引言

全球化背景下，集裝箱海運(yùn)已經(jīng)成為國際貿(mào)易的重要途徑。港口作為連接水陸運(yùn)輸?shù)臉屑~，其集裝箱裝卸效率直接影響港口的生產(chǎn)效率和競爭力。軌道式集裝箱龍門起重機(jī)是港口進(jìn)行集裝箱裝卸作業(yè)的重要工具，其穩(wěn)定性直接關(guān)系港口生產(chǎn)效率。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，智能化制造技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)，基于智能化制造技術(shù)來進(jìn)行軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的自動化制造，可以更好地提升起重機(jī)的制造質(zhì)量和穩(wěn)定性，從而全面提升港口集裝箱裝卸作業(yè)效率，提升港口競爭力。

1、軌道式集裝箱龍門起重機(jī)結(jié)構(gòu)組成

大型港口使用的軌道式集裝箱龍門起重機(jī)是由軌道、運(yùn)行小車、吊具、門架以及電氣控制系統(tǒng)等設(shè)備共同組成。門架包括主梁和門腿兩個(gè)部分，是軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的主體結(jié)構(gòu)。主梁采用偏軌箱形梁設(shè)計(jì)由兩根箱形端梁組成框梁，框梁兩端通過高強(qiáng)度螺栓連接、焊接或者鉸接等方式與門腿進(jìn)行連接。通常情況下，門架的跨度為18～35m，可升起高度＞40m。門腿下方設(shè)置有運(yùn)行小車，通過小車的輪子與軌道連接，實(shí)現(xiàn)軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的移動。小車中設(shè)置了駕駛室、電控柜、減搖裝置以及電纜拖輪等，通過自動化操作或者人工操作等方式來控制軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的移動和集裝箱裝卸等。吊具設(shè)置在門架的主梁上，實(shí)現(xiàn)集裝箱的起吊功能。同時(shí)吊具能夠進(jìn)行伸縮與旋轉(zhuǎn)，對集裝箱的方位等進(jìn)行有效控制。

軌道是根據(jù)起重機(jī)的工作需求來進(jìn)行設(shè)計(jì)，對軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的移動方向進(jìn)行控制。部分軌道式集裝箱龍門起重機(jī)采用了帶電軌道的方式來為起重機(jī)進(jìn)行供電。電氣控制系統(tǒng)是整個(gè)起重機(jī)的控制單元，通過大車系統(tǒng)、小車系統(tǒng)、升起系統(tǒng)以及變幅系統(tǒng)等傳動系統(tǒng)進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)對起重機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)集裝箱的裝卸工作。

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的規(guī)格得到了較大的提升，如表1所示。同時(shí)，通過電氣傳動和控制技術(shù)的應(yīng)用，有效提升了軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的穩(wěn)定性、可靠性和靈活性。

表1軌道式集裝箱龍門起重機(jī)規(guī)格參數(shù)變化表

2、軌道式集裝箱龍門起重機(jī)功能特點(diǎn)

軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的主要功能是進(jìn)行集裝箱貨輪的集裝箱裝卸作業(yè)。充分利用布置在港口上的軌道式集裝箱龍門起重機(jī)軌道，能夠使起重機(jī)在港口上進(jìn)行靈活移動，實(shí)現(xiàn)對各個(gè)泊位的貨輪進(jìn)行集裝箱的裝卸作業(yè)。軌道式集裝箱龍門起重機(jī)具有較大的門架跨度，可以實(shí)現(xiàn)一次性濟(jì)寧多個(gè)集裝箱的運(yùn)輸裝卸，同時(shí)充分利用其移動速度，能夠有效實(shí)現(xiàn)集裝箱的快速轉(zhuǎn)運(yùn)。另外，在隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，激光定位技術(shù)、視覺技術(shù)等應(yīng)用于起重機(jī)吊具的定位中有效提升了起重機(jī)進(jìn)行集裝箱裝卸作業(yè)的精準(zhǔn)性。通過模糊比例－積分-微分算法、自適應(yīng)控制算法等智能算法有效實(shí)現(xiàn)了起重機(jī)的精準(zhǔn)控制，并消除了起重機(jī)在裝卸運(yùn)輸集裝箱過程中的擺動情況，提升了起重機(jī)裝卸運(yùn)輸集裝箱的安全性和工作效率。通過徑向同步技術(shù)來進(jìn)行小車與吊具運(yùn)動的協(xié)調(diào)控制，進(jìn)一步提升了起重機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量，降低整個(gè)設(shè)備的操作難度。

3、軌道式集裝箱龍門起重機(jī)制造工藝現(xiàn)狀

隨著我國工業(yè)技術(shù)的提升，軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的制造工藝得到了較大的提升。但是在起重機(jī)設(shè)計(jì)、制造、裝配等環(huán)節(jié)仍然存在一定的不足。首先設(shè)計(jì)問題。軌道式集裝箱龍門起重機(jī)主要采用經(jīng)驗(yàn)公式和有限元分析等方式來進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方式無法有效保證起重機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度控制與質(zhì)量控制等方面的平衡性，導(dǎo)致起重機(jī)存在機(jī)構(gòu)冗余的情況，導(dǎo)致起重機(jī)的質(zhì)量過大，不僅增加了起重機(jī)的制造成本，還會使起重機(jī)的運(yùn)行能耗增加。其次是制造問題。軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的制造具有較強(qiáng)的精密性，但是部分起重機(jī)制造企業(yè)在設(shè)備老舊，制造技術(shù)落后等情況，導(dǎo)致起重機(jī)各個(gè)零部件制造過程中存在精密度不足的情況，無法有效實(shí)現(xiàn)零件的模塊化制作，嚴(yán)重增加了起重機(jī)維護(hù)保養(yǎng)的難度。同時(shí)在進(jìn)行起重機(jī)結(jié)構(gòu)件制造過程中主要采用人工焊接的方式，不僅生產(chǎn)效率較低，還存在焊接質(zhì)量問題，影響起重機(jī)的整體性能，導(dǎo)致軌道式集裝箱龍門起重機(jī)在使用過程中出現(xiàn)安全事故。最后是裝配環(huán)節(jié)的不足。我國軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的裝配主要采用人工裝配的方式，無法有效保證裝配過程中各個(gè)構(gòu)件連接的精準(zhǔn)性，導(dǎo)致起重機(jī)在使用過程中容易發(fā)生故障，不利于集裝箱裝卸作業(yè)的高效進(jìn)行，嚴(yán)重影響了港口工作效率。

4、軌道式集裝箱龍門起重機(jī)自動化制造工藝研究

4.1軌道式集裝箱龍門起重機(jī)輕量化設(shè)計(jì)

軌道式集裝箱龍門起重機(jī)輕量化設(shè)計(jì)過程中，選擇合適的材料來作為軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的生產(chǎn)材料，確保通過輕量化設(shè)計(jì)后，起重機(jī)依然具備較強(qiáng)的性能。傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中主要采用了Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼材料來作為生產(chǎn)原材料，但是該材料無法更好地滿足軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的輕量化設(shè)計(jì)要求以及港口更高的作業(yè)要求。所以，需要采用具有更高屈服強(qiáng)度、更低密度的材料來進(jìn)行軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的生產(chǎn)，并充分結(jié)合各個(gè)部件的工藝需求來合理進(jìn)行材料的選擇。常見的輕量化材料性能如表2所示。充分利用鋁合金、鎂合金以及碳纖維材料等來作為軌道式集裝箱龍門起重機(jī)小車、平臺等結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)材料，可以有效降低起重機(jī)設(shè)備的整體重量，從而有效降低起重機(jī)設(shè)備的能耗。輕量化設(shè)計(jì)中。還需要保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下，對結(jié)構(gòu)形狀和截面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方案來進(jìn)一步降低結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。主梁是軌道式集裝箱龍門起重機(jī)中最大的承力構(gòu)件，同時(shí)也是質(zhì)量最大的構(gòu)件。采用拓?fù)鋬?yōu)化等措施來進(jìn)行主梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合使用高強(qiáng)度鋼材能夠有效實(shí)現(xiàn)將主梁的質(zhì)量降低10%～20%，并不影響主梁的承力能力。在小車等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，通過使用鋁合金等輕質(zhì)材料，并通過截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)等方式可以有效將小車的質(zhì)量降低30%～40%，進(jìn)一步降低整個(gè)起重機(jī)的質(zhì)量。

表2常見輕量化材料性能參數(shù)表

4.2精密加工工藝

軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的精密程度直接影響港口工作效率，所以在進(jìn)行軌道式集裝箱龍門起重機(jī)制造過程中需要采用更加精密的生產(chǎn)工藝來進(jìn)行各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作。傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)中主要采用銑削、切削以及磨削等加工工藝來進(jìn)行起重機(jī)構(gòu)件的加工，這種加工方式無法有效提升起重機(jī)的精密度。所以需要在加工過程中充分利用自動化技術(shù)來進(jìn)行起重機(jī)相關(guān)構(gòu)件的加工。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。充分利用數(shù)控加工技術(shù)中的銑削工藝、五軸聯(lián)動加工方式以及高速切削技術(shù)等能夠有效提升軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的加工精密度。采用數(shù)控銑削加工工藝能夠進(jìn)行較為復(fù)雜的構(gòu)件加工，通過該方式來進(jìn)行主梁吊耳的加工能夠有效提升加工效率和精度，將吊耳的加工精度控制到IT6等級。采用五軸聯(lián)動加工方式可以實(shí)現(xiàn)對一個(gè)構(gòu)件同時(shí)進(jìn)行多個(gè)加工面的加工，通過該方式來進(jìn)行起重機(jī)回轉(zhuǎn)支承、萬向節(jié)等部件的加工能夠一次性進(jìn)行多個(gè)工面的加工處理，并就愛那個(gè)加工精度控制為0.01mm，有效提升結(jié)構(gòu)部件生產(chǎn)效率。高速切削技術(shù)則是采用提升主軸轉(zhuǎn)速，并與立方氮化硼、聚立方氮化硼等加工刀具進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用能夠有效提升結(jié)構(gòu)部件加工過程中的切削速度，全面提升工件加工速度。例如采用高速切削技術(shù)，將主軸的旋轉(zhuǎn)速度控制為24000r/min，并將給進(jìn)速度控制為7m/min，進(jìn)行主梁端梁連接板的加工，能夠?qū)⒐ぜ庸r(shí)間縮短2/3，同時(shí)能夠?qū)⒓庸ぜ砻娴拇植诙瓤刂茷椤?.8μm的水平。

4.3 結(jié)構(gòu)件的自動化制造

切割、焊接、裝配等結(jié)構(gòu)件制造工序是軌道式集裝箱龍門起重機(jī)制造過程中非常重要的工序，傳統(tǒng)制造中主要采用手工操作的方式來進(jìn)行各項(xiàng)制造工序的工作。但是這種方式不僅無法有效保證結(jié)構(gòu)件制造效率，還會因?yàn)槿藶橐蛩貙?dǎo)致結(jié)構(gòu)件制造存在質(zhì)量問題?；谥悄苤圃旒夹g(shù)的自動化制造工藝能夠有效保證結(jié)構(gòu)件制造的質(zhì)量與效率，并且能夠有效降低結(jié)構(gòu)件制造的成本。結(jié)構(gòu)件材料切割過程中，自動化制造技術(shù)通過CAD模型來進(jìn)行切割路徑的確定，并通過等離子切割機(jī)來進(jìn)行結(jié)構(gòu)件的切割工作，能夠有效將切割精密度控制在±0.5mm范圍內(nèi)，同時(shí)還能夠有效提升切割施工速度，有效縮短結(jié)構(gòu)件切割時(shí)間，提升工作效率。結(jié)構(gòu)件焊接加工過程中采用焊接機(jī)器人可以有效實(shí)現(xiàn)柔性自動化焊接。采用離線編程技術(shù)來對結(jié)構(gòu)件焊接的工藝流程進(jìn)行設(shè)置，并采用傳感技術(shù)來進(jìn)行焊接效果的分析與判斷，有效實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人焊接技術(shù)的良好應(yīng)用。

同時(shí)，通過多軸焊接機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)件多個(gè)焊接點(diǎn)位進(jìn)行同時(shí)焊接，不僅具有較高的焊接質(zhì)量，還能有效提升焊接效率。在結(jié)構(gòu)件裝配環(huán)節(jié)，通過柔性生產(chǎn)線和搬運(yùn)機(jī)器人等的有效配合可以實(shí)現(xiàn)軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的自動化裝配。同時(shí)在裝配過程中可以采用激光跟蹤儀來進(jìn)行各個(gè)結(jié)構(gòu)件的檢測定位，保證結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量和精度均滿足軌道式集裝箱龍門起重機(jī)裝配工藝的質(zhì)量要求；采用柔性工裝夾具和啟動壓緊裝置來進(jìn)行各個(gè)結(jié)構(gòu)件的主裝，可以將結(jié)構(gòu)件的裝配精度控制在±0.2mm的精度范圍內(nèi)，確保結(jié)構(gòu)件裝配質(zhì)量。另外，采用機(jī)器視覺和高頻識別等技術(shù)來進(jìn)行裝配工藝中各項(xiàng)工藝流程的監(jiān)測，能夠更好地實(shí)現(xiàn)裝配工藝質(zhì)量控制，確保裝配工藝滿足工藝要求。

4.4 電氣系統(tǒng)集成

電氣系統(tǒng)是軌道式集裝箱龍門起重機(jī)非常重要的組成部分，需要為起重機(jī)提供電源供應(yīng)的同時(shí)還需要為電機(jī)拖動、傳感器檢測以及自動化控制等多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行供電。采用智能化技術(shù)來進(jìn)行各個(gè)電氣系統(tǒng)的管理可以有效提升起重機(jī)設(shè)備的可靠性和安全性以及工作效率。充分結(jié)合當(dāng)前智能化電氣系統(tǒng)實(shí)際情況，采用了現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)方式來進(jìn)行起重機(jī)電氣系統(tǒng)的集成。采用DeviceNet技術(shù)和PROFIBUS技術(shù)等有效實(shí)現(xiàn)總線與各個(gè)子系統(tǒng)之間的互聯(lián)，全面提升設(shè)備層與控制層之間的通信質(zhì)量，有效將設(shè)備層系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間控制在20ms以內(nèi)。采用EtherCAT系統(tǒng)來進(jìn)行起重機(jī)運(yùn)動系統(tǒng)控制，可以將位置環(huán)的控制周期縮短到100μs，將速度環(huán)和電流環(huán)的控制周期縮短為50μs，有效提升起重機(jī)的升起與變幅等機(jī)構(gòu)的性能。

在變頻調(diào)速系統(tǒng)自動化控制中，采用絕緣柵雙極型晶體管的高壓變頻器與永磁同步電機(jī)進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用可以有效提升變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作效率。同時(shí)充分結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等來進(jìn)行起重機(jī)系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測分析，可以在軌道式集裝箱龍門起重機(jī)運(yùn)行過程中，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)參數(shù)的監(jiān)測，并通過大數(shù)據(jù)技術(shù)來對起重機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行分析，判斷起重機(jī)可能發(fā)生的故障，并及時(shí)采取對應(yīng)的故障處理措施，保證起重機(jī)運(yùn)行的安全性，降低故障發(fā)生率，確保起重機(jī)的工作質(zhì)量和效率，預(yù)防安全事故的發(fā)生。

5、結(jié)語

綜上所述，本文通過對軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和功能特點(diǎn)等進(jìn)行分析，并對我國軌道式集裝箱龍門起重機(jī)制造工藝現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，明確了軌道式集裝箱龍門起重機(jī)制造過程中需要從結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)、提升加工精密度、自動化制造以及電氣系統(tǒng)集成等方面來提升軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的制造質(zhì)量。充分利用智能化制造技術(shù)來對各項(xiàng)制造工藝進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)自動化制造，可以更好地提升軌道式集裝箱龍門起重機(jī)的制造效率和質(zhì)量，確保起重機(jī)具有更好的工作性能，全面提升港口生產(chǎn)效率。