摘要:
随着集装箱运输船舶的超大型化，多数在役岸边集装箱起重机起升高度将无法适应新的需求，为适应当前形势并节约码头改造成本，文中对天津港岸边集装箱起重机液压顶升加高方法进行研究，对加高后的岸边集装箱起重机安全性及提升系统的安全性进行充分研究，给出了液压提升加高过程，改造方法合理、有效且安全、经济。
关键词: 岸边集装箱起重机; 加高; 稳定性; 液压提升
中图分类号: U653. 921
文献标识码: A
作者: 孙远韬 等
0.引言
天津港是我国沿海主枢纽港和综合运输体系的重要枢纽，是京津冀现代化综合交通网络的重要节点和对外贸易的主要口岸，是华北、西北地区能源物资和原材料运输的主要中转港，是北方地区的集装箱干线港和发展现代物流的重要港口。随着腹地经济的发展和自贸区的建设需要，天津港将逐步发展成为设施先进、功能完善、运行高效、文明环保的现代化、多功能的综合性港口。与此同时，随着3E级( 3E 级即具备更大的规模经济、能源效率和环保绩效18000TEU集装箱船) 这类超大型集装箱船的出现，使得集装箱在船舶上的堆放高度不断增加。而英国劳氏船级社和两大集运公司针对规模经济效益研究显示，在未来几年内，22000TEU集装箱将投入运营，24000TEU集装箱紧随其后也会出现。所以，早期岸边集装箱起重机( 以下简称岸桥) 在起升高度或外伸距上无法适应新的需求，购置新岸桥势必增加码头运营成本，并且造成旧岸桥的资源浪费，为了节约港口企业成本和目前自贸区及未来港口发展的需要，天津港口考虑采用岸桥起升高度加高技术来解决当前问题。
因而，岸桥加高技术对于现有岸桥满足集装箱船舶大型化发展的需要有重大意义，且该技术能节省港口企业的运营成本，提高港口机械先进技术，对于港口企业的进一步发展具有重大意义。
1.岸桥加高总体方案
为了适应生产和发展需要，天津集装箱码头组织技术力量对其61t、62.5m 岸桥进行加高改造，要求整体抬高6m，采用立柱下部加高6m的方法，如图1所示。
2.岸桥加高安全性分析
为了保证改造后岸桥的安全性能符合相关设计规范如GB /T 3811—2008 和FEM 标准等，满足企业的安全需要，需要全面对加高前后的岸桥力学性能进行安全校核，给出相关的安全辅助设计措施，通常安全校核轮压与稳定性、结构强度、整体倾覆性、主要受力结构稳定性、强度及轮压变化等。还有一个重要特性是分析整机结构的动态刚度，以确保加高后整机的振动特性不发生较大变化，从而保证司机工作时的舒适性，从而提高作业安全性。
1) 轮压与稳定性
加高后整机自重不仅增加，重心也有所上移，外载荷的倾覆力矩将会增大。从目前对已加高的岸桥进行计算后来看，主要是惯性力与风载荷对轮压与稳定性的影响较大。当轮压与稳定性受限时，惯性力可通过适当降低运行起制动时间来满足，暴风状态往往使得这些岸桥需要增加防风拉索以保持足够的稳定性。表1是天津港62. 5m 岸桥加高6m后情况，A、B、C、D 表示门腿位置，如图3所示。
改造后的结构起升高度更高，为了保证结构静强度在材料的许用应力范围以内，需要对改造后的静强度进行校核。从目前的计算结果来看，门框属于刚度控制构件，表2是62. 5m 岸桥加高6m后应力变化情况，需要指出的是最大应力位置，根据机型都会发生一定的变化。
计算采用midas NFX有限元建模计算，midas NFX 相较于其他有限元分析软件具有更友好的交互式操作界面，更快速便捷的建模方法以及良好的计算精度。而且其加载机后处理过程也较为直观和方便。相较于其他有限元分析软件，可以明显缩短工期，提高计算效率。midas NFX由midas NFX ( Designer) 和midas NFX ( Analyst) 等程序构成。
midas NFX ( Designer) 是面向普通设计者和分析初学者的程序，它由CAD 模型为基础的工作方式构成，并通过活用各种自动化功能，以最小输入方便又快速地实现了设计过程中的前后处理与分析。midas NFX 是面向专业设计者和资深分析员的程序。它由CAD 模型和有限元模型为基础的工作方式构成，且支持由固体、外壳、支架等多种单元构成的混合模型。并利用自带的几何建模和各种网格制作功能，实现了精密的建模和分析以及结果分析的常用/专用的前后处理。
窗口环境方便的用户接口、与多种CAD 程序的接口、CAD 标准的各种几何建模功能、实用的网格制作功能、快速又正确的分析功能、以及利用最新图形技术的后处理可视化功能和结果分析等功能为常用的结构分析过程开阔了崭新的模式。
本次建模主体结构主要采用midas NFX 杆单元( 即通常的梁单元，可承受弯矩) ，前后拉杆采用棒单元( 只能承受轴向力) ，弹性模量取
Pa，泊松比取0.3。建模时把一些附属结构按质量折合到金属结构里面，根据各部分的质量不同分别折算密度。所以，模型中材料的密度会比理论值大，以保证岸桥总质量相等且质量分布基本一致。应力云图见图4。
根据有限元计算结果，得到加高后的岸桥在一、二类工况下的强度安全性，均满足要求。其正常工作工况下，岸桥的最大应力出现在车位于前大梁62.5m 处满载61t起升下降制动，工作风沿着小车轨道吹时，值为211.5MPa，小于许用应力值。且整机的稳定性、轮压也均合格。而且加高后的岸桥，在非工作状态和各种极限状态均满足要求，但是需要防风拉锁。其工作状态突遇暴风的最大耐风力强度为31m/s²，大车行走突然急停，最大的惯性载荷等也满足设计要求。
3) 起重机动态刚度
固有频率是设备的一种固有特性，是反映结构动刚度的一个重要指标。起重机固有频率过低，晃动的幅度大且衰减周期过长，司机往往会感到恐惧。一般来说如果没有加强措施，所计算出来的频率变化在14%~25%，但从目前改造情况看，由于整体结构采取充分措施加强，使得改造后固有频率变化不大。
4) 提升系统安全性评价
整机在除去行走和海、陆侧门框下横梁的质量后约为1300t，以此为提升总重。选用8台液压提升液压缸，2台液压提升泵站，每台提升液压缸的提升能力为350t，提升总能力为2800t，安全系数为2.15，提升液压缸的提升能力利用系数为47%，保证了提升液压缸的安全。根据提升装置结构计算结果，其结构的最大应力为189.9MPa，许用应力为251.5MPa，提升装置结构的安全系数为1.33，保证了整个提升系统的安全。
3.岸桥改造措施
岸桥的实施主要过程包括岸桥门框立柱加高部分，相关零部件梯子平台、电梯支架、电缆支架、电缆等的拆装，提升装置安装，岸桥联系横梁的安装，利用液压同步提升技术提升岸桥，加入加高结构，整机贯通复位，试车验收等主要工作环节。施工过程见图5。
图5施工过程
加高准备前还需要将岸桥停放到指定的改造位置，把吊具升到最高位置; 小车停到停车位置，前大梁扬起; 绑扎固定小车等活动部件; 电梯停到最低停层; 按要求固定绑扎大车行走等岸桥下部结构; 割除与岸桥提升改造相干涉的物件，并打磨平整。
而在安装提升设备时，需要安装支承梁、提升支架、提升支架斜撑、提升梁、提升横梁、托梁等; 安装前需整体划线，注意提升装置与岸桥相对位置的控制，保证中心重合先安装支承梁。对立柱牛腿进行装焊时首先要划线、定位尺寸，牛腿侧板要对齐箱体面板，要求4牛腿同高，然后将牛腿吊装到位，点焊固定。
安装提升横梁及托梁需要根据划线尺寸将托梁吊装到支腿中心位置，托梁下需事先放置好枕木，枕木高度需要满足后续钢绞线安装的需求。吊装提升横梁放在托梁上，提升横梁吊装后需注意与附近立柱固定，防止后续吊装时碰撞出现危险。待提升支架安装完毕，安装钢绞线时方可拆除。
提升前还需要对提升系统进行调试，检查线路、零部件是否安装到位，是否处于正常工作状态，并进行分动测试和联动测试。
在加高改造完成后还需要拆除提升装置，安装新增零部件，去除临时搭焊的吊耳、平台支撑，对于油漆破坏部位打磨补漆等。
为了保证施工的安全，还需设定一些安全保障措施。例如，特种作业人员需持证上岗; 施工人员需遵守安全操作规定和起重机安装与拆卸安全管理细则; 登高作业2m 以上，使用安全带; 禁止高空抛掷任何物件; 吊装构件在地面进行组装，且要采取可靠的安全措施; 保证电线电缆绝缘等。
4.结论
从目前的加高改造措施上看，需要严格按照相关设计规范，采取多种局部强化措施，所改造后的安全性能通常是足够的，能够满足生产需要。
从改造过程看，采用本文所述加高工艺方案，单台岸桥计划改造施工周期较短，改造过程对企业影响小。从最后的直接经济效益看，岸桥改造总费用为购买1 台新岸桥的8%~10%，经济性好。
改造后的岸桥在经济上和安全技术上均达到预定要求，随着自贸区的深化和扩展，本加高对其他港口的岸桥加高也有借鉴和参考意义。
参考文献
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作者
