第四章 岸桥的环境条件、工作级别和工作模式

第四章 岸桥的环境条件、工作级别和工作模式第一节 岸桥的环境条件岸桥是在码头前沿露天进行集装箱装卸作业的。港口工作环境恶劣，必须充分考虑下述环境因素。一、环境温度由于地域差异，季节变化，昼夜温差很大。岸桥在露天条件下工作，温度变化将影响岸桥结构材 料的选用、润滑油和油脂的选用，液压系统设计和液压油及电动机、减速机的选用，控制屏的设 计，机房、操作室保温等。因此，在配置岸桥时，必须在技术规格书中明确提出其使用的最高环 境温度和最低温度的要求。一般岸桥应在一20+ 50C条件下工作，否则应作特殊对待。二、湿度 工作环境的相对湿度对岸桥的正常工作有重要影响，特别影响涂装防护等级和电气设备的防护等 级。在相对湿度为 100%的环境中，对所有电气设备都必须加装加热器，如电控屏内，电动机内 部，集电环内部等。在停止工作时，也应进行加热，保持其内部干燥。三、盐雾度 岸桥在海港工作，盐雾极大地影响到设备的涂装设计，油漆品种、施工工艺的选用。有些盐雾严 重的港口码头，结构钢板锈腐失效。栏杆锈蚀断折，螺栓锈断，因此标准规定受力钢结构最小厚 度不得小于8 mm，对型钢也提出最小厚度要求。对一些小于M12的螺栓，必须使用不锈钢螺栓； 有些栏杆用不锈钢管，或热浸锌管，个别使用实心的圆钢。室外的电气接线箱均要求用不锈钢制 作，梯子、走道、平台之类用热浸锌，压缩空气输送钢管用不锈钢管等。这些要求都是按照盐雾 程度提出的。四、冰雪环境 岸桥如果在冰雪严重的地带工作，应考虑冰雪载荷，特别是一些薄壳结构如机器房屋顶，操纵室 室顶，一些花纹板的平台，很容易堆积大量的雪，如不加考虑冰雪载荷，就有被雪压塌或压垮的 可能。五、地震环境岸桥如处于地震区域工作，应提出抗震的要求。地震载荷影响通常按作用在水平方向作用力考虑(最不利方向)，一般以自重的 15%20%的水平 力计算。六、工作环境条件下的风力 岸桥处在码头前沿工作，迎风面积大，风力作用中心高，重心也高，充分考虑风力的影响是非常 重要的。它关系到岸桥工作时和非工作时的安全。风载荷的影响按工作状态和非工作状态考虑，其计算方法在各国的规范中均有规定。通常可用下 式表示：q=2(N / m2)式中：v风速，m/s；q风压，N / m?。欧美国家的风速单位一般使用英里/小时(mile/h),其换算关系为：1 mile / h= m / s?o1. 工作状态下的风压 工作风压是指岸桥进行装卸工作时允许的最大风速情况下的风压，要求风沿最不利的方向时和相 应的载荷组合下起重机是安全的。岸桥必须充分考虑工作状态下的最大风力，一般不再考虑高度系数修正，但要注意在某些规范中 要求工作状态也考虑风力系数。对于工作状态下的计算风压取值，虽然规范中有规定值，如 GB38ll 规定一类工作工况风压q|=ii(qii为二类工作工况风压)，二类工作工况风压qII=250N/m2(沿 海)，其他规范如 DIN、FEM、JIS 等均规定有工作风压值。2. 非工作状态下的风压 在非工作状态风力作用下，应保证岸桥有足够的稳定性而不被风吹滑移和倾翻。非工作状态下风 力一般考虑两种状态：一是对防爬器设计时的计算风力 (防爬器的作用是用来防止岸桥非工作时 遭受突发阵风而产生滑移)；二是风暴、台风的最大风力，一般均应考虑高度修正系数。对防爬 器的防爬能力，一般按 35 m/ s 的风速计算，有的要求可能会高些。抗暴风或台风，虽然 GB3S| 和 FEM、DIN、JIS、BSI 等规范都有规定值，但由于各国各地区的情 况不同，要以实际要求为准。无论何种情况下的风载，都要注意对结构件的要求，通过风洞试验来验证其风力效应，正确地确 定其风力系数的数值。七、周围无线电干扰频率状况 岸桥的操纵者与地勤人员一般用通讯对讲机，其频率的许用范围是受控制的。应与当地无线电管 理部门取得联系，获取许用的频率区域，严格按规定使用。随着岸桥技术的进步，要求岸桥与中控室实行无线电通讯，通讯量加大，使用的频率范围更广， 因此，必须全面了解对周围无线电波的干扰状况。八、环境的嗓音污染要求 环境噪音污染的限制已提上日程，如香港、新加坡、欧美等地区，通常对噪声加以规定，设计岸 桥(特别是柴油发电机组供电的岸桥)时，要充分考虑消除噪声对环境的污染 .九、色彩控制岸桥的表面色彩也是受环境控制的因素 .岸桥已经成为码头上的标志性风景线，对其外形色彩的 要求也越来越高。十、作业环境空间控制 有些码头的岸桥工作区域正好处于飞机航线空间，因此在该区域空间范围内使用的岸桥的高度将 受到限制。有些码头岸桥其后大梁的端部空间受到码头灯塔高度的制约或其他建筑物的限制。有 些船的上层建筑限制了岸桥前大梁的宽度或小车的总宽度，以及前主梁底面离码头面的高度。 码头前沿流动机械通过净空高度限制，约束了海陆侧门框联系横梁的净空高度。集装箱 (或重大 长件货物)的外形尺寸制约了门框通过净空宽，船舶在码头横倾空间制约等。这些都应加以考虑。十一、码头面制约条件(1) 码头海、陆侧轨道的承压能力：单位长度轨道许用压力，或在规定的轮距下，许用的最大轮 压值。(2) 码头锚锭坑和防台索固的位置条件，以及其允许承受的力的大小 (锚锭坑的许用水平力，防台 索固的许用上拔力)。(3) 码头前沿空间各种障碍物，前沿宽度。(4) 码头顶升点，许用顶升力。(5) 有无走弯道要求，弯道的转弯半径。(6) 码头高压接线箱状况或其他供电状况，特殊情况时高潮位的海水是否涌上码头面。(7) 车挡高低，许用碰撞力。(8) 码头面海陆侧轨道高低差。(9) 轨距。第二节 岸桥的工作级别一、执行的相应规范 目前采用的通用规范如下： 简写 全 称FEM 欧洲搬运工程协会(FEDERATION EUROPEENNE DELA MANUTENTION)BSI 英国标准协会标准(British Standards Institute)DIN德国工业标准(Deutsche Industry Normen)AISC美国钢结构学会(American Institute of Steel Construction)CMAA 美国起重机制造者协会(Crane Manufacturer s Association of America)ISO 国际标准(International Standards organization)JIS 日本工业标准(Japanese Industrial Standard)AGMA美国齿轮制造者协会(America Gear Manufacturer s Association)ASTM美国材料和试验协会(American Society for Testing and Materials)CWB加拿大焊接局(Canada Welding Bureau)AWS美国焊接协会(American Welding Society)NEMA国际电气制造者协会(National Electronic Manufacturer s Association)IEC国际电工委员会(International Electrotechnical Commission)IEEE电工与电气工程师协会(Institute of Electrical and Electronic Engineer s)NEC国际电气标准(National Electric Code)OSHA职业安全与健康管理局(Occupational Safety and Health Administration)SSPC钢结构涂装标准(Steel Structures Painting Councei1)SIS瑞典除锈标准UL 布线标准(Underwriter s Laboratory)CSA加拿大标准协会(Canada Standard Association)GB3811-83中华人民共和国起重机设计规范(Na tio nal Standard of the Peoples Republic of China “Design Rules for Cranes”)GB6067-85 中华人民共和国国家标准起重机械安全规程(NationalStandard of the People s Republic of China “ Safety Rules for LiftingAppliances”)二、起重机工作级别 起重机整机和机构的工作级别，是表征起重机和机构工作繁重程度的参数。起重机工作级别，依 据起重机利用等级和载荷状态，以及按照等寿命的原则来决定；机构的工作级别，依据机构的利 用等级和机构载荷状态，按照等寿命的原则来决定。在文件中一般都明确提出了对起重机和机构的工作级别的要求，如果没有提出明确要求，则可从 相应的规范中确定起重机的工作级别。以下仅就岸边集装箱起重机的工作级别作简要介绍。利用等级是指起重机工作的繁忙程度，按其工作循环次数分级。起重机的载荷状态是表明起重机 载荷的变化程度，在总寿命中所起升的各个载荷与额定载荷的比例，用名义载荷谱系数表示。它 表明是频繁地起升额定负荷，还是经常地起升额定负荷；一般地起升较重负荷，还是有时起升额 定负荷，一般地起升中等负荷；或很少地起升额定负荷，一般起升轻微负荷等载荷状态。 根据上述不同的工作循环次数和不同的载荷状态，在 ISO 标准和 GB3811 中，将起重机的工作级a载荷狀态$也*工作级别岸桥整机工作级别表4 2 1别分为8 级。 起重机的利用级别、载荷状态、工作级别是起重机金 属结构设计的重要依据。岸桥通常选用的工作级别如 表4一21所示。三、机构工作级别在文件中一般都提出了对机构工作级别的要求，若 没有规定，可从相应的规范中确定机构工作级别。机构的工作级别，是指起重机工作机构的繁重程度， 与该机构的利用级别和载荷状态有关.机构的利用等级是机构的工作设计总寿命，即该机构在起重机总的使用年限内运转的总小时数。 不同的工作机构的工作级别是不相同的。机构的载荷状态表示总寿命小时中，该机构各种载荷比例(载荷额定载荷)以及该类载荷作用时 间，用机构名义载荷谱表示，不同的机构其载荷状态是不同的。按机构的利用等级和载荷状态，在ISO标准和GB3811中，将机构工作级别分为8级。不同的工作机构其机构工作级别也不相同。 利用等级、载荷状态、工作级别是机构 设计的依据。岸桥各机构的利用等级、载荷状态和机构工作级别通常选用表4 2 2所列的组合。第三节岸桥的工作模式机掏名称利用裁爲工柞圾财主世升机构TB1.ZM8小车机构Ta潮大车行迩机构T5L2管训机构T5L3岸祈机枸工作圾期_ 实岸桥的生产率是以每小时装卸箱数(TEU)来计算的。由于实际生产率与司机的熟练程度及码头装 卸工艺、码头条件、船舶装载情况、船型等有很大关系。因此，这里讨论的生产率计算是不涉及 这些因素的理论生产率。一个工作循环在单程操作状态和双程操作状态中有不同的涵义。一、对单程操作模式在一个工作循环中，半个循环是吊箱作业，半个循环是空吊具作业。这种作业模式就是单程操作， 是较普遍的作业方式。这种作业模式又分装船作业模式和卸船作业模式。装船作业时，岸桥从码头轨距范围内海侧轨第一条车道（因为用这条车道小车运行距离最短）的集 卡上取得集装箱，起升到某一安全高度横行小车（向船方向）至船上需要装箱的位置上方，下降集装箱至船上相应的箱位上，打开锁销，空吊具起升到一个安全高度后， 小车向陆侧运行至原来车道上方，空吊具 下降对准集装箱，使吊具着到集装箱并锁 好销，这样一个过程就是装船单程操作模 式的一个循环。典型循环路线图如图4 3 1。其一个循环，从起始A点吊起集装箱H高度至F点（一个安全高度），然后小车 向海侧运行L长度至c点，再由c点下降集 装箱h高度至船上的D点，在D点开锁将 集装箱卸到船的指定位置尺吐，此后空吊具 按原路线反向回到 A 点，在 A 点处对准集装箱 环。其作业过程如下图43-1典型命环路城国图431典型循环路线图吊具着到集装箱并锁销，这样就完成了一个循起升集装箱 小车向海侧运行 下降使箱对位 对位松销销空吊具上升 空吊鼻向陆侧运行 空吊具下降到 对位锁罔4-A2 辿与时伺谁琏国小车带空吊具由C点运行L距离到达B的时间;在A处对准集装箱，并锁好销。 一个循环各阶段的时间组成： tab 吊着箱从A起升H咼度至B的时间； tbc吊着箱从B小车运行L距离至C的 时间； tc 一一吊着箱在C点对位时间； tcd吊着箱由C点下降高度h至D点的时间； td对位需要时间和松开转销时间； tdc空吊具起升高度h至C点时间；tcbtba空吊具由B点下降高度H到达A的时间;ta在A点对箱及锁销时间。单程操作装船作业一个循环的总时间tt tab+ tbc+tc+tCd+td+tdc+tcd+tba+ta其速度与时间的波形如图4 3 2所示。 其中时间段tab、tbc、tcd、tdc、tba直接与起 重机的参数、速度、加速度及距离有关。每个时间段总是由起动时间、稳态运行时间和制动时间 3 部分组 成，如图 433 所示。ti起动时间，S；t2稳态运行时间，S;t3制动时间，S。设额定速度V,加速度a和减速度a在买方文件上均己明确：t=v/at3=v/a如果起动加速度与制动减加速度一样，则t1t3而稳态运行时间t2 = （H Ha Ha） / V （S）式中：H起升总行程（A、B的距离），m；Ha加速行程，m, Ha = 1/2 at2；Ha减速行程，m， Ha1/2 at?。用同样的方法，可以计算出其它时间段，再根据实际操作统计数字及经验设定tc、td、ta，就可 以计算出一个工作循环的总循环时间 t。卸船作业是装船作业的反过程，如图43 1由船上某个位置D处吊起集装箱，经过安全高度h后到达C处，然后小车向陆侧运行LS4-3-4单行程操柞循殊距离到达B,再由B处下降高度H到A处， 并在A处对准卡车，松开转销将集装箱卸到 卡车上。然后空吊具按原路线返回到D附近 的另一个箱位，对准集装箱锁销。单行程操作模式时生产率n （循环次数）为n3 600 /t式中：t 平均一个循环的时间，So 实际操作不完全如图4 31所示的那 样，一个起升动作结束后，才进行小车运行 （或小车运行结束后进行起升），通常可根据 情况，如由A点起升高度超过门框横梁一个 安全高度B时，起升还在继续进行中，就运行小车经C至C,小车由C返程至B时，在B 处前的C 点可同时进行下降动作（这些都是联合动作），如图4 3 4。这样的联合操作，使起升在完成由AB（时间段J时）小车已运行至C点，所以循环时间中小车运行由B C 的时间与起升时间重叠，返程小车由C B时间段Jb起升 机构己下降到B ，下降由B B 的时间与小车td重叠，其速度和时间波形如图43 5。 总循环时间t=tab+tbc+tc+tcd+td+tdc+tcb+tba+ta-tbc-tbb/显然.图4 3 5的联合动作的循环时间要比如图4 3 2的循环时间短了 tbc，、tbb。 因此司机操作如能大幅度地增加tbc，、tbb（即大范围使用联动），就能大大减少循环时间, 提高劳动生产率。=盲鹘4;闔S4-3-6期毘操您循环二、对双程操作模式在一个工作循环全过程中。岸桥均吊箱作业；就是说没有空吊具操作情况。这种作业模 式一般均在较发达、管理水平较高的港口使用，一边卸船同时一边装船，装卸船作业模式结 合一起；能充分有效地发挥岸桥的效率。图 4 3 6 是一个典型的双程操作循环，由船上某一箱位 A 吊起集装箱，出舱一定安全高度后，小车向陆侧运行至第一条车道上方C点，然后下降、对位集卡，在D将箱卸到集卡上（松开锁销）。随后进行下半个 循环，在D处将箱卸到集卡车后， 起升空吊具，离开集装箱安全高度 E点，小车向后移动至另一车道F 点，对准车道G处的集装箱，下降 至G并锁销，将集装箱吊起至安全 高度H点，小车向海侧运行将集装 箱送至I初，下降、对位、进舱， 直至将箱卸到船的K箱位上，之后 空吊具起升出舱口至I,再由I运 行至B,对准导轨下降至舱内A 箱位；对准A 锁销，至此完成了f - - -J伽怯屁戚f時轴柠力tA h 血MbFT!匚1;1 ； 1i r- ! ! r :厂讣 :; G订：越；1 H屈门出; kniI! ! 1 ! S: 1 _/ S.皿；I;f a 比；at -arr Iu阳43亍速度与时间護理閑一个双程操作循环。其速度和时间的波形如图 437所示。第四节 提高岸桥生产率的主要措施随着集装箱运输船舶的大型化发展，最新的第六代集装箱船的船长近350m，宽43m，吃水，载 箱量超过6 600 TEU。载箱量8 000 TEU、10 000 TEU的超大型集装箱船也在设计中。船东为了提 高船舶的营运效益，缩短船舶在港停泊时间，对港口装卸效率提出了更高的要求，如有的船公司 现定，载箱量8 000 TEU集装箱船停靠港卸船效率必须达330 TEU / h。因此，如何提高岸桥的生 产率成为港口和航运界关注的问题。根据岸边集装箱起重机的发展趋势和实际使用情况,提高生产率的措施主要有以下方面：(1) 采用新的集装箱装卸工艺。目前在岸桥上已出现全自动双小车系统，两台起重小车接力式进 行集装箱装卸作业。(2) 发展双箱作业，吊具可同时起吊两个20ft集装箱 这种双箱作业取得良好的效果，而且已开发 出可移位的双箱吊具(中间可分离1600 mm)；它可起吊舱面板上不同距离的两只20 ft箱。目前 双箱作业只有双20 ft箱作业，能否双40 ft箱作业呢 应该说为时不会晚。(3) 提高小车的运行速度和起升速度。随着岸桥的大型化，其外伸距加大，目前为适应超巴拿马 船型装卸需要，岸桥外伸距己达65 m,小车运行速度达240m/min,满载起升速度达70 90 m / min，而且有向更高发展的趋势。(4) 提高空载时的起升速度。提高空载时的起升速度比提高满载时的起升速度对提高岸桥生产率 有同等意义。提高满载时的起升速度需要较大的功率，不经济。目前；由于条件限制，一般空载 的起升速度为满载的倍。空载时没有充分发挥电动机功率。因此，目前有的买方文件要求空载 时的起升速度是满载时起升速度的倍，这就要求科学合理地配置相应的电气控制系统 (前提是电 动机本身的转速应许可)。(5) 发展集装箱运输车辆(集卡)的自动对位系统。在集装箱装卸作业中，尽快使集装箱准确对位卸 下装上集卡，以提高装卸速度。发展自动导引车系统(AGVS)。应用该系统可实现无人操作，由预埋导线指引和中控室给出控制 讯号， AGV 将码头前沿的集装箱驶向堆场或由堆场驶向码头前沿。(7) 增加集装箱岸桥台数，多台岸桥同时作业，缩短装、卸船时间。目前国际上有的大型集装箱 港口采用挖入式港池装卸方式，在船的两舷均装设有岸桥，可以在船舷的一侧码头上布置5台岸 桥，另一舷侧的码头布置4台岸桥(两侧的岸桥呈交叉布置)，使船上每个舱位均有起重机进行装 卸作业，从而大大提高船舶的卸船效率，缩短船舶在港的停泊时间。如阿姆斯特丹港采用挖人式 港池，水深达15 m,可同时设置9台岸桥进行卸船作业，预计卸船效率可达330 TEU / h。(8) 使用新型双小车岸边集装箱起重机。新型双小车岸边集装箱起重机是由起重机主梁上的主小 车(海侧)和门框上的副小车(陆侧小车)以及海侧门框处的装卸箱过渡平台组成。海侧主小车将集 装箱卸到过渡平台上，陆侧小车将过渡平台的箱卸到自动导引车上。陆侧小车从过渡平台吊箱到码头面上的自动导向车上，或是由自动导向车上吊箱卸到起重机的过 渡平台，均是自动进行的。这种双小车岸边集装箱起重机的理论生产率可达每小时5560个循环，目前ZPMC向德国汉堡 港提供的双小车岸边集装箱起重机就是该种机型的典型形式。除上述的措施外，还可以采取一些其他措施提高岸桥生产率，如运用电控技术与之相适应，将会 大大提高岸桥的生产效率。思考题：1、岸桥的环境条件包括哪几种2、单程、双程操作模式的特点3、提高岸桥生产率的主要措施有哪些