船用起重机简介
船用起重机（ship’s cargo handling gear）是船舶自备的用于装卸货物的装置和机械，主要有吊杆装置、甲板起重机及其他装卸机械。船用起重机的控制主要分为降低船体运动影响的垂向控制与抑制负载摆动的横向防摆两个方面。船用起重机是在海上环境中执行运输作业的一 种特殊起重机，主要用于舰船间货物的运输转移、海上补给、水下作业设备的投放与回收等重要任务。对垂向控制而言，常用的方法是通过吊车船上的机 械结构连接接收船，并感知其相对运动，使吊绳长 度变化与接收船升沉运动同步，从而对两船的相对运动进行补偿，在此基础上完成负载的起降运输。
船用起重机资料
中文名：船用起重机
外文名：ships cargo handling gear
分类：折臂式与直臂式
用途：舰船间货物的运输转移
类别：装卸货物的装置和机械
船用起重机简介及现状
海上特殊的应用环境给船用起重机的控制带来了很大的挑战性。一方面，类似陆上各种欠驱动吊车设备，需要控制负载运输过程中产生的摆动，保证其定位精度与运输效率；另一方面，由于这种起重机固定于船舶等运动平台上，平台本身的运动会对负 载运动产生强烈的影响，且很多情况下，负载起吊 与降落点处的运动情况与吊车本身的运动不一致。具体而言，在工作过程中，吊车船与接收船会随海浪纵摇、横摇与升沉，这些运动将导致负载发生摆 动；特别是在升降过程中，船舶的此类运动易导致已吊起的负载再次与甲板相撞，或使已放下但尚未 脱离吊钩的负载再次悬空，这些都会威胁作业的安全。尤其在进行舰船间弹药补给时，这种耦合运动可能造成非常严重的后果。
近年来，船用起重机的 控制得到各国军用、民用海洋工程的普遍关注，而研究此类非线性、强耦合的欠驱动系统在特殊扰动下的控制亦有重要的理论价值与普遍意义。
Kuchler等学者对水下设 备升降过程进行了动力学建模，他们考虑了吊绳弹 性与水动力等因素，并基于反馈线性化方法分别设计了轨迹跟踪与扰动抑制控制器。Johansen等人 采用基于前馈的波浪同步技术来补偿升沉运动的影响，最终对负载的入水过程实现精确控制。近年来，横向防摆控制也得到了很多关注。为了加强对 吊绳和负载的摆动控制，部分起重机上加装了马力 兰索具机构（ Maryland Rigging System），即在吊绳中段加入绳索进行牵引，以减小负载的摆动。针对 这种带有特殊机构的船用起重机，近年来连续提出 了多种建模与控制方法。但是，此类机构对起重机系统的工作空间限制较大，降低了原系统的灵 活性。基于这个原因，很多研究在不改变起重机机 械结构的基础上，利用各种传感器获得船体、起重 机、负载的运动信息，然后通过设计合理的旋臂运动控制器来抑制运输过程中负载的摆动。其中， Parker等人采用指令整形技术，对吊车旋臂的俯仰回转进行控制，并在小规模实验平台上进行了验证。McKenna等人对旋臂的俯仰与船身运动进行 建模，并通过将前馈补偿环节与反馈控制策略相结 合来抑制单方向上的负载摆动。Masoud 等人采 用时间滞后位置反馈控制方法，通过操纵旋臂的俯 仰与回转来减小负载的两维摆角。Sandia 国家 实验室设计了一种基于多传感器信息融合的控制方 案，它通过控制吊车的运动来补偿船体运动，较好地抑制了负载的摆动。这种方法在美国海军 TACS系统上进行了实验，得到了较好的控制效果。随后， Schaub 等人对这种控制方案做了进一步改进。
组成部分
吊杆装置
由吊杆、起重柱（或起重桅）、索具和绞车（或起货机）等组成（见图吊杆装置图）。吊杆装置是船上传统的起货设备，虽然绳索繁多，操作麻烦，但因结构简单，制造容易，成本低廉，至今仍被广泛采用。
单杆操作和双杆操作
船用起重机
用吊杆装置装卸货物，有单杆操作和双杆操作两种方式。单杆操作是用一根吊杆进行货物的装卸，吊杆吊起货物后，拉动牵索使货物随吊杆一起摆向舷外或货舱口，然后放下货物，再把吊杆转回至原位，如此往返作业。装卸时每次都要用牵索摆动吊杆，所以效率低，劳动强度大。双杆操作用两根吊杆，一根置于货舱口上空，另一根伸出舷外，两吊杆用牵索固定在某一工作位置上。两吊杆的起货索则同连在一个吊钩上。只要分别收、放两起货索，就可把货物从船上卸至码头，或者把货物从码头装到船上。双杆操作的装卸效率比单杆操作高，劳动强度也较轻。
双千斤索吊杆装置和埃贝尔吊杆装置
改良型吊杆装置是后来出现的。双千斤索吊杆装置是由单杆操作的吊杆装置改进而成的，装置中只有起货索和两组左右分开的千斤索。吊杆由一台起货绞车和两台千斤索绞车操纵，操作方便，装卸效率也高。埃贝尔吊杆装置是由双杆操作的吊杆装置改进而成的，装置中有起货绞车、千斤索和牵索绞车。可以借助绞车很快地把吊杆放在任何位置。同时还可以在吊杆的工作半径范围内定点起吊和落放货物，以提高装卸效率。这是向货物装卸全自动化前进的重要一步。
轻型吊杆装置和重型吊杆装置
分类
吊杆装置可分为轻型和重型两类。起重量在10吨以下的为轻型吊杆装置，超过10吨的为重型吊杆装置。吊杆的起重量根据船舶的用途决定。一般干货船的轻型吊杆单杆操作起重量为3～5吨，双杆操作为1.5～3吨；万吨级干货船的单杆操作起重量可至10吨，双杆操作可至5吨。现代多用途船要装卸集装箱，吊杆的起重量至少应能吊得起20英尺的集装箱（20吨）。重型吊杆是用来装卸大型机械、机车车辆等重件大件货物的，一般货船上仅设置1～2根，起重量大多为10～60吨，也有60～150吨的，少数达300吨。一般干货船每个货舱都有两根轻型吊杆；巨型干货船每个货舱往往设置四根轻型吊杆。
甲板起重机
设置在船舶上甲板上的机械。这种起重机结构紧凑，使船舶有较多的甲板面积可利用，对桥楼上视线的影响较小。甲板起重机操作简便，装卸效率高，机动灵活，作业前没有繁琐的准备工作，应用日益广泛。
甲板起重机常用的有固定旋转起重机、移动旋转起重机和龙门起重机。传动方式有电力传动和电力-液压传动两种。
固定旋转起重机
这种起重机应用最广，可以单独或成对地在左右舷作业。起重量一般为3～5吨。在多用途船上，要求单吊能吊起20英尺集装箱，双吊能吊起40英尺集装箱（30吨），其起重量可达25～30吨。
移动旋转起重机
在装卸货物要求起重机跨距较大，而又希望起重机吊臂不太长的情况下，往往采用移动旋转起重机。移动旋转起重机有沿船舶横向移动和纵向移动两种。
龙门起重机
这种起重机为全集装箱船（见集装箱船）和载驳船所广泛采用，通常为四足型或C型。有一根可伸出的吊臂、吊重横档和一个可移动的桥架及驾驶室。桥架的水平主梁高出堆装在甲板上的集装箱，并有自动定位装置，装船时可以把集装箱准确地落放在集装箱分格中或堆放在甲板上。载驳船上的龙门起重机数量比集装箱船上的多，起重量可达几百吨。
其他装卸机械
主要有升降机、提升机和输送机。升降机是船上沿导轨垂直移动的机械，供各层甲板间提升和下降货物用。如滚装船上多采用升降机连接各层甲板以运送货物。滚装船上的升降机有剪式、链式等数种，其长度为9～18.5米，宽度为3～5米。有些载驳船上也安装升降机装卸货驳，不过起重能力比滚装船上的大得多。提升机是在垂直方向或较大的倾斜方向连续输送货物。输送机是在水平方向或坡度不大的方向连续输送货物。这两种机械多用在自卸船上或通过舷门进行装卸的船上。
