造船门式起重机的研究进展与发展趋势_造船门式起重机

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造船门式起重机的研究进展与发展趋势

上海海事大学图书馆 石亮 摘编 2010-08-12

门式起重机是桥式起重机的一种变形。它的金属结构像门形框架，承载主梁下安装两条支脚，可以直接在地面的轨道上行走，主梁两端可以具有外伸悬臂梁。门式起重机具有场地利用率高、作业范围大、适应面广、通用性强等特点，应用非常广泛。造船龙门起重机是门式起重机的一种，主要用于船台拼装船体，常备有两台起重小车：一台有两个主钩，在桥架上翼缘的轨道上运行；另一台有一个主钩和一个副钩，在桥架下翼缘的轨道上运行，以便翻转和吊装大型的船体分段。起重量一般为100～1500吨；跨度达185米；起升速度为2～15米/分，还有0.1～0.5米/分的微动速度。

一、发展历程

随着我国船舶工业的快速发展，所建船舶的吨位也越来越大，各地船厂也大多由船台造船的船坞造船发展，船坞的主要配套设备––大型造船厂门式起重机的需求也迅速增长。

我国自上世纪80年代起，逐步开展船坞加大型造船门式起重机造船的研究，这种造船型式最早始于大连造船新厂。鉴于当时国内的机械行业总体发展的水平不高，大连造船新厂从国外引进了580t和900t大型造船式起重机各一台，用于该厂的15万吨和30万吨的船坞，并取得了较好的经济效益。

从上世纪90年代中期开始，国内开始自行研制开发大型造船门式起重机。渤海造船厂480t×122m和南通中远川崎300t×116m门式起重机的设计建造，使我国在大型造船门式起重机的设计建造领域内逐步走上了自我发展的道路。2010年3月10日下午15时，随着最后一声落钩哨声响起，北面柔性支腿主管吊装到位，我国最大的一台龙门起重机诞生了。该起重机跨度为230米，为国内最大跨度，标准载重为900吨，实际载重可以达到1500吨，由武桥重工总承包制造安装完成。它的顺利制造安装标志着公司在特大型造船龙门起重机制造领域跨入了领先行列，标志着我国在大型船用门机制造方面有了新跨越，突破了我国大型船舶装备制造的瓶颈。

进入21世纪以来，我国的造船工业走了快速发展的轨道，各大主力船厂承接的船舶吨位从几万吨发展到十几万吨，年造船能力也普遍跃上百万吨水平，造船模式也相继从船台造船转向船坞造船，大型造船门式起重机的需求也大幅度增加。随关中船长兴、中船龙穴、青岛海西湾、舟山金海湾、靖江新时代、太平洋集团扬州大洋等大型国营和民营造船基地的建设，大型造船门式起重机也进入了一人大型集中建造的黄金时期，起重机的提升能力从600t上升到900t，跨度从170米增加到239米，已经建成的和在建的大型造船门式起重机有几十台。

二、技术动态

从造船门起重机的技术发展来看，主要体现的三个方面。

(1)总体结构

一般采用双梁结构为主，如南通中远川崎的300t×116m门式起重机和渤海船厂480t×122m门式起重机。随着起重机跨度的增加，双梁门式起重机主梁侧向刚度的问题就越来越突出，引起上小车跑偏。所以大跨度的造船门式起重机一般采用单梁的结构型式。从2004年起，在造船用双梁门式起重机上小车的车架结构上地行了改进，采用类似门架结构的刚柔腿形式，用一刚一柔的车架结构解决了上小车跑偏的问题，并获得了专利。

目前大型造船门式起重机的总体结构基本上采用双梁和单梁两种形式，双梁的跨度目前达到了208米，单梁的跨度更是达到了239米。这两种形式各有优缺点：双梁维修方便，三钩高度一致，主梁结构简单，制造方便，但自重相对较重；单梁自重较轻，但下小车维修困难。两种形式的造船门式起重机，一般根据用户的要求进行设计。

（2）机构形式

大型造船门式起重机的机构形式的改进较大。由于这种形式的门式起重机，起升高度一般在八、九十米左右，单钩的起升重量300t到500t。如何合理的配置起升绞车的形式，降低小车的重量，是设计所追求的主要目标之一。由于起重量大，起升高度高，在前期设计的门式起重机，起升绞车一般采用双卷筒形式。卷筒布置在上小车的两侧，钢丝绳由卷筒直接下放至吊钩滑轮组，由于部件重量和载荷重量均处于上小车的悬臂端，造成上小车自重较重。

目前在小车的起升机构的布置形式上，一般采用单卷筒的起升绞车，运用链条驱动的绞车排绳机构，绞车布置在小车的中部，不仅减轻了绞车的自重，并利用绞车的重量平衡了部分起升载荷的重量，从而减轻了小车的自重。随着我国机械行业整体制造水平的提升，硬齿面减速器代替了中硬齿面减速器，新型结构的钢丝绳代替了传统的钢丝强，也使得机构的重量得到了进一步的降低。新型小车的自重与传统小车的自重相比大约可减轻重量1/3左右。

（3）电气控制

大型造船门式起重机的电气控制系统，对各机构的速度控制、安全保护一般要求都较高。最初一般采用直流调速系统，而随着变频控制技术的日趋完善，目前大都采用交流变频控制系统，降低了投资成本，提高了控制的可靠性，方便了日常的维修保养。

大型造船门式起重机对上下小车的起升、行走，大车刚性腿侧和柔性腿侧的行走机构、以及两机联吊时的的同步要求一般较高。目前在起升结构的同步上，采用绝对值编码器进行检测和控制，行走机构（包括上下小车和大车的刚柔性腿）上，采用加装在检测轮上的绝对值编码器进行行走距离的检测的控制，对于大车行走机构，增加地面感应开关对编码器可能出现的误差进行校正，同时在柔性铰处安装超差限位开关，以防止出现的极端情况。大型造船门式起重机的装机容量较大，大都在2~4千千瓦左右，所以对于节能的要求也是设计需要考虑的因素之一。目前的节能设计一般采用AFE（IGPT）公共直流母线，能量再生反馈的传动系统，在实际运行中可以节省大量的能源（大约可节省20~50%）。

大型造船门式起重机的安全保护，较一般的起重机显得更为突出。除常规的安全保护功能外，在这种起重机上我们还加装了工业视频系统、激光防撞系统、起重机管理系统等。

为了及时了解设备的使用情况，设备发生故障时，能及时分析故障的原因和指导维修工作，在某些起重机上我们还增加了远程监控系统，利用因特网能及时了解设备的使用情况、指导故障的处理。

三、发展趋势

随着造船工业的发展，1万标准箱以上的大型集装箱船舶和大型液化气船舶建造需求也越来越多。为了缩短船舶的建造周期，大量的舾装工作在分段总组前完成，使得分段总组的重量和尺度也越来越重和越来越大，所以客户要求造船门式起重机的跨度越来越大，提升重量也越来越重。

随着管理现代化的要求，这类起重机的管理系统与车间、厂级管理系统的联网，也将提上议事日程。目前我们在设计时，一般预留了用于通讯联网的光缆接口装置，但目前尚无一家投入使用。相信在不久的将来，这一管理系统将会逐步实现。

由于这类起重机工作的特殊性，吊车司机和地面指挥人员很难全面顾及到被吊物品的周围。为避免出现机毁人亡的严重事故，更完善的安全防护措施，将被用于这类起重机上。参考文献

[1]门式起重机简介，http://jd108.cn/news/jszx/msqcjjg.aspx，西安机电网，2009-12-28 [2]国内最大900t×230m

龙门起重机安装完成, 中国机经网, http:// 提供本文相关主题文献

型门式起重机专利技术介绍

上海海事大学图书馆 石亮 摘编 2010-08-12

门式起重机，或称龙门起重机，这种起重机最大的特点就是使用场合均为室外，它是在固定跨间内搬运和装卸物料的机械设备，被广泛应用于车间、仓库或露天场地。它在主梁的两端有两个高大的支撑腿，大车行走车轮就装在支撑腿的底梁上，沿着铺设在地面上的轨道做纵向运行。一般可以分为普通龙门起重机、水电站龙门起重机、造船龙门起重机、集装箱龙门起重机等。目前，门式起重机的功能越来越健全，结构越来越新颖。下面介绍几种新型门式起重机的专利技术。

1.折叠式门式起重机

[技术目的]：提供一种工作效率高、适应性好、机动性强、方便拆装运输的折叠式门式起重机。

[技术方案]：该折叠式门式起重机，包括轨道总成、走行机构、门架总成、起升机构、电控及供电设备，图1为该装置当门架支腿打开时侧向结构示意图。轨道总成为轻型结构，包括轨道、调平机构和基础联结装置，轨道为折叠式或多段拼接式，轨道上间隔均匀的分段设置有调平机构，调平机构固定在基础联结装置上，基础联结装置间隔均匀的分段设置在轨道底部，门架总成包括折叠式的门架支腿、折叠驱动机构和可折叠或分段拼接的门架上主梁组成，门架支腿为连轩结构，折叠驱动机构设置在走行机构的台车架上并与门架支腿连接，门架上主梁为轻型结构且与门架支腿上部连接。调平机构为一套棋形体或折叠连杆的顶升结构，棋形体或折叠连杆通过螺栓或液压缸推动，调平机构采用手动、电动、液压或气动方式驱动。基础联结装置为伸缩箱式结构，箱体内部填充沙石骨料，基础联结装置的高度方向有级可调，底部与地面通过锚杆或锚栓固定，顶部与调平机构通过螺栓连接。轻型结构为衍架结构或空腹结构。图1 门架支腿打开时侧向结构示意图

[技术效果]：该装置能在相对较短的时间内在一个固定的场所进行小型物料搬运，完成后，可以方便地转移到另一个固定的场所进行同样的工作。解决了那些作业面相对分散、大型施工设备不易进出或施工空间条件有限的小型住宅项目及其它构建筑物等施工场所的起吊运输，以及临时货场、应急储运场地的物料搬运。轨道底部设置有基础联结装置，因此门机轨道敷设简便、快捷，无需进行复杂的地基处理:适应性强，对场地无过高要求:由于轨道总成和门架总成都采用折叠设计，因此在没有大型起吊安装设备的条件下，可在较短的时间内实现门机的组装和拆卸，设备的机动性强。门机的跨度和高度可调，可适应不同的工作环境和场地的需要，工作效率高，门机整机重量轻，分解单元少，方便运输。（CN200820086410.2）

2.单腿行走的门式起重机

[技术目的]：提供一种占用的操作空间和施工场地较小、适应狭窄施工场地施工需要、采用弧线运动的单腿行走的门式起重机。

[技术方案]：图2为单腿行走的门式起重机结构示意图，包括起重机本体1，起重机本体1，包括现有起重机的电路控制装置、行走动力装置等；起重机本体1主要由行车主梁

2、活动支撑腿3和固定支撑腿5组成，门式起重机主梁2的两端分别设置在活动支撑腿3和固定支撑腿5上，门式起重机主梁2与活动支撑腿3之间是紧固连接，主门式起重机梁2与固定支撑腿5之间是活动连接活动支撑腿3的下端设置有行走轮4，行走轮4在行走轨道7上或其内移动，行走轨道7是整个封闭的水平圆环状或不封闭的水平圆弧状。固定支撑腿5通过固定基础牢固设置在适宜位置，门式起重机主梁2与固定支撑腿5之间通过活动转轴8活动连接:在起重机的电路控制装置、行走动力装置作用下，活动支撑腿3带动行车主梁2围绕固定支撑腿5转动，活动支撑腿3的行走轮4在行走轨道7上或其内移动，其运动轨迹是水平圆弧或整圆，在扇形或圆形范围内进行起重作业。

图2 单腿行走的门式起重机结构示意图

[技术效果]：该单腿行走的门式起重机由于其中一个支撑腿固定、另一个支撑腿围绕该固定的支撑腿旋转作水平圆弧运动，不需要作平行直线运动，需要的操作空间和施工场地较小，特别适合狭窄施工场地施工需要；结构简单、控制操作容易。（CN200920126386.5）

3.易装卸门式起重机

[技术目的]：提供一种易装卸门式起重机。

[技术方案]：该易装卸门式起重机（图3），包括桥架、支腿、行走梁、起重小车和电动葫芦。桥架1通过设置在桥架1两端的支腿2支撑形成门式结构，行走梁3和大车运行机构4设置在支腿2的下方，起重小车设置在桥架1上，桥架1采用三根主弦管5焊接组成管和结构，三根主弦管5之间相互平行，桥架1的横截面呈倒置的三角结构。为便于拆卸，桥架1采用分段式结构，各段桥架的上部主弦管51之间采用法兰或销轴连接，各段桥架的下部主弦管52之间采用法兰连接。支腿2采取对称结构，支腿2 的左、右支撑脚之间、支腿2的上部与桥架1之间以及支腿2的下部与行走梁3之间均采用法兰连接。在桥架1的下部主弦管的下方设置有电动葫芦运行导轨6。

[技术效果]：通过将桥架改为多段式结构，不但可以满足不同跨度的工作场合的安装使用要求，而且各段桥架之间以及桥架与支腿之间均采用可拆卸式固定连接，满足了快速拆卸和组装的需要，便于安装和运输。通过采用管和结构，减轻了设备自身的重量，同时由于采用三角形布置，减小了迎风面，降低了风阻，同时结构紧凑，增加了设备运行的寿命。（CN200920128671.0）

图3 易装卸门式起重机(a)桥架连接结构(b)桥架横截面结构(c)支脚结构的示意图

4.带减速防撞装置的门式起重机

[技术目的]：提供一种带减速防撞装置的门式起重机，通过采用三级减速防撞装置，能够在小车快接近终点的时候，实现三级调速、平稳停车。

[技术方案]：图4为带减速防撞装置的门式起重机结构示意图，包括水平主梁、可在水平主梁上行走的小车、用于驱动小车行走的驱动马达和用于支撑水平主梁的支腿，门式起重机还包括小车减速防撞装置，小车减速防撞装置包括红外线发射装置、红外线接收装置和红外控制电路，红外线发射装置设置在水平主梁上的小车终点处，红外线接收装置设置在小车上，且与红外控制电路电连接，红外控制电路设置在小车上并与驱动马达的控制器电路连接。根据红外线发射装置于红外线接收装置之间的距离长短，小车减速防撞装置通过驱动马达的控制器对驱动马达实现三级变速控制。

图4 带减速防撞装置的门式起重机结构示意图

[技术效果]：通过在小车上加装减速防撞装置，能够在小车在接近终点的设定位置触发，根据红外线发射装置与红外线接收装置之间的距离长短，小车减速防撞装置通过驱动马达的控制器对驱动马达实现三级变速控制，实现减速一档一减速二档一停止的三级调速效果，从而保证小车不会以很大的速度在极限位置撞车止档，不仅避免了小车出轨翻车的风险，对于小车本体也是一种很好的保护，延长了小车的使用寿命。（CN200920128670.6）

门式起重机简介，西安机电网，2009-12-28，http://jd108.cn/news/jszx/msqcjjg.aspx 浙江华东机电工程有限公司，折叠式门式起重机，CN200820086410.2[P]，2009-03-18 中冶建工有限公司，单腿行走的门式起重机，CN200920126386.5[P]，2009-11-11，江苏万富安机械有限公司，易装卸门式起重机，CN200920128671.0[P]，2010-05-12，江苏万富安机械有限公司，带减速防撞装置的门式起重机，CN200920128670.6[P]，2010-05-12 参考文献[1]门式起重机简介，西安机电网，2009-12-28，http://jd108.cn/news/jszx/msqcjjg.aspx [2]浙江华东机电工程有限公司，折叠式门式起重机，CN200820086410.2[P]，2009-03-18 [3]中冶建工有限公司，单腿行走的门式起重机，CN200920126386.5[P]，2009-11-11，[4]江苏万富安机械有限公司，易装卸门式起重机，CN200920128671.0[P]，2010-05-12，[5]江苏万富安机械有限公司，带减速防撞装置的门式起重机，CN200920128670.6[P]，2010-05-12 提供本文相关主题文