差动式轨道集装箱起重机技术领域
本发明属于起重机技术领域，涉及一种差动式轨道集装箱起重机。
背景技术
轨道式集装箱起重机(RMG)的特点是利用大车机构行走于轨道上，属于轮胎式集装箱
起重机(RTG)的派生物。虽然其在港口码头的应用时间较晚，但是目前已经在自动化码头中
得到普遍的应用。上海振华重工公司所生产的4000余台场桥(RTG和RMG在港口统称场桥)
中，约1000台为RMG。
与轮胎式集装箱起重机相比，轨道式集装箱起重机具有下列优点：
第一、轨道式集装箱起重机的运行阻力小于轮胎式集装箱起重机。由于轨道式集装箱起
重机在轨道上运行而并非在地面上运行，所以其运行阻力远小于轮胎式集装箱起重机在地面
上运行的阻力。随着运行阻力的减小，运行速度能够响应提高，如RTG的运行速度仅有45
米/分，受到速度的限制而无法完成一些需要在高速下完成的任务，如堆场内倒箱等任务；然
而，RMG的运行速度能够达到240米/分，足以完成这些任务，故在自动码头堆场内得到了
普遍的应用。
第二、轨道式集装箱起重机无需使用GPS导航即可运行。在自动化码头，水平运动的机
械为了实现自动化运行必须配备导航，尤其是GPS导航，然而，由于码头的船只往往具有高
大的船体，并且满载的集装箱常常整批堆放，容易阻断GPS导航信号，常导致无法导航进而
无法实现自动化运行的情况的出现。为了解决该问题，需要采用其它导航方式，如在地面上
布置感应钉，但是该种导航方式不仅价格昂贵，而且误差又大，无法准确实现起重机的自动
化运行。由于轨道式集装箱起重机在轨道上行驶，轨道本身就能够约束其运行方向，因此轨
道式集装箱起重机不需要设置其它导航方式即可实现自动化运行。
第三、轨道式集装箱起重机能够使用城市电网供电。RTG多采用内燃机供能，由于RMG
运行速度和起升速度远大于RTG，功率大，采用内燃机供能已经无法满足要求，必须使用城
市电网供电。由于RMG具有固定的轨道，行走方向固定，便于使用城市电网进行供电。
由于半挂车等在集装箱堆场内承担水平运输的机械均不宜进入有明轨的箱区，因而箱区
里集装箱的装卸、堆码、倒箱等工作皆由RMG承担，因此，RMG需要通过小车吊着重箱(满
载的集装箱)高速行走。由于当前的RMG的小车上整合了起升机构和小车驱动机构这两套机
构，使得该小车的活动载荷较大，造成在小车在起动或制动时的惯量也较大。当小车在迅速
起动或制动时，在惯性载荷的影响下，小车不仅容易发生啃轨等故障，还可能对主梁的结构
造成损害。
发明内容
本发明提供了一种不易发生“啃轨”等故障的差动式轨道集装箱起重机。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种差动式轨道集装箱起重机，包括：门架结构、设置在门架结构的承载主梁上并用于
吊装集装箱的小车以及用于驱动小车在承载主梁上行走的驱动机构，驱动机构设置在门架结
构上并且不设置在小车上。小车上不再另行设置传统的集装箱升降机构和小车运行机构。
在本发明的优选实施例中，差动式轨道集装箱起重机还包括八个折线卷筒，八个折线卷
筒平均分布在承载主梁的两端，小车包括小车本体和设置在小车本体上的转向滑轮组，驱动
机构包括八个钢绳卷筒和八个用于驱动钢绳卷筒转动的差动减速器，转向滑轮组与八个折线
卷筒和八个钢绳卷筒分别通过八根钢丝绳一一对应相连。集装箱的起升和小车驱动均共用八
根钢丝绳，并非如现有技术的那样由不同的钢丝绳来分别实现集装箱的起升和小车的驱动。
在本发明的优选实施例中，每个差动减速器包括差动减速箱和驱动电机，八个差动减速
箱与八个驱动电机一一对应相连，差动减速箱的内齿轮为56齿，行星轮为20齿，太阳轮为
16齿。八个差动减速器采用八根钢丝绳(组成一组共用的钢丝绳)能够同时实现集装箱的起
升和小车的行走。
在本发明的优选实施例中，上述的驱动电机为永磁同步电机。
在本发明的优选实施例中，上述的承载主梁为三角形管结构单主梁并且其节点形式为包
容式节点。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
第一、在本发明的差动式轨道集装箱起重机中，用于驱动小车行走的驱动机构并未设置
在小车上，而是设置在门架结构的两个门腿的中部上，在实现驱动小车行走和实现集装箱(装
载有货物)起升的同时能够减轻小车的重量，从而减轻了小车的活动载荷及其起动或制动的
惯量，不仅能够减轻小车的驱动能耗，还能有效避免小车由于迅速起动或制动时发生的打滑
和“啃轨”等故障，能够实现小车的安全自动无故障长时运行。
第二、在本发明的差动式轨道集装箱起重机中，小车上的转向滑轮组与八个折线卷筒和
八个钢绳卷筒分别通过八根钢丝绳一一对应相连，八个钢绳卷筒分别与八个差动减速箱和八
个驱动电机一一对应连接，这样，不同的驱动电机既能够单独驱动小车的行走，又能够联合
同步驱动小车的行走，不仅能够起到很好的“防摇”效果，而且方便于更换受损的钢丝绳，还
能够实现吊具微动，有利于实现差动式轨道集装箱起重机的自动化运行。
第三、在本发明的差动式轨道集装箱起重机中，折线卷筒为LEBUS卷筒，其为薄壁无引
导槽的卷筒，能够实现钢丝绳的多层缠绕，有利于缩小其整体体积，使其能够不设置在小车
上。
第四、在本发明的差动式轨道集装箱起重机中，承载主梁采用三角形管结构单主梁并且
其节点形式采用包容式节点，既能够减轻起重机的整体重量，又能够提高节点抗疲劳强度，
从而保证三角形管结构桁架的可靠性和起重机整体的安全性。
总之，本发明的差动式轨道集装箱起重机具有前进速度快(大车速度不小于240～300
米/分)、自重轻(在240吨以下)以及全自动化运行(无司机操作)的优点。
附图说明
图1为本发明实施例中的差动式轨道集装箱起重机的立体图。
图2为本发明实施例中的差动式轨道集装箱起重机的主视图。
图3为本发明实施例中的差动式轨道集装箱起重机的侧视图。
图4为本发明实施例中的差动式轨道集装箱起重机的俯视图。
图5为本发明实施例中的小车的转向滑轮组和折线卷筒的设置图。
图6为本发明实施例中的小车、集装箱的吊具和驱动机构的连接图。
图7为本发明实施例中的驱动机构的示意图。
附图标记：
门架结构1、承载主梁2、小车3、小车本体4、支承架5、折线卷筒6、钢绳卷筒7、差
动减速器8、支承台9、吊具10、第一钢丝绳11、第一纵向滑轮12、第一横向滑轮13、第二
横向滑轮14、第一折线卷筒15、第一钢绳卷筒16、第二钢丝绳17、第二纵向滑轮18、第三
横向滑轮19、第二折线卷筒20、第二钢绳卷筒21、第三钢丝绳22、第三纵向滑轮23、第四
横向滑轮24、第三折线卷筒25、第三钢绳卷筒26、第四钢丝绳27、第四纵向滑轮28、第五
横向滑轮29、第六横向滑轮30、第四折线卷筒31、第四钢绳卷筒32、第五钢丝绳33、第五
纵向滑轮34、第七横向滑轮35、第八横向滑轮36、第五折线卷筒37、第五钢绳卷筒38、第
六钢丝绳39、第六纵向滑轮40、第九横向滑轮41、第六折线卷筒42、第六钢绳卷筒43、第
七钢丝绳44、第七纵向滑轮45、第十横向滑轮46、第七折线卷筒47、第七钢绳卷筒48、第
八钢丝绳49、第八纵向滑轮50、第十一横向滑轮51、第十二横向滑轮52、第八折线卷筒53、
第八钢绳卷筒54。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
实施例
如图1至图4所示，本实施例提供了一种差动式轨道集装箱起重机，其包括：门架结构1、
小车3以及用于驱动小车在门架机构1的顶部行走的驱动机构。
其中，门架结构1包括承载主梁2和用于支承该承载主梁2的两个支承架5。承载主梁为三
角形管结构单主梁并且其节点形式为包容式节点。三角形管结构单主梁的参数如下：主弦杆
采用φ400×12，腹杆为φ159×10，跨距为31m，高为3米，截面惯性矩为0.9×1011mm4，包括
轨道在内的单位长度重量为0.7吨，可以承受吊重载荷为50吨，是世界同型产品质量最轻的。
承载主梁的节点采用包容式节点，大大提高了桁架的可靠性。经测试，比相贯式管结头的应
力集中系数小2倍以上，它简化了腹桿安装工艺，能够防止了Z向受力。承载主梁2的两端分别
设置有四个折线卷筒6。折线卷筒为LEBUS卷筒。
两个支承架5分别位于承载主梁2的两端，每个支承架5上均设有支承台9。
小车3设置在承载主梁2上并且能够沿着设于承载主梁2顶部的轨道行走，在行走的同时通
过吊具吊装集装箱(内装货物)起升。小车3包括小车本体4和设置在小车本体4顶部的转向滑
轮组，但是小车3上并不再设置传统的集装箱升降机构和小车运行机构。如图5所示，转向滑
轮组包括12个横向滑轮和8个纵向滑轮。12个横向滑轮和8个纵向滑轮按照特定的顺序(如图5
所示的顺序)依次排列在小车本体4的顶部。
驱动机构设置在门架结构的两个门腿(即支承架5)的中部上，并不设置在小车3上。该
驱动机构包括八个独立的钢绳卷筒7和八个独立的差动减速器8。八个钢绳卷筒7和八个差动减
速器8平均分配在两个支承架5的支承台9上，即本实施例的驱动机构设置在门架结构1上并且
不设置在小车3上。
小车3上的转向滑轮组与吊具10(用于吊集装箱)、八个折线卷筒6和八个钢绳卷筒7分别
通过八根钢丝绳(视为一组钢丝绳)一一对应相连，其连接关系如图6所示。在图6中，黑色
的实心圆圈表示横向滑轮，空心的圆圈表示纵向滑轮，黑色的实线或虚线表示八根钢丝绳。
其中，第一钢丝绳11的一端固定在吊具10上，然后依次缠绕在第一纵向滑轮12、第一横
向滑轮13、第二横向滑轮14和第一折线卷筒15上，并且最终缠绕在第一钢绳卷筒16上。为了
便于说明起见，各个钢绳卷筒7的排列方向在图6中作了调整，以下同理。
第二钢丝绳17的一端固定在吊具10上，然后依次缠绕在第二纵向滑轮18、第三横向滑轮
19和第二折线卷筒20，并且最终缠绕在第二钢绳卷筒21上。
第三钢丝绳22的一端固定在吊具10上，然后依次缠绕在第三纵向滑轮23、第四横向滑轮
24和第三折线卷筒25，并且最终缠绕在第三钢绳卷筒26上。
第四钢丝绳27的一端固定在吊具10上，然后依次缠绕在第四纵向滑轮28、第五横向滑轮
29、第六横向滑轮30和第四折线卷筒31，并且最终缠绕在第四钢绳卷筒32上。
第五钢丝绳33的一端固定在吊具10上，然后依次缠绕在第五纵向滑轮34、第七横向滑轮
35、第八横向滑轮36和第五折线卷37上，并且最终缠绕在第五钢绳卷筒38上。
第六钢丝绳39的一端固定在吊具10上，然后依次缠绕在第六纵向滑轮40、第九横向滑轮
41和第六折线卷筒42上，并且最终缠绕在第六钢绳卷筒43上。
第七钢丝绳44的一端固定在吊具10上，然后依次缠绕在第七纵向滑轮45、第十横向滑轮
46和第七折线卷筒47上，并且最终缠绕在第七钢绳卷筒48上。
第八钢丝绳49的一端固定在吊具10上，然后依次缠绕在第八纵向滑轮50、第十一横向滑
轮51、第十二横向滑轮52和第八折线卷筒53上，并且最终缠绕在第八钢绳卷筒54上。
其中，第一钢丝绳11、第二钢丝绳17、第三钢丝绳22和第四钢丝绳27所连接的各部件位
于小车3的一边，第五钢丝绳33、第六钢丝绳39、第七钢丝绳44和第八钢丝绳49所连接的各部
件位于小车3的另一边。
如图7所示，差动减速器8通过旋转轴与钢绳卷筒7相连，能够带动钢绳卷筒7的旋转，从
而带动折线卷筒6的旋转，并通过钢丝绳带动相应的纵向滑轮和横向滑轮的动作，进而控制小
车3在承载主梁2上设置的轨道上的行走并同时控制被小车3吊装的集装箱的起升。
由于八根钢丝绳的绕向不同，不同的差动减速器8能够单独驱动与之相对应的钢绳卷筒7，
并且也能够联合同步驱动所有的钢绳卷筒7，因此，通过控制每个钢绳卷筒7的转动速度就能
够同时实现吊装有集装箱的吊具的起升和小车在承载主梁的轨道上的行走，故在小车上不用
同时设置用于控制集装箱起升的起升机构和用于驱动小车行走的驱动机构，即本实施例的一
套驱动机构就能实现传统起重机的起升机构和驱动机构的功能，有效地减轻了RMG的活动载
荷及小车起制动惯量，并减少小车的驱动能耗。
每个差动减速器8均包括一个差动减速箱和一个驱动电机。八个差动减速箱与八个驱动电
机一一对应相连。差动减速箱为三级减速，行星箱中的各级齿轮均为同模数同齿数(仅齿宽
不同)，内齿轮为56齿，行星轮为20齿，太阳轮为16齿。驱动电机为永磁同步电机。因为永磁
同步电机的功率因数高(经常保持95％以上)，机械效率也高，特别在欠载时仍可保持90％以
上(而集装箱的重量满载率平均只有50％左右，这时异步电机的机械效率只有45‐55％)，所以
为了节能起见，本实施例采用了永磁同步电机。八个独立的驱动电机驱动对应的差动减速箱
的不同运动组合，既可以实现集装箱的升降、倾转等动作，也可以采用同一组钢丝绳牵引小
车行走。
本发明使用的八个独立的差动减速箱能够提供两个自由度，故采用一组共用钢丝绳(八
根钢丝绳)就能同时实现集装箱起升和小车行走。其中，第一个自由度为：每个差动减速箱
分别与对应的钢绳卷筒相连，从而驱动八根独立的钢丝绳实现集装箱的起升、下降或倾转调
整，第二个自由度为：八根独立的钢丝绳同时以组合运动的方式牵引小车行走。由于本发明
采用了具有两个自由度的差动减速箱，因此在集成了驱动小车行走功能和集装箱起升功能的
同时，也减轻小车的重量并减轻小车的活动载荷及其起动或制动的惯量，进而改善了门架结
构的自重和承载状况；牵引行走能有效避免小车由于迅速起动或制动时发生的打滑或“啃轨”
等故障，有利于实现小车的安全无故障自动化运行，也有利于小车迅速频繁起动或制动以提
高生产率，降低制造成本并提高市场竞争力。
在本实施例的差动式轨道集装箱起重机中，差动减速箱和集装箱(内含货物)的自重能
够实现小车的牵引运行和无动力张紧，使小车实现了防雨雪车轮打滑的牵引式运行。
在本实施例的差动式轨道集装箱起重机中，驱动机构不设在小车3上而是设置在门架结构
1的支承架5上，这有利于减轻承载主梁2的承载设计；另外，本发明的承载主梁2采用三角形
管结构单主梁并且其节点形式为包容式节点，能够有效减轻RMG的活动载荷及小车起制动惯
量，减少小车驱动能耗及整机结构重量，其整机自重由同型的245吨降为185吨(约轻25％以
上)。
在本实施例的差动式轨道集装箱起重机中，八根钢丝绳、八个折线卷筒、八个钢绳卷筒、
八个差动减速箱和八个驱动电机共同组成了“八绳防摇”系统，但是由于该系统的悬挂刚性较
强，在小车制动时可能产生较大的冲击力，因此，还可以增设用于制动小车的制动器，其能
够有效吸收小车制动时的动能，延缓冲击，从而保护“八绳防摇”系统的各个结构。根据具体
情况，本发明的差动式轨道集装箱起重机可以设有八个制动器。
本发明的差动式轨道集装箱起重机设置了八个单独的差动减速器，每个差动减速器均与
对应的钢绳卷筒(可多层缠绕)相连，从而驱动八根单独的钢丝绳实现集装箱的起升或下降，
并以钢丝绳牵引的方式实现小车行走。该种设置方式能够大大有利于自动化作业并同时减少
了小车的活动载荷。因为减少了小车的活动载荷，有利于小车迅速频繁起动或制动，进而提
高生产率。由于差动式轨道集装箱起重机为实现港口自动化的主力设备，因此本发明能极大
地降低起重机的总重，有利于节能，同时也能降低制造成本，提高市场竞争力。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉
本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应
用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术
人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围
之内。