引言

全球化背景下，集裝箱海運已經(jīng)成為國際貿(mào)易的重要途徑。港口作為連接水陸運輸?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是港口進行集裝箱裝卸作業(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)用于機械制造業(yè)，基于智能化制造技術(shù)來進行軌道式集裝箱龍門起重機的自動化制造，可以更好地提升起重機的制造質(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結(jié)構(gòu)組成

大型港口使用的軌道式集裝箱龍門起重機是由軌道、運行小車、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部分，是軌道式集裝箱龍門起重機的主體結(jié)構(gòu)。主梁采用偏軌箱形梁設(shè)計由兩根箱形端梁組成框梁，框梁兩端通過高強度螺栓連接、焊接或者鉸接等方式與門腿進行連接。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)置有運行小車，通過小車的輪子與軌道連接，實現(xiàn)軌道式集裝箱龍門起重機的移動。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的移動和集裝箱裝卸等。吊具設(shè)置在門架的主梁上，實現(xiàn)集裝箱的起吊功能。同時吊具能夠進行伸縮與旋轉(zhuǎn)，對集裝箱的方位等進行有效控制。

軌道是根據(jù)起重機的工作需求來進行設(shè)計，對軌道式集裝箱龍門起重機的移動方向進行控制。部分軌道式集裝箱龍門起重機采用了帶電軌道的方式來為起重機進行供電。電氣控制系統(tǒng)是整個起重機的控制單元，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)進行控制來實現(xiàn)對起重機的控制，實現(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的規(guī)格得到了較大的提升，如表1所示。同時，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規(guī)格參數(shù)變化表

2、軌道式集裝箱龍門起重機功能特點

軌道式集裝箱龍門起重機的主要功能是進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軌道，能夠使起重機在港口上進行靈活移動，實現(xiàn)對各個泊位的貨輪進行集裝箱的裝卸作業(yè)。軌道式集裝箱龍門起重機具有較大的門架跨度，可以實現(xiàn)一次性濟寧多個集裝箱的運輸裝卸，同時充分利用其移動速度，能夠有效實現(xiàn)集裝箱的快速轉(zhuǎn)運。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)用于起重機吊具的定位中有效提升了起重機進行集裝箱裝卸作業(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現(xiàn)了起重機的精準(zhǔn)控制，并消除了起重機在裝卸運輸集裝箱過程中的擺動情況，提升了起重機裝卸運輸集裝箱的安全性和工作效率。通過徑向同步技術(shù)來進行小車與吊具運動的協(xié)調(diào)控制，進一步提升了起重機的運行質(zhì)量，降低整個設(shè)備的操作難度。

3、軌道式集裝箱龍門起重機制造工藝現(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的制造工藝得到了較大的提升。但是在起重機設(shè)計、制造、裝配等環(huán)節(jié)仍然存在一定的不足。首先設(shè)計問題。軌道式集裝箱龍門起重機主要采用經(jīng)驗公式和有限元分析等方式來進行設(shè)計，這種設(shè)計方式無法有效保證起重機結(jié)構(gòu)強度控制與質(zhì)量控制等方面的平衡性，導(dǎo)致起重機存在機構(gòu)冗余的情況，導(dǎo)致起重機的質(zhì)量過大，不僅增加了起重機的制造成本，還會使起重機的運行能耗增加。其次是制造問題。軌道式集裝箱龍門起重機的制造具有較強的精密性，但是部分起重機制造企業(yè)在設(shè)備老舊，制造技術(shù)落后等情況，導(dǎo)致起重機各個零部件制造過程中存在精密度不足的情況，無法有效實現(xiàn)零件的模塊化制作，嚴(yán)重增加了起重機維護保養(yǎng)的難度。同時在進行起重機結(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，影響起重機的整體性能，導(dǎo)致軌道式集裝箱龍門起重機在使用過程中出現(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構(gòu)件連接的精準(zhǔn)性，導(dǎo)致起重機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自動化制造工藝研究

4.1軌道式集裝箱龍門起重機輕量化設(shè)計

軌道式集裝箱龍門起重機輕量化設(shè)計過程中，選擇合適的材料來作為軌道式集裝箱龍門起重機的生產(chǎn)材料，確保通過輕量化設(shè)計后，起重機依然具備較強的性能。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的輕量化設(shè)計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度、更低密度的材料來進行軌道式集裝箱龍門起重機的生產(chǎn)，并充分結(jié)合各個部件的工藝需求來合理進行材料的選擇。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小車、平臺等結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)材料，可以有效降低起重機設(shè)備的整體重量，從而有效降低起重機設(shè)備的能耗。輕量化設(shè)計中。還需要保證結(jié)構(gòu)強度的情況下，對結(jié)構(gòu)形狀和截面進行優(yōu)化設(shè)計，通過優(yōu)化設(shè)計方案來進一步降低結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。主梁是軌道式集裝箱龍門起重機中最大的承力構(gòu)件，同時也是質(zhì)量最大的構(gòu)件。采用拓?fù)鋬?yōu)化等措施來進行主梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，結(jié)合使用高強度鋼材能夠有效實現(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)計等方式可以有效將小車的質(zhì)量降低30%～40%，進一步降低整個起重機的質(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的精密程度直接影響港口工作效率，所以在進行軌道式集裝箱龍門起重機制造過程中需要采用更加精密的生產(chǎn)工藝來進行各個結(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行起重機構(gòu)件的加工，這種加工方式無法有效提升起重機的精密度。所以需要在加工過程中充分利用自動化技術(shù)來進行起重機相關(guān)構(gòu)件的加工。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)在機械制造領(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的加工精密度。采用數(shù)控銑削加工工藝能夠進行較為復(fù)雜的構(gòu)件加工，通過該方式來進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)動加工方式可以實現(xiàn)對一個構(gòu)件同時進行多個加工面的加工，通過該方式來進行起重機回轉(zhuǎn)支承、萬向節(jié)等部件的加工能夠一次性進行多個工面的加工處理，并就愛那個加工精度控制為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，并將給進速度控制為7m/min，進行主梁端梁連接板的加工，能夠?qū)⒐ぜ庸r間縮短2/3，同時能夠?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行各項制造工序的工作。但是這種方式不僅無法有效保證結(jié)構(gòu)件制造效率，還會因為人為因素導(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模型來進行切割路徑的確定，并通過等離子切割機來進行結(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)件切割時間，提升工作效率。結(jié)構(gòu)件焊接加工過程中采用焊接機器人可以有效實現(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行設(shè)置，并采用傳感技術(shù)來進行焊接效果的分析與判斷，有效實現(xiàn)了機器人焊接技術(shù)的良好應(yīng)用。

同時，通過多軸焊接機器人可以實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)件多個焊接點位進行同時焊接，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)線和搬運機器人等的有效配合可以實現(xiàn)軌道式集裝箱龍門起重機的自動化裝配。同時在裝配過程中可以采用激光跟蹤儀來進行各個結(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行各個結(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，采用機器視覺和高頻識別等技術(shù)來進行裝配工藝中各項工藝流程的監(jiān)測，能夠更好地實現(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非常重要的組成部分，需要為起重機提供電源供應(yīng)的同時還需要為電機拖動、傳感器檢測以及自動化控制等多個系統(tǒng)進行供電。采用智能化技術(shù)來進行各個電氣系統(tǒng)的管理可以有效提升起重機設(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)方式來進行起重機電氣系統(tǒng)的集成。采用DeviceNet技術(shù)和PROFIBUS技術(shù)等有效實現(xiàn)總線與各個子系統(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)時間控制在20ms以內(nèi)。采用EtherCAT系統(tǒng)來進行起重機運動系統(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，有效提升起重機的升起與變幅等機構(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進行聯(lián)合應(yīng)用可以有效提升變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作效率。同時充分結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等來進行起重機系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測分析，可以在軌道式集裝箱龍門起重機運行過程中，實現(xiàn)各項參數(shù)的監(jiān)測，并通過大數(shù)據(jù)技術(shù)來對起重機運行數(shù)據(jù)參數(shù)進行分析，判斷起重機可能發(fā)生的故障，并及時采取對應(yīng)的故障處理措施，保證起重機運行的安全性，降低故障發(fā)生率，確保起重機的工作質(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的結(jié)構(gòu)組成和功能特點等進行分析，并對我國軌道式集裝箱龍門起重機制造工藝現(xiàn)狀進行了分析，明確了軌道式集裝箱龍門起重機制造過程中需要從結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計、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的制造質(zhì)量。充分利用智能化制造技術(shù)來對各項制造工藝進行優(yōu)化，實現(xiàn)自動化制造，可以更好地提升軌道式集裝箱龍門起重機的制造效率和質(zhì)量，確保起重機具有更好的工作性能，全面提升港口生產(chǎn)效率。