在港口机械领域，海上起重机起重机作为船舶货物装卸作业的核心设备，发挥着至关重要的作用。它们又称船用起重机或吊臂，主要安装在船舶上，用于搬运各种类型的货物，被认为是船舶生产作业中最重要的甲板机械。这些起重机结构紧凑、外观美观、安全可靠、节能环保、机动性强。其吊臂形式多样，包括直臂, 伸缩臂， 和折叠臂它们的动力源控制方式多种多样，例如手动、电动和电液控制。
船用起重机是执行海洋环境下运输作业的专用设备，承担着船舶间货物转运、海上补给、水下作业设备部署和回收等重要任务。然而，特殊的海洋作业环境给船用起重机的控制带来了巨大挑战。一方面，与陆基欠驱动起重机类似，船用起重机在运输过程中需要控制负载的摆动，以确保定位精度和运输效率；另一方面，由于起重机固定在船舶等移动平台上，平台的运动会强烈影响负载的运动，而且在很多情况下，负载的起吊点和落点的运动轨迹与起重机自身的运动轨迹并不一致。作业过程中，起吊船和接收船都会受到海浪的影响而发生纵摇、横摇和垂荡，导致负载摆动。在起吊和下降过程中，船舶的运动很容易导致已吊起的负载再次撞击甲板，或者导致已下降但尚未脱离吊钩的负载再次悬停在空中，从而威胁作业安全。尤其是在舰船间弹药补给过程中，这种耦合运动可能导致更严重的后果。因此，船用起重机的控制问题已引起全球军事和民用船舶工程领域的广泛关注，研究此类非线性、强耦合欠驱动系统在特殊扰动下的控制问题具有重要的理论价值和普适意义。
船用起重机的控制主要集中在两个方面：垂直控制，以减少船体运动的影响；以及横向防摇摆，以抑制负载摆动。对于垂直控制，一种常用的方法是将接收船通过机械结构进行控制。起重船该方法能够感知两船的相对运动，并将起重绳长度的变化与接收船的垂荡运动同步，从而补偿两船之间的相对运动，完成货物的起吊和运输。然而，这种方法对起重机的机械结构有特殊要求，并且对起重能力有显著的限制。
组成和运行模式
从组成部件来看，起重机是一种传统的货物装卸设备，由起重机、吊臂（或桅杆）、索具和绞车（或绞车）等组成。尽管绳索众多且操作繁琐，但由于其结构简单、易于制造且成本低廉，因此仍被广泛应用。起重机装卸货物有两种方式：单臂作业和双臂作业。
单臂作业使用一个起重机进行货物装卸。货物吊起后，拉动拉索使货物随起重机摆动至船舷或舱口，然后放下货物，再将起重机旋转回原位，如此反复。每次都需要拉动拉索摆动起重机，导致效率低下、劳动强度高。双臂作业使用两个起重机，一个位于舱口上方，另一个延伸至船舷外。起重机通过拉索固定在一定的作业位置，两个起重机的起升绳连接到同一个吊钩上。通过分别收放两根起升绳，即可将货物从船上卸到码头或从码头装到船上。双臂作业的装卸效率高于单臂作业，劳动强度也更低。
后来出现了改进型的起重机装置。双顶升起重机是在单臂起重机的基础上改进而来，仅需一根起升绳和两组左右分离的顶升装置。该起重机由一台起升绞车和两台顶升绞车控制，操作简便，装卸效率高。阿贝尔起重机是在双臂起重机的基础上改进而来，配备了起升绞车、顶升装置和拉索绞车。它借助绞车可以快速将起重机定位到任意位置，并且可以在起重机工作半径内的固定点进行货物的升降，这是迈向货物装卸完全自动化的重要一步。
应用及结构特征
海上起重机广泛应用于散货船、集装箱船、油轮、多用途船等。货物起重机在散货船和集装箱船上，在油轮上安装软管起重机，以及甲板起重机在多用途船舶上。与陆基起重机相比，船用起重机安装在不稳定的船舶上。作业过程中，船舶会发生倾斜和摇摆，工作环境恶劣，易受海风和海水侵蚀；即使不作业，船舶航行时，船用起重机也需要承受风、雪、浪、摇晃、颠簸和冲击等外部作用力。
它们有多种结构形式，包括动臂回转式、行走式、钢丝绳变幅式、油缸变幅式、伸缩臂式、折叠臂式、A型架式和复合式；驱动方式也有多种，包括电动、电液、电气、汽油（柴油）发动机驱动和手动驱动等。一个典型的例子是用于散货船货物装卸的电液式船用起重机。
船用起重机的承重结构，例如底座立柱、塔身和吊臂，大多是由金属钢板焊接而成的结构件。底座立柱的下部焊接在船体上，承受起重机的重力载荷，上部设有回转支承；塔身是支撑结构，其下部与回转支承连接，并通过铰接与吊臂相连，上部设有滑轮组驱动钢丝绳运动，内部用作机舱，驾驶室位于塔身前部；吊臂是桁架式结构，用于支撑重物。
船用起重机的执行机构包括起升机构、变幅机构和回转机构。起升机构通过电机驱动卷筒经减速器旋转，收放钢丝绳，使吊钩上下运动，从而实现起升；变幅机构通过电机驱动卷筒经减速器旋转，收放钢丝绳，使吊臂绕下铰点上下旋转，改变角度，从而实现吊钩不同幅度的变幅；回转机构通过电机驱动小齿轮经减速器与回转轴承的大齿轮啮合，使塔身和吊臂旋转。这三个机构的减速器均配备常闭制动器，以确保各动作的正常运行。通过这三个机构的协同工作，可以将负载提升并放置在工作范围内的所需位置。
驱动和控制的电气系统由电控箱内的各种控制元件组成，形成控制系统，并通过驾驶室座椅两侧控制台上的按钮和手柄进行操作和控制；液压系统由泵、马达、阀组、管路及其附件组成，用于控制和驱动一些执行机构。此外，船用起重机还配备通道和通风装置等辅助设备。
分类及其他装卸机械
船舶起重机的起重臂可分为轻型和重型两种。起重能力小于10吨的为轻型，起重能力大于10吨的为重型。起重能力取决于船舶的用途。对于普通干货船，轻型起重臂单臂作业的起重能力为3～5吨，双臂作业的起重能力为1.5～3吨；对于1万吨级干货船，单臂作业的起重能力可达10吨，双臂作业的起重能力可达5吨。现代多用途船舶需要装卸集装箱，因此起重臂的起重能力至少要能够吊起一个20英尺集装箱（20吨）。重型起重臂用于装卸大型重型货物，例如大型机械和机车。一般来说，货船上会安装1-2台重型起重机，起重能力大多为10-60吨，少数为60-150吨，少数可达300吨。普通干货船的每个货舱配备两台轻型起重机，而巨型干货船的每个货舱通常配备四台。
甲板起重机起重机安装在船舶上层甲板，结构紧凑，使船舶能够利用更多的甲板面积，且对驾驶台的视野影响甚微。它们操作简便，装卸效率高，灵活度强，且操作前准备工作量少，因此应用日益广泛。常见类型包括固定式回转起重机、移动式回转起重机和龙门起重机，传动方式有电动传动和电液传动。
固定式回转起重机单台起重机应用最为广泛，可单独或成对在船舶左右两侧作业，起重能力一般为3-5吨。在多用途船舶上，一台起重机需要吊起一个20英尺集装箱，而两台起重机需要吊起一个40英尺集装箱（30吨），因此它们的起重能力可达25-30吨。移动式回转起重机适用于货物装卸跨度较大且起重臂长度不宜过长的场合，分为横向移动式和纵向移动式两种。龙门起重机广泛应用于集装箱船和驳船，通常为四脚式或C型。它们由可伸缩的吊臂、起升梁、移动式桥架和驾驶室组成。桥架的水平主梁高于甲板上堆放的集装箱，并配备自动定位装置，可在装卸过程中将集装箱精确地放置在集装箱网格中或堆放在甲板上。驳船上的龙门起重机比集装箱船上的多，起重能力可达数百吨。
除了船用起重机外，其他装卸机械主要包括升降机、起重机和输送机。升降机沿船上的导轨垂直运行，用于在甲板之间升降货物。例如，滚装船通常使用升降机连接各个甲板进行货物运输，升降机类型包括剪叉式和链式，长度为9～18.5米，宽度为3～5米。一些驳船运输船也使用升降机装卸驳船，但其起重能力远大于滚装船。起重机沿垂直或大角度倾斜方向连续输送货物，输送机沿水平或小角度倾斜方向连续输送货物。这两种机械主要用于自卸船或侧门装卸船。
凭借其多样化的结构、丰富的功能以及适应不同场景的特点，船用起重机已成为船舶作业中不可或缺的关键设备。随着船舶运输和海洋工程的发展，船用起重机的效率和智能化程度将不断提高，持续为高效的海洋运输和作业做出贡献。
发布时间：2025年8月8日
