钢丝绳缠绕系统连接2套独立的吊具上架、2个电机、高低速联轴器和高低速制动器（见图7）。这套系统在差动减速箱的一侧设计了中间轴的制动器，以此来控制岸桥的起升模式。当处于双起升模式时，一侧的中间轴制动器打开，这时电机驱动两侧的卷筒同时运动。当该制动器闭合时，阻断这一侧的起升卷筒运动，这时岸桥就处于单起升模式。差动双起升岸桥的起升缠绕吊具上架系统形式与独立双起升岸桥相同。
1.轴承座2.低速轴制动器3.卷筒4.低速轴联轴器5.差动减速器6.高速轴联轴器7.高速轴制动器8.电机9.中间轴制动器
图7差动双起升机构布置
2不同双起升的技术特点
因各自通过不同形式实现双起升的功能，它们有着独特的技术特点。
2.1独立双起升技术特点
独立双起升比其他两种双起升技术更加全面。2套完全独立的起升机构驱动2套完全独立的起升钢丝绳缠绕系统，在双起升模式时，通过吊具上架和电气控制系2套独立的系统产生关联。因此，双起升模式吊具下额定起重量不会受到影响。如单起升吊具下的额载为65t，那双起升吊具下的额定载荷就是t，速度也不受影响。独立双起升包含陆侧起升、海侧起升和双起升三种起升模式。在这三种模式间切换时，吊具上架为全自动操作，不需要额外的辅助设备和人工。在双起升模式时，吊具上架受2套独立的倾回转系统控制，结合吊具上架连接装置的液压缸动作，使2个吊具的空间位置组合最为丰富，可满足所有工况下的作业需求。
2.2分离上架技术特点
几乎每个生产吊具的厂商都研发了分离上架技术。目前比较成功的是ZPMC和RAM生产的伸缩式分离上架。因为这两种产品都不需要配专用的吊具，适用性很强。而其他厂家的分离上架必须使用特殊设计的吊具，不能适用于常规吊具。另外，辅以专用的搁架，这两种分离上架均可实现自动单双吊具模式下的转换。分离上架双起升岸桥因只有一套起升机构，驱动一组起升缠绕系统。在双吊具模式时，吊具下额定起重量是不宜过大的，通常低于80t。最好起升速度也优化到比单吊具模式的速度低，这样做的目的是优化起升机构的选型，在两种起升模式下起升电机的功率消耗相对均衡，避免在单吊具模式下过大的电机功率浪费。另外，在双吊具模式下，单独吊具的前后倾功能因为起升缠绕系统的限制也是无法实现的。
2.3差动双起升技术特点
首先，差动减速器为非标设计，结构形式复杂，日后的维修保养工作量大。其次，由于电机和减速器的型号是依据双吊具时的额定载荷计算得到的，转动惯量较大，因此，在单起升作业时的能耗浪费是严重的。第三，受制于电机和差动减速器选型，双吊具下的额定起重量不能过大。由于这些局限性，差动双起升目前已很少采用。
3双起升技术在自动化码头的应用
双起升技术因其固有的高效率特征，一直受到码头用户的青睐。近几年随着新一代自动化码头的兴起，双起升作为提升自动化效率的重要手段再次成为码头用户的首选。
3.1双起升+门架小车+中转平台
主小车位于岸桥的前后大梁上，采用独立双起升的布置形式。门架小车位于低位的联系横梁上，并且向陆侧有后伸。门架小车完全采用了自动化设计理念，配置了吊具检测系统、目标位置检测系统等电气设备。中转平台系统通常设置在陆侧下横梁附近，由平台结构、集装箱导向座、台座、走道平台、安全保护装置、监控室等组成，是集装箱的交换作业区和工作人员操作的场合。针对双起升的特性，集装箱台座的设计可以满足20英尺、40英尺和双20英尺、双45英尺等各种集装箱的作业需求（见图8）。上述组合模式的岸桥工作原理为：具有双起升功能的主小车系统处理集装箱船舶和中转平台之间的装卸作业，全自动化门架小车系统负责处理中转平台和AGV或集卡之间的集装箱装卸作业。
双起升结合门架小车和中转平台的技术，有效地保证了整个系统的作业效率，已成为集装箱全自动化码头的主流配置。
1.门架小车2.中转平台
图8门架小车和中转平台
3.2双起升吊具倾回转装置
这种针对独立双起升的吊具回转机构由4套独立的回转装置组成，布置在前大梁端部，每套回转装置由电机、减速器、螺杆、倾转动作小车、限位等部件组成（见图9），各自控制起升系统中的一根钢丝绳。相对于常规岸桥吊具回转功能通常靠岸桥后大梁尾部的多功能液压系统实现的方案，这种形式的吊具回转装置，实时响应电气指令，反应时间短，定位精确。这套吊具回转装置还为吊具提供抗扭功能，提高双起升系统的作业效率，适用于自动化作业。
1.电机2.减速器3.螺杆4.倾转动作小车5.限位
图9吊具倾回转装置
3.3双起升和门架小车速度的匹配
由于涉及到双起升系统和门架小车系统的联合工=作，需要合理的设置这两套系统的速度参数。根据码头的作业模式，模拟主小车的卸船循环期和门架小车的循环周期，通过对比分析和计算，将主小车的卸船周期按不同情况分成不同区域，再根据不同区域所显示出的等待时间、等待次数特性双系统和门架小车系统速度的匹配性，最终求出二者速度的最优组合。这样，在保证自动化作业效率的同时，可以避免这两个系统中的机构选型因速度参数不合理造成的浪费现象。
4结语
随着国内外港口建设步入全自动化码头时代，双起升技术与自动化、远程操控等新技术将成为未来集装箱装卸设备上的必然选择，具有广阔的应用前景。