造船门式起重机的最新技术与发展趋势

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，我院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。2001年建成的沪东中华造船集团600t×170m门式起重机，是我国当进自行设计建造的最大的造船门式起重机。
　　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、最新技术
　　我公司自从上世纪九十年代中期开始设计大型造船用龙门起重机以来，经历了仿制、改进和自主研发三个阶段。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
　　在我们开展设计的前期，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，我们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。
　　目前我们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。

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