维普资讯 http://www.cqvip.com 起重机常用防摇系统分析 大连重工・起重集团有限公司 李维越 摘要：分析了起重机常用防摇系统的特点，提出了倒八字绳系是解决起重机摇摆问题的最佳方案，具有 很大的推广价值。 关键词：起重机；防摇系统 Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉ１ｌｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａｎｔｉ—ｓｗｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｃｒａｎｅｓ．ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｈｅ“ｈｏｒｎ ｉｎ ｒｅｖｅｒｓｅ”ｔｙｐｅ ｉｗｒｅ ｒｏｐｅ ａｎｔｉ—ｓｗｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ Ｃａｎ ｓｏｌｖｅ ｌｏａｄ ｓｗｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｌａｎｇ；ａｎｔｉ—ｓｗｉｎｇ 起重机搬运作业时，大、小车运行的起、制动 吊具所受的水平力，从而有效防止吊具和载荷的摇 所产生加（减）速度导致挠性悬挂的载荷摆动摇 晃。不需要等待吊具的停摆时间，因而生产率可以 晃，即产生单摆效应。当起重机到达指定位置，需 大幅提高。但是，导筒的设置比较复杂，设备重量 要对装卸货物进行精确定位时，因载荷摇摆不定， 增加很多，且对于大起升高度必须设置多节导筒套 无法立即进行货物的取、卸工作，使工作循环周期 装，加工制造困难，成本增加。 时间加长，生产效率降低，不能满足现代企业对生 １．３分离台车式机械减摇系统 产的高效率要求。为了减少或避免单摆效应，人们 分离台车式机械减摇系统常用于港机，如图１ 开发出多种不同的防摇系统。现以倒八字绳系为例 所示，减摇机构由分离台车系统和机械阻尼系统组 与各种常用的起重机防摇系统进行分析比较。 成。起重机小车由小车架７和减摇平衡架６组成， １起重机起升机构常用的防摇系统 减摇平衡架６通过铰轴８、９可以沿着海陆侧方向 摆动。其主要特点： 起重机常用的防摇方式有手动式、机械式、液 压式、电子式。手动式是指司机开倒车防摇；机械 式是指利用机械原理减摇或防摇，分刚性和挠性２ 大类，主要有刚性导筒制动、分离台车和倒八字绳 系３种；液压式是指液压油缸推动滑轮组防摇系 统；电子式是指完全依靠电气自动控制原理的防摇 系统。 １．１手动减摇系统 司机开倒车防摇，在生产现场经常应用。当小 车到达目标位置时，司机马上打反车，让小车反方 向运行，吊具２个方向的摆动互相抵制能较快地停 摆。这种方式，不仅使司机精神高度紧张，而且电 气元器件受冲击大，寿命低。 图１机械式吊具减摇系统示意图 １．２刚性导筒制动防摇系统 １—４．起升钢丝绳５．吊具６．减摇平衡架 刚性导筒制动防摇系统，视吊具大小设有单导 ７．小车架８、９．连接铰轴１０—１３．减摇制动器 筒或双导筒，吊具上方装设导筒（单筒设在中央、 １４、１５．卷筒１６、１７．制动盘１８ ２１．减摇钢丝绳 双筒在两侧），导筒在与小车架连接的外筒、框架 ２２—２９．减摇滑轮组３０—３３．起升滑轮组 中滚动或滑动升降，利用导筒和小车的刚性，抵制 ３４—３７．吊具滑轮３８—４１．减摇钢丝绳张紧装置 《起重运输机械》 ２００７（９） 维普资讯 http://www.cqvip.com （１）分离台车和阻尼系统结构简单。 该方法需要将非线性问题简化为线性问题或准 线性问题，因此较繁琐，其应用受到限制。后来出 现了速度控制模式，采用变频器通过输出频率来改 （２）因分离台车开度大，其自身减摇能力较 强。 （３）可通过定期调整制动器制动力矩改变阻尼 量，获得最佳减摇效果。 变电机转速。通常采用闭环控制，实际应用中容易 出现小车运行速度调整太频繁，司机不舒服的现 象，导致某些装备了电子防摇系统的吊具起重机后 （４）维护方便。因分离台车采用螺杆驱动方 式，故维护量很小；阻尼系统采用大倍率滑轮组， 钢丝绳直径小、易于维护、保养及调整更换。 １．４液压减摇系统 用液压缸推动式防摇是对已有摇摆进行控制， 而不能防止摇摆发生。该防摇系统在国外港机上用 的较多。但该系统结构复杂（见图２），对液压系 统维护要求高。 图２液压减摇系统 Ｉ．吊具２．减摇液压缸３．动滑轮４．定滑轮 ５．减摇钢丝绳６．起升钢丝绳７．小车架８．定滑轮 ９．减摇钢丝绳缠绕卷简ｌ０．起升卷筒 ＩＩ、链传动装置１２．液压泵站 １．５电子式减摇系统 针对吊重摇摆原因是因为吊重与小车之间连接 的挠性钢丝绳，在大小车运行机构突然起、制动 时，吊重产生摇摆。因此，电子防摇系统发展主要 从控制电机输出力矩（也称力控制模式）开始，其 力学模型见图３。 图３小车一吊重系统力学模型 一５２一 来又被拆除。 带视觉传感器的电子防摇反馈控制方案是采用 激光传感器等检测摆动角度，通过调节小车的速度 和方向来减少吊重的摆动幅度。但该方法成本高， 而且在气候条件恶劣时效果不好。 国外还有模糊逻辑电路控制方案。它采用神经 信息技术和模糊技术来寻找开始加速的最佳时刻， 将有经验司机防摇实际操作的数据输入系统，以实 现最优控制。模糊控制方案能确定实施自动工作的 控制指令，将人们主观上的模糊量通过模糊集合进 行数字化定量，再利用微处理机模拟熟练司机一样 的自如操作，取得了更高的效率和安全性。 因起重机在吊载时其大、小车行程和起升高度 都是可变的，故很难确保起、制动时间的准确性， 造成编程调试难度很大。该方案比较适合应用于具 有调速系统并且程序化固定路线的循环作业。 ２倒八字绳系防摇系统 倒八字绳系防摇系统（见图４）是在十字型吊 具的４个角上，向上拉开８根起升钢丝绳（钢丝绳 经小车架上的导向滑轮缠绕在卷筒上），形成了４ 个倒八字，在４个方向拽住吊具，可有效地阻止吊 具在大小车运行方向上产生摇晃。 向 图４倒八字绳系防摇系统 ２．１力学原理分析 当小车匀速直线运动时，倒八字钢丝绳产生张 力 】＝Ｆ２，所以吊具保持静止（没有水平位移）， 见图５。当小车（起）制动时，吊具质量ｍ在 《起重运输机械》 ２００７（９） 维普资讯 http://www.cqvip.com （加）减速度下产生惯性力 ，使吊具向前（右） 产生水平力，此时倒八字钢丝绳中产生张力Ｆ 与 Ｆ２ ，因左侧绳受力加大，右侧绳受力减小，但由 该绳系在国内应用较少，大连重工・起重集团 公司（原大连起重机厂）早在２０世纪７Ｏ年代为鞍 钢提供的冶金起重机上已成功应用过该系统、并于 于吊具的重力原因右绳受力通常均大于零，即Ｆ ８Ｏ年代初期为大冶钢厂提供的动力式脱锭起重机 也采用倒八字绳系，现场反映使用效果良好。 在设计无框架单层小车的回转机构时，将回转 机构设置在吊具上，倒八字绳系还能制止钢丝绳的 扭动，起防转作用。倒八字绳系只是将通常的起升 ＞Ｆ】，０＜Ｆ２ ＜Ｆ２，如果钢丝绳的弹性伸长量忽 略不计，则吊具几何位置基本保持相对不变（ 接 近于Ｏ），这样就限制了吊重的摇摆。 机构加上几个导向滑轮即可，其构造简单、自重 轻、操作方便，是一种优越的防摇防转构造方式。 采用倒八字绳系在设计时应当注意以下几方面 问题。首先，由于钢丝绳有一定的倾斜角度，所以 钢丝绳的张力只有其垂直方向的分力是起升拉力， 钢丝绳直径应设计得稍大一些。其次，因增加导向 图５倒八字绳系受力分析 滑轮导引，钢丝绳的磨损也会随之增加，所以还应 ２．２应用 设置钢丝绳润滑装置。 倒八字绳系是一种简单、经济、可靠的起升机 构防摇方式，故国际诸多国家如德国、意大利、俄 ３各种防摇系统比较 罗斯早已应用在冶金起重机上。天津钢管有限责任 几种防摇系统比较见表１。 公司（原天津大无缝）所用起重机上就采用此类防 通过比较，可看出，倒八字绳系防摇系统明显 摇系统，防摇效果良好。 优于其他形式的防摇系统。 表１几种防摇系统的比较 形式 司机手动倒车 刚性导筒制动 分离台车 液压油缸 电子式 倒八字绳系 原理 手动 机械式、刚性 机械式、挠性 液压式、挠性 电子（含４种） 机械式、挠性 结构 最简单 较复杂 复杂 复杂 复杂 简单 成本 低 高 高 高 中或高 低 应用范围 广 起升高度低场合 有限制 有限制 有限制 广 一般（小车方 好（大、小车 较好（根据原 好（能防止大、 效果 差 较好 向），维修调试 双方向，维修 理不同，效果 小车双方向摇 复杂 调试复杂） 不同。） 摆。） ４结语 参考文献 总之，与其他方法相比，倒八字绳系防摇系统 １邹胜．集装箱起重机吊具止摆装置的工作原理及计算． 最大优点是其能在大小车双向防摇，而且其钢丝绳 起重运输机械，１９９４（７） 张力中心接近载荷中心，防摇理论先进可靠，实际 ２林致来．岸边集装箱起重机机械减摇系统．起重运输机 应用也进一步验证了其卓越的防摇性能，因此被越 械，１９９８（８） 来越多的人们所接受。目前许多港口机械（如场 作 者：李维越 桥、岸桥等）运用了此类防摇系统，有效地解决了 地 址：辽宁省大连市西岗区八一路１６９号 吊具摇摆问题，获得了众多用户认可，在所有带特 邮 编：１１６０１３ 殊吊具的起重运输机械中都极具推广价值。 《起重运输机械》 ２ＯＯ７（９） —５３一