轨道式集装箱龙门起重机自动化制造工艺研究

引言

全球化背景下，集装箱海运已经成为国际贸易的重要途径。港口作为连接水陆运输的枢纽，其集装箱装卸效率直接影响港口的生产效率和竞争力。轨道式集装箱龙门起重机是港口进行集装箱装卸作业的重要工具，其稳定性直接关系港口生产效率。随着工业技术的发展，智能化制造技术已经广泛应用于机械制造业，基于智能化制造技术来进行轨道式集装箱龙门起重机的自动化制造，可以更好地提升起重机的制造质量和稳定性，从而全面提升港口集装箱装卸作业效率，提升港口竞争力。

1、轨道式集装箱龙门起重机结构组成

大型港口使用的轨道式集装箱龙门起重机是由轨道、运行小车、吊具、门架以及电气控制系统等设备共同组成。门架包括主梁和门腿两个部分，是轨道式集装箱龙门起重机的主体结构。主梁采用偏轨箱形梁设计由两根箱形端梁组成框梁，框梁两端通过高强度螺栓连接、焊接或者铰接等方式与门腿进行连接。通常情况下，门架的跨度为18～35m，可升起高度＞40m。门腿下方设置有运行小车，通过小车的轮子与轨道连接，实现轨道式集装箱龙门起重机的移动。小车中设置了驾驶室、电控柜、减摇装置以及电缆拖轮等，通过自动化操作或者人工操作等方式来控制轨道式集装箱龙门起重机的移动和集装箱装卸等。吊具设置在门架的主梁上，实现集装箱的起吊功能。同时吊具能够进行伸缩与旋转，对集装箱的方位等进行有效控制。

轨道是根据起重机的工作需求来进行设计，对轨道式集装箱龙门起重机的移动方向进行控制。部分轨道式集装箱龙门起重机采用了带电轨道的方式来为起重机进行供电。电气控制系统是整个起重机的控制单元，通过大车系统、小车系统、升起系统以及变幅系统等传动系统进行控制来实现对起重机的控制，实现集装箱的装卸工作。

随着工业技术的发展，轨道式集装箱龙门起重机的规格得到了较大的提升，如表1所示。同时，通过电气传动和控制技术的应用，有效提升了轨道式集装箱龙门起重机的稳定性、可靠性和灵活性。

表1轨道式集装箱龙门起重机规格参数变化表

2、轨道式集装箱龙门起重机功能特点

轨道式集装箱龙门起重机的主要功能是进行集装箱货轮的集装箱装卸作业。充分利用布置在港口上的轨道式集装箱龙门起重机轨道，能够使起重机在港口上进行灵活移动，实现对各个泊位的货轮进行集装箱的装卸作业。轨道式集装箱龙门起重机具有较大的门架跨度，可以实现一次性济宁多个集装箱的运输装卸，同时充分利用其移动速度，能够有效实现集装箱的快速转运。另外，在随着科学技术的发展，激光定位技术、视觉技术等应用于起重机吊具的定位中有效提升了起重机进行集装箱装卸作业的精准性。通过模糊比例－积分-微分算法、自适应控制算法等智能算法有效实现了起重机的精准控制，并消除了起重机在装卸运输集装箱过程中的摆动情况，提升了起重机装卸运输集装箱的安全性和工作效率。通过径向同步技术来进行小车与吊具运动的协调控制，进一步提升了起重机的运行质量，降低整个设备的操作难度。

3、轨道式集装箱龙门起重机制造工艺现状

随着我国工业技术的提升，轨道式集装箱龙门起重机的制造工艺得到了较大的提升。但是在起重机设计、制造、装配等环节仍然存在一定的不足。首先设计问题。轨道式集装箱龙门起重机主要采用经验公式和有限元分析等方式来进行设计，这种设计方式无法有效保证起重机结构强度控制与质量控制等方面的平衡性，导致起重机存在机构冗余的情况，导致起重机的质量过大，不仅增加了起重机的制造成本，还会使起重机的运行能耗增加。其次是制造问题。轨道式集装箱龙门起重机的制造具有较强的精密性，但是部分起重机制造企业在设备老旧，制造技术落后等情况，导致起重机各个零部件制造过程中存在精密度不足的情况，无法有效实现零件的模块化制作，严重增加了起重机维护保养的难度。同时在进行起重机结构件制造过程中主要采用人工焊接的方式，不仅生产效率较低，还存在焊接质量问题，影响起重机的整体性能，导致轨道式集装箱龙门起重机在使用过程中出现安全事故。最后是装配环节的不足。我国轨道式集装箱龙门起重机的装配主要采用人工装配的方式，无法有效保证装配过程中各个构件连接的精准性，导致起重机在使用过程中容易发生故障，不利于集装箱装卸作业的高效进行，严重影响了港口工作效率。

4、轨道式集装箱龙门起重机自动化制造工艺研究

4.1轨道式集装箱龙门起重机轻量化设计

轨道式集装箱龙门起重机轻量化设计过程中，选择合适的材料来作为轨道式集装箱龙门起重机的生产材料，确保通过轻量化设计后，起重机依然具备较强的性能。传统生产工艺中主要采用了Q235普通碳素结构钢材料来作为生产原材料，但是该材料无法更好地满足轨道式集装箱龙门起重机的轻量化设计要求以及港口更高的作业要求。所以，需要采用具有更高屈服强度、更低密度的材料来进行轨道式集装箱龙门起重机的生产，并充分结合各个部件的工艺需求来合理进行材料的选择。常见的轻量化材料性能如表2所示。充分利用铝合金、镁合金以及碳纤维材料等来作为轨道式集装箱龙门起重机小车、平台等结构的生产材料，可以有效降低起重机设备的整体重量，从而有效降低起重机设备的能耗。轻量化设计中。还需要保证结构强度的情况下，对结构形状和截面进行优化设计，通过优化设计方案来进一步降低结构的整体质量。主梁是轨道式集装箱龙门起重机中最大的承力构件，同时也是质量最大的构件。采用拓扑优化等措施来进行主梁结构参数的优化设计，结合使用高强度钢材能够有效实现将主梁的质量降低10%～20%，并不影响主梁的承力能力。在小车等结构的设计中，通过使用铝合金等轻质材料，并通过截面的优化设计等方式可以有效将小车的质量降低30%～40%，进一步降低整个起重机的质量。

表2常见轻量化材料性能参数表

4.2精密加工工艺

轨道式集装箱龙门起重机的精密程度直接影响港口工作效率，所以在进行轨道式集装箱龙门起重机制造过程中需要采用更加精密的生产工艺来进行各个结构构件的制作。传统工业生产中主要采用铣削、切削以及磨削等加工工艺来进行起重机构件的加工，这种加工方式无法有效提升起重机的精密度。所以需要在加工过程中充分利用自动化技术来进行起重机相关构件的加工。随着计算机技术的发展，数控加工技术在机械制造领域得到了广泛的应用。充分利用数控加工技术中的铣削工艺、五轴联动加工方式以及高速切削技术等能够有效提升轨道式集装箱龙门起重机的加工精密度。采用数控铣削加工工艺能够进行较为复杂的构件加工，通过该方式来进行主梁吊耳的加工能够有效提升加工效率和精度，将吊耳的加工精度控制到IT6等级。采用五轴联动加工方式可以实现对一个构件同时进行多个加工面的加工，通过该方式来进行起重机回转支承、万向节等部件的加工能够一次性进行多个工面的加工处理，并就爱那个加工精度控制为0.01mm，有效提升结构部件生产效率。高速切削技术则是采用提升主轴转速，并与立方氮化硼、聚立方氮化硼等加工刀具进行结合应用能够有效提升结构部件加工过程中的切削速度，全面提升工件加工速度。例如采用高速切削技术，将主轴的旋转速度控制为24000r/min，并将给进速度控制为7m/min，进行主梁端梁连接板的加工，能够将工件加工时间缩短2/3，同时能够将加工件表面的粗糙度控制为≤0.8μm的水平。

4.3 结构件的自动化制造

切割、焊接、装配等结构件制造工序是轨道式集装箱龙门起重机制造过程中非常重要的工序，传统制造中主要采用手工操作的方式来进行各项制造工序的工作。但是这种方式不仅无法有效保证结构件制造效率，还会因为人为因素导致结构件制造存在质量问题。基于智能制造技术的自动化制造工艺能够有效保证结构件制造的质量与效率，并且能够有效降低结构件制造的成本。结构件材料切割过程中，自动化制造技术通过CAD模型来进行切割路径的确定，并通过等离子切割机来进行结构件的切割工作，能够有效将切割精密度控制在±0.5mm范围内，同时还能够有效提升切割施工速度，有效缩短结构件切割时间，提升工作效率。结构件焊接加工过程中采用焊接机器人可以有效实现柔性自动化焊接。采用离线编程技术来对结构件焊接的工艺流程进行设置，并采用传感技术来进行焊接效果的分析与判断，有效实现了机器人焊接技术的良好应用。

同时，通过多轴焊接机器人可以实现对结构件多个焊接点位进行同时焊接，不仅具有较高的焊接质量，还能有效提升焊接效率。在结构件装配环节，通过柔性生产线和搬运机器人等的有效配合可以实现轨道式集装箱龙门起重机的自动化装配。同时在装配过程中可以采用激光跟踪仪来进行各个结构件的检测定位，保证结构件的质量和精度均满足轨道式集装箱龙门起重机装配工艺的质量要求；采用柔性工装夹具和启动压紧装置来进行各个结构件的主装，可以将结构件的装配精度控制在±0.2mm的精度范围内，确保结构件装配质量。另外，采用机器视觉和高频识别等技术来进行装配工艺中各项工艺流程的监测，能够更好地实现装配工艺质量控制，确保装配工艺满足工艺要求。

4.4 电气系统集成

电气系统是轨道式集装箱龙门起重机非常重要的组成部分，需要为起重机提供电源供应的同时还需要为电机拖动、传感器检测以及自动化控制等多个系统进行供电。采用智能化技术来进行各个电气系统的管理可以有效提升起重机设备的可靠性和安全性以及工作效率。充分结合当前智能化电气系统实际情况，采用了现场总线和以太网技术的网络化控制系统方式来进行起重机电气系统的集成。采用DeviceNet技术和PROFIBUS技术等有效实现总线与各个子系统之间的互联，全面提升设备层与控制层之间的通信质量，有效将设备层系统响应时间控制在20ms以内。采用EtherCAT系统来进行起重机运动系统控制，可以将位置环的控制周期缩短到100μs，将速度环和电流环的控制周期缩短为50μs，有效提升起重机的升起与变幅等机构的性能。

在变频调速系统自动化控制中，采用绝缘栅双极型晶体管的高压变频器与永磁同步电机进行联合应用可以有效提升变频调速系统的工作效率。同时充分结合物联网技术等来进行起重机系统的动态监测分析，可以在轨道式集装箱龙门起重机运行过程中，实现各项参数的监测，并通过大数据技术来对起重机运行数据参数进行分析，判断起重机可能发生的故障，并及时采取对应的故障处理措施，保证起重机运行的安全性，降低故障发生率，确保起重机的工作质量和效率，预防安全事故的发生。

5、结语

综上所述，本文通过对轨道式集装箱龙门起重机的结构组成和功能特点等进行分析，并对我国轨道式集装箱龙门起重机制造工艺现状进行了分析，明确了轨道式集装箱龙门起重机制造过程中需要从结构轻量化设计、提升加工精密度、自动化制造以及电气系统集成等方面来提升轨道式集装箱龙门起重机的制造质量。充分利用智能化制造技术来对各项制造工艺进行优化，实现自动化制造，可以更好地提升轨道式集装箱龙门起重机的制造效率和质量，确保起重机具有更好的工作性能，全面提升港口生产效率。