簡析船塢起重設備關鍵技術

孔新華 辛業(yè)

（泰安泰山福神齒輪箱有限責任公司 山東泰安 271000）

在全球經(jīng)濟高速發(fā)展的背景下，人們對于海洋方面產(chǎn)生的需求正在不斷提升，這也為海洋開發(fā)力度的提升起到了良好的促進作用，從而更好地滿足能源供應方面的基本需求。隨著開采力度的不斷提升，各類探測儀器、開采儀器的精密程度也在持續(xù)提升。為了更好地促進各類工程項目的順利開展，就必須要提高對于船塢起重設備的重視程度，確保其能夠更好地發(fā)揮出實際作用。

1 船塢起重設備的基本概述

1.1 大型起重船發(fā)展

在起重船的初級發(fā)展階段中，就是在船舶的甲板部位上放置調(diào)車，這樣就能夠直接在海面上進行各類起重動作。而針對這種船與吊車結合的形式進行了改造優(yōu)化，便形成了第一臺船用起重機，在后續(xù)科學技術高速發(fā)展的背景下，起重船自身的能力正在不斷提升，再加上經(jīng)濟發(fā)展及使用方式等方面產(chǎn)生的變化，其對于起重船所提出的要求比較高。如果起重噸位高于2000t，就出現(xiàn)了浮式起重船，這種起重船又可以詳細劃分為駁型及船型兩種不同類型，而每種類型的起重船都有著完全不同的用處。隨著船舶數(shù)量的不斷提升，起重設備已經(jīng)從最開始的幾百噸發(fā)展到了目前的幾千噸，如上海打撈局、煙臺打撈局及中鐵大橋局等單位，其所采用的大型起重船設備都處在國家的領先水平，通過這部分起重設備的應用，不僅可以高效地完成船舶打撈、建筑物拆卸等大型工程項目，也能夠穩(wěn)步提高工作效率與工作質量。

1.2 起重機的具體類型

1.2.1 駁型起重機

駁型起重機與長方形較為類似，為了更好地開展作業(yè)，其中不會設置梁拱等，整體船體結構相對于其他船型來說較為簡便，這也有利于在船體當中放置一些其他的貨物等。同時，駁型船也容易進行慣性加速，所承受的慣性力也相對較高，會產(chǎn)生極大的拖航阻力，如果船體的整體設計存在缺陷，在拖航階段中就會對自身或是過往的其他船只產(chǎn)生較為嚴重的損傷，然而在大部分情況下，通過駁型起重船可以有效滿足鋪管及起重等基本的工作需求，這也使其得到了十分廣泛的應用。

1.2.2 船型與半潛式起重船

船型起重船具備著自主航行、調(diào)遣速度較快及容易進行定位等多種特征，但這種船型的船體在布置階段中會受到較大的限制，由于干舷比較高及甲板不夠寬等多種原因產(chǎn)生的影響，使得這種船型并不常用。而半潛式起重船則集中了以上兩種類型的所有優(yōu)點，其在風浪條件下整體穩(wěn)定性比較高，但這種船在結構方面十分復雜，需要在進行多方面對比的情況下才能確定是否使用［1］。

1.2.3 雙體船

這種雙體船在船型方面有著比較大的甲板及較高的穩(wěn)定性，整體操作性較為優(yōu)異，更加安全便利，但這種雙體船的鋼鐵材料比較重，很容易出現(xiàn)扭轉擺動的問題，這就對正常的作業(yè)流程產(chǎn)生了影響，在動力定位方面，其相對于其他船只來說也比較困難。

2 目前所用的主要船塢起重設備

2.1 龍門起重機

造船龍門起重機的起重量及跨度相對比較高，主要就應用在船體分段的吊裝方面，其中還具備著船體分段作業(yè)及翻身作業(yè)的基本功能。在龍門起重機當中，其內(nèi)部的主要機構為上下小車起升機構、大車運行機構及上下小車結構等，龍門起重機當中的起升機構，通常都設置有兩臺不同的起重小車，分別是下小車以及上小車，上小車包括了兩個吊鉤，而在下小車中設置一個主鉤和一個副鉤。上小車兩個吊鉤，其在起重能力方面基本一致，并且上小車當中的兩吊鉤主要布置在主梁的外側結構上，可以同時進行翻身作業(yè)。而龍門起重機的上下小車，還可以沿著龍門的主吊梁運轉，兩個小車并不共軌，這也有利于下小車在上小車下進行穿越，兩小車呈現(xiàn)出一種互相移動的狀態(tài)，彼此之間并不干涉。

2.2 門座式起重機

在我國目前的船廠船塢作業(yè)區(qū)域當中，其所采用的起重設備主要為門座式起重機，其中包括了兩種完全不同的設備類型，分別為錘型門座式起重機及四連桿門座式起重機，其中的錘型門座式起重機，主要就是由圓筒門架、牽引小車以及回轉機構等多種內(nèi)容所構成；而四連桿門座式起重機的設計、制造以及運轉經(jīng)驗都比較成熟，在四連桿門座式起重機當中，具體包括了結構及機構這兩種部分，其中的機構部分主要包括了運行、變幅、回轉及起升這4個主要機構，而結構則是指門架、人字架、臂架系統(tǒng)及轉臺等。在四連桿門左起重機變幅機構當中，其主要就是通過四連桿的應用保證貨物可以在水平的方向上進行前后運動。而與常規(guī)四連桿門座式起重機存在的不同之處就在于，錘型門座式起重機在進行變幅作業(yè)的實際過程中，會通過牽引小車的移動來有效滿足變幅的基本需求，并且確保臂架高度不變，但四連桿門座式起重機在進行變幅作業(yè)時，臂架高度則會隨著作業(yè)幅度的變化而出現(xiàn)變化［2］。

3 船塢起重設備的關鍵技術

3.1 起重機技術

根據(jù)起重機的主要動作方式，可以將其劃分為兩種不同類型，分別為固定式起重機及回轉式起重機，而固定式起重機的臂架在船上的安裝位置大多數(shù)情況下都是固定的，只可以采用前后改變的方式來實現(xiàn)重物起吊的主要作用，并且吊點就位也要通過位移所實現(xiàn)，這也導致其整體工作效率相對比較低，但由于這種起重機的結構較為簡便，建造成本相對較低，這也使其在當前的船塢起重設備中仍舊存在著較高的實用性。回轉式起重機采用的則是安裝可旋轉基座的方式來完成左右移動，不僅能夠引導吊臂實現(xiàn)前后方向的移動，也可以順利完成轉臺的回轉，在起重船無法位移的情況下來高效完成各類吊物的橫向位移，其在機動性方面也遠遠高于固定式的起重機，由于是在兩側部位吊重物的過程中，其所存在的優(yōu)勢更為顯著，由于回轉式起重機吊臂可以實現(xiàn)自由旋轉，就可以將臂架放置在專門的擱架方面，通過其他手段的應用來將起重機與設備之間有效連接在一起，穩(wěn)步提升應用的安全性與穩(wěn)定性。然而，回轉式起重機的機構比較復雜，對于結構的穩(wěn)定性方面也提出了較高的要求，導致其整體建造成本比較高，但由于其所具備的優(yōu)越性，使其在船塢起重設備及海上工程吊裝等工作當中得到了十分廣泛的應用。而回轉式起重機，根據(jù)主體結構上存在的差異還可以進一步劃分成桅柱式起重機及基座式起重機，這兩種起重機在旋轉部件、連接方式以及結構組成等方面都存在著較為顯著的差異，基座式起重機就是采用旋轉基座的方式進行連接，有著較高的重量及傾覆力矩，回轉支撐機構所采用的則是滾輪式，將支柱直接焊接在船舶甲板的大直徑圓筒上，從主甲板進一步延伸到船底，這也有利于矩大力與力矩之間的傳遞，由此可見，基座式起重機適用于船塢起重當中，而回轉式起重機則適用于海洋工程吊裝中［3］。

3.2 起重機液壓系統(tǒng)

船塢起重機主要就是應用固定或是浮動生產(chǎn)平臺當中，從而在平臺與船舶之間來調(diào)運各種貨物或是人員，這種起重機具備著變幅、回轉及起升等機構，通過這些機構之間的互相配合與使用來完成相應的工作內(nèi)容，同時也屬于船塢平臺當中的必備設備。起重平臺主要是由回轉機構、變幅機構、起升機構及機構所構成，而起重機的液壓系統(tǒng)可以進一步分解為應急液壓系統(tǒng)、輔助液壓系統(tǒng)以及變幅、回轉及起升液壓系統(tǒng)。其中的起升機構及變幅機構，都是由液壓泵當中的壓力游來對馬達進行驅動，在經(jīng)過減速機的減速處理過后提升扭矩，從而帶動卷筒進行轉動，從而有效實現(xiàn)對于各類重物的起升、下降，以及臂架的變幅?；剞D機構則是采用液壓泵當中的壓力油來對馬達進行驅動，在采取同樣方式提升扭矩過后，帶動臂架當中的上部組件回轉支撐轉動。而輔助液壓系統(tǒng)大多被稱為輔助泵系統(tǒng)，主要作用就在于為上述3 個互相獨立的工作液壓系統(tǒng)提供必要的補償油液，能夠對安全裝置油壓以及油路油壓進行穩(wěn)定控制。而應急液壓系統(tǒng)則是手動泵操作系統(tǒng)，可以為起升機構來提供出必要的壓力油，進一步實現(xiàn)重物的下放，起到更加優(yōu)異的應急作用。

3.3 起重機的深入研究

在起重技術高速發(fā)展的背景下，大型起重機技術也得到了較為全面的發(fā)展優(yōu)化，而對于大型起重機來說，其主要的受力部分為船體，整體施工條件具備著多樣化特征，極限起重重量同樣比較高，這就進一步?jīng)Q定了大型起重設備的基本結構以及驅動方面，其都存在著特殊要求，主要應當在以下幾方面內(nèi)容上展開全面的技術研究。

3.3.1 吊臂桁架結構的分析設計

在目前的發(fā)展進程中，采用高強度鋼的桁架式臂架，由于整體重量比較輕，受風面積比較小及力傳遞較為優(yōu)異等多種特征，已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)的板梁臂架以及箱型梁臂架。同時，在吊臂的結構方面也從門形結構逐漸轉變成了人形結構，桁架結構的受力分析及結構設計，就是在確保起重設備起重能力不受影響的前提下，提高設備的合理性與安全性，并為后續(xù)吊臂的制造提供必要的技術條件。

3.3.2 驅動控制技術系統(tǒng)

在大型起重設備當中所采用的驅動系統(tǒng)，其主要經(jīng)歷了變流機組到液壓驅動，再到目前所采用的變頻調(diào)速交流電動機驅動的發(fā)展過程，在這一階段中不僅體現(xiàn)了技術手段的進步，也進一步突出了起重安全作業(yè)的重要性，而與工作質量的提升也起到了良好的促進作用［4］。液壓驅動系統(tǒng)與電力驅動系統(tǒng)都具備著較為顯著的優(yōu)點與缺點，液壓系統(tǒng)內(nèi)部的執(zhí)行機構在結構上比較小，整體重量較輕，但由于泄漏等多種元素產(chǎn)生的影響，其整體工作效率比較低，在維修方面也十分困難；而電力系統(tǒng)的工作效率較高，維修比較方便，然而執(zhí)行機構的體積相對較大，這就提高了吊臂的整體負荷［5］。

3.3.3 起重機操作的安全性

在大型起重機當中，其最為重要的內(nèi)容就在于操作的安全性與穩(wěn)定性，這也使得起重機各個機構中所用的驅動系統(tǒng)，其在速度方面并沒有太高的要求，所要求的只有工作范圍及調(diào)速平穩(wěn)。目前的操作系統(tǒng)、保護系統(tǒng)及安全系統(tǒng)已經(jīng)逐步完善，各類可視化技術與數(shù)字化技術的應用使得各類吊裝工作的開展有著更高的可靠性，當前采用的主要安全保護措施，主要為超限報警、力矩顯示及起升高度顯示等多種內(nèi)容，通過單板機控制來實現(xiàn)起重機的控制與聯(lián)鎖［6］。

3.3.4 起重機的升沉補償系統(tǒng)

在起重設備的實際使用階段中，其會產(chǎn)生一定程度的搖蕩運動，為了進一步提高整體起重作業(yè)的穩(wěn)定性，就應當針對起重設備的不同自由度運動進行穩(wěn)定控制，其中的縱蕩以及橫蕩就可以通過動力定位系統(tǒng)來進行穩(wěn)定控制，以此來保證起重設備偏離原本的起重區(qū)域；同時，還可以采用專業(yè)化的橫搖、縱搖補償裝置，而針對重力方向的升沉運動則很難對其進行補償，但可以采取在起重機上安裝升沉補償裝置的方式，確保起重作業(yè)有著更高的穩(wěn)定性。而在升沉補償系統(tǒng)當中，主要涉及被動補償與主動補償這兩種類型，為了避免對起重作業(yè)的正常開展造成影響，一般情況下，升沉補償系統(tǒng)當中都包含有這兩種不同的補償方式，針對升沉補償裝置和相關動力、控制設備進行研究，將有助于提升起重船作業(yè)安全性，提高作業(yè)效率。

3.3.5 信息集成技術

針對信息化集成技術所展開的深入研究，能夠將發(fā)動機控制、安全監(jiān)測監(jiān)控、極限荷載限制及液壓控制等多方面內(nèi)容有效結合在一起，并通過總線的方式來更好地完成數(shù)據(jù)信息的傳遞與控制，在真正意義上實現(xiàn)自動化、智能化的管理控制，這樣不僅能夠在最大程度上提高控制系統(tǒng)的可靠性及工作安全性，對于工作效率也能得到有效提高。

4 結語

在當前的社會環(huán)境中，隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展及群眾日常生活水平的不斷提升，社會各界對于海洋資源的重視程度正在不斷提升，這也使得海運受到了重點關注，而船舶作為進行各類海運工作及海洋工程的主要設備，為了保證其有著更高的安全性與穩(wěn)定性，就應當進一步對大型船廠船塢中的起重設備展開深入研究，深入明確目前船塢起重設備的具體配置情況，在其中明確不同類型起重設備所具備的主要特征，選擇出更加科學合理的船塢起重機配置方案，找尋出起重設備的主要技術參數(shù)，確保船塢起重設備的配置方案可以得到全方位的優(yōu)化，不斷提升起重效率及起重質量。