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港口機械學校系列—龍門起重機

2025-08-18

門式起重機簡介

一個 門式起重機 是一種典型的軌道式旋轉臂起重機。它之所以得名，是因為它的外形酷似一扇門。

門式起重機廣泛用於港口和碼頭的貨物裝卸、造船廠的建造和安裝以及大型水力發電廠的建設工程。

隨著港口工業的發展，門式起重機也隨之發展。 1890年， 固定的這種非變幅、可旋轉臂式起重機最初安裝在橫跨狹窄碼頭的半門式運行橋上，成為早期用於港口的半門式起重機。隨著碼頭寬度的增加，門式起重機和半門式起重機並行發展，變幅臂和水平變幅系統也被廣泛應用。

二戰後，港口用門式起重機發展迅速。為了方便多台起重機在同一艘船上並行作業，通常採用旋轉立柱式門式起重機（旋轉部件與立柱連接）或滾動軸承式迴轉支撐裝置（旋轉部件通過大型軸承與門架連接），以減小旋轉部件的尾部直徑。此外，還採用了能夠減少碼頭佔地面積（門架主體在地面上的投影面積）的門式結構。在發展過程中，門式起重機逐漸推廣到與港口作業條件類似的造船廠和水力發電廠施工現場。

這種起重機俗稱“門式起重機”，指的是傳統上用於港口碼頭前端的起重機。其底座呈門形，沿地面軌道延伸，底座上安裝有可旋轉的吊臂，吊臂具有四個協調的工作機構：起升、迴轉、變幅和行走。火車或其他車輛可以從車門下方通過，從而實現船舶與岸邊之間的貨物裝卸作業。

門式起重機具有外形美觀、運作安全可靠、性能先進、維護簡單、經久耐用等優點，廣泛應用於各大港口碼頭的裝卸作業。它是綜合性港口多貨位碼頭的理想選擇，也是目前大型散貨碼頭和綜合碼頭中數量最多的主力設備。

對貨物類型的高度適應性

除了專門用於裝卸石油產品、液化氣等液體散貨的專用碼頭外，門式起重機基本上適用於碼頭處理的所有貨物，例如鐵礦石、穀物、煤炭、鋁土礦、水泥、木材、鋼板、超大件貨物、船舶舾裝、袋裝固體、普通貨物、貨櫃等。此外，此型號起重機可靈活應用於裝卸作業。門式起重機適用作業類型的多樣性優勢不僅體現在單一泊位的多功能性上，而且在大型港口，當碼頭裝卸設備因碼頭規劃和市場路線變化等因素需要進行改造、升級或搬遷時，其優勢就更加明顯。

門式起重機的經濟性

門式起重機的經濟性主要體現在以下幾個方面：在碼頭前端的固定裝卸設備中，門式起重機的建造成本遠低於大型專用船舶裝卸設備（如卸船機）。其設備成本優勢主要體現在以下幾個方面：

1. 從基礎設計和技術層面來看，此機型設計成熟且經濟，市場競爭充分。除了幾家擁有獨立設計和創新能力的國內大型主機生產企業外，還有專業大學和設計諮詢公司為門式起重機的設計提供補充。無論是採用「交鑰匙」總承包模式，或是設計製造分招採購，國內市場都能在設計費用和經濟性方面實現優化，設計成本實際上僅佔設備合約總價的3%左右。

2. 與船舶卸船機等專用碼頭前裝卸設備相比，門式起重機的運轉速度和作業週期相對較低。在零件選擇方面，目前除軸承和部分電子控制元件等關鍵零件外，大部分零件均可國產化或由進口品牌國產化。零件的大規模國產化不僅直接降低了新機零件的採購成本，而且大大提高了設備售後服務備件的品質保證和及時性，顯著提升了設備後期維護的經濟性。此外，從專案全製程控制的角度來看，由於零件國產化，工期大幅縮短，資金週轉速度加快，這對買賣雙方都有好處。近年來，隨著門式起重機在造船廠、碼頭、物流中心等場所的大規模應用，門式起重機配件市場不斷擴大，吸引了一群實力雄厚的港口機械設備上下游廠商投資研發國產配件。門式起重機的關鍵部件，如減速器、煞車、電子控制硬體和系統、貨櫃吊具和抓斗等，都取得了重大突破，並已得到大規模的成熟應用。

3. 運輸安裝經濟性：由於門式起重機自重相對較小、整體高度較低，目前我國成熟的門式起重機運輸安裝方式均採用大件運輸或分散運輸方案。雖然與大型設備（如船舶卸貨機）相比，這種方式會增加現場組裝和浮動起重機協調的成本，但運輸船舶可以盡可能小型化，並顯著節省捆綁人工和材料，同時最大限度地降低設備著陸風險，因此相對而言更經濟。

門式起重機的特點

高速工作機構該起重機的工作機構運動速度相對較高。起升速度可達70公尺/分鐘，變幅速度可達55公尺/分鐘。額定起重能力範圍很廣，一般為5-100噸。對於造船用門式起重機，起重能力範圍更大，目前已達150-300噸。
高效率它可以每天工作 22 小時，而且每小時效率也很高，一般能達到每小時 100 噸以上。
三維結構結構為三維立體式，不佔用太多碼頭和堆場面積。憑藉高大的門架和長距離懸臂，它具有較大的提升高度和作業範圍，滿足港口碼頭船舶和車輛機械化裝卸和轉運的需求，並充分利用了場地空間。
建築成本高昂它需要大量的鋼材，自重一般在500噸至1000噸之間。它需要高功率電源，常用電源為10kV/50Hz。通常情況下，輪壓也比較大。例如，一台40噸/45米的起重機，輪壓一般≤300千牛，需要堅實的基礎。此外，還有許多輔助設備，例如變電站和電纜。

門式起重機的分類

根據不同的結構類型，門式起重機可分為以下幾種類型：

1. 依門戶結構類型分類

門式起重機可分為全門式起重機、半門式起重機和帶料斗的門式起重機。

半門式起重機沒有完整的門架。它們的兩條運行軌道不在同一水平面上；一條鋪設在地面上，另一條則鋪設在倉庫或專門建造的支架上。
帶有料斗的門式起重機，俗稱“帶料斗門式起重機”，擁有獨立的貨物輸送裝置，集門式起重機、裝船機和卸船機的功能於一體。與傳統門式起重機相比，它們具有自動化程度高、專業化程度高、裝卸效率高、操作簡便、能耗低、環境污染小等優點，能夠大幅提高港口散貨的裝卸效率，降低港口裝卸成本。

目前，碼頭裝卸作業正從通用碼頭向專用碼頭不斷發展，裝卸效率大幅提升。然而，面對市場對多種貨物裝卸的需求，專用碼頭裝卸機械單一貨物類型的適應性造成了碼頭裝卸作業的明顯缺陷，而料斗式門式門式起重機的出現彌補了這些缺陷。

料斗式門式起重機是專用於散裝裝卸的專用設備，適用於專業碼頭，自動化程度較高。其碼頭軌道軌距僅10.5米，而船舶卸船機的碼頭軌道軌距可達16米以上。此外，料斗式門式起重機的門架結構緊湊，設備體積小，佔用碼頭面積小，故障率低，性能優異。而且，它們具備門式起重機的旋轉功能，可進行普通貨物的裝卸作業，增加了用戶碼頭裝卸貨物的種類。由於它們能夠裝卸不同類型的散貨和普通貨物，對碼頭裝卸貨物的適應性強，用途廣泛，因此在港口設備採購中備受船東青睞。近年來，港口機械市場對料斗式門式起重機的需求持續成長。

對於採用料斗式門式起重機的碼頭裝卸作業，與普通碼頭門式起重機裝卸作業相比，傳統散裝裝卸流程得到了最佳化。過去，散裝貨物由門式起重機從船舶卸至碼頭，再由自卸車運至堆場堆放。而現在，料斗式門式起重機透過車載皮帶直接將散裝貨物輸送至碼頭皮帶輸送機，再送至後方堆場，減少了中間轉運環節，不僅提高了效率，也降低了能耗。使用者比較發現，採用料斗式門式起重機的散裝卸效率是傳統流程的三倍以上。皮帶輸送的散貨大大減少了貨物溢出，避免了貨主的損失。料斗的除塵裝置和皮帶輸送機的全密封設計也顯著提升了碼頭的環境保護。透過皮帶流量檢測設備，可精準掌握散貨流量，進一步提升碼頭的科學管理水準。

料斗式門式起重機的門體結構複雜，包含眾多電子控製程序。與普通門式起重機相比，其設計增加了伸縮梁機構、輸送系統和料斗系統，同時具備常用港口門式起重機的所有功能。對於製造商而言，這不僅提高了技術含量，也顯著增加了生產難度，因此成為檢驗港口機械製造商設計水平和生產能力的標竿。

近年來，南京港口機械不斷推出新型料斗式門式起重機產品，旨在滿足用戶不同的碼頭裝卸需求。本公司借鏡各類裝卸設備的優勢，並透過與學術機構、使用者和港口機械專家的交流，結合多年的製造經驗，在料斗式門式起重機製造領域建立了先進的技術和製造水準。針對木屑、大豆、煤炭等散貨比重不同的情況，南京港口機械的工程設計師利用自主專利，針對不同物料設計了不同的門式起重機結構、料斗結構和卸料系統，以及不同的料斗和料斗開口，確保不同物料的流動性，避免物料堆積、溢出和拱起等問題，從而提高裝卸生產效率。

南京港口機械有限公司已成功為山東日照港製造了兩台16噸級帶料斗的門式起重機，用於大豆裝卸；為山東日照港製造了三台16噸級帶料斗的門式起重機，用於木片裝卸；為海南海口電廠製造了三台帶料斗的門式起重機，用於煤炭裝卸；為寧波港製造了四台16噸級帶料斗的門式起重機；為日本王子製紙公司製造了兩台16噸級帶料斗的門式起重機；並為新加坡亞太資源國際控股有限公司製造了六台28噸級帶料斗的門式起重機，用於木片裝卸。其中，為新加坡亞太資源國際控股有限公司製造的六台28噸級帶料斗的門式起重機均為大型客製化帶料斗的門式起重機，無論從機械性能、設備起重能力還是裝卸效率來看，均達到世界領先水平。經料斗試驗及抓斗試驗驗證，完全符合使用者對木片裝卸的技術要求。該船配備了中國最大的抓斗和2.4米長的傳送帶（這在中國尚屬首例），每小時裝卸量達1800立方米，幾乎達到了同等船舶卸船機的裝卸效率。

2. 依吊臂結構類型分類

門式起重機可分為兩大類：四連桿組合懸臂門式起重機和單懸臂門式起重機。四連桿組合懸臂門式起重機又可細分為傳統四連桿門式起重機和雙四連桿門式起重機。雙四連桿門式起重機專為滿足貨櫃吊裝需求而設計。為防止貨櫃在吊運過程中傾斜和旋轉，在傳統四連桿懸吊的基礎上增加了一個小型四連桿裝置，從而能夠穩定地進行集裝箱的吊裝和裝卸作業，並方便更換各種吊具。四連桿門式起重機的最大優勢在於懸臂下的淨空高度相對較大，因此在滿足一定起升高度要求的情況下，起重機的總高度相對較低，但其結構較為複雜，重量也較大。相比之下，單懸臂起重機則相反。目前，國內大多數應用都採用四連桿組合懸臂起重機。

以南京港口機械公司的MQ5039雙四連桿門起重機為例：

這款四連桿多用途門式起重機是在傳統門式起重機設計的基礎上，在吊臂上加裝了一個小型四連桿裝置，從而能夠穩定地進行貨櫃吊具的起升和裝卸作業。該產品可輕鬆切換裝卸不同類型的貨物，例如散裝貨物、普通貨物和貨櫃，同時保持較高的裝卸效率。它適用於多種貨物類型的碼頭作業，尤其適用於非專用碼頭。這款多用途門式起重機上市後，受到了用戶的高度評價。

起重機的主要特點是其吊臂系統採用雙四連桿結構。在傳統四連桿門式起重機的吊鉤和抓斗作業條件下，雙四連桿結構能夠平穩地完成貨櫃旋轉吊具作業。在39公尺作業範圍內，它可以進行50噸的吊鉤作業、40噸的抓斗作業和40噸的貨櫃吊具作業。起升、變幅、迴轉和行走機構均採用交流變頻調速。

該起重機的軌距為22米，迴轉中心到海側軌距的距離為4.75米。海側和陸側的輪壓差異較大。為防止磨損鋼軌，設計中增加了行走偏差校正裝置，使兩邊鋼軌上的行走機構保持相同的速度，從而避免使用過程中出現磨損鋼軌的情況。
由於該起重機用於貨櫃作業，考慮到貨櫃作業的安全，起升機構中高速軸和低速軸分別設定了兩組起升煞車裝置。一組用於正常起升制動，另一組用於緊急制動時的安全制動。此煞車裝置安裝在起升捲筒的法蘭上。
雙四連桿臂架系統是此起重機的主要特點。在貨櫃裝卸作業中，透過改變鋼絲繩的纏繞方式，使吊具懸掛的四根鋼絲繩呈梯形排列，從而顯著降低貨櫃在裝卸過程中的旋轉。同時，為防止貨櫃在裝卸過程中發生傾斜，小四連桿臂架的前補償桿始終設計為45度角，確保四根鋼絲繩的長度和相對位置在不同的變幅位置保持不變，提高了集裝箱的穩定性，解決了傳統門式起重機在劇烈裝卸過程中集裝箱晃動的問題。此外，考慮到使用不同吊具時需要更換鋼絲繩，在臂架中部設置了工作平台，可以安全、快速、便捷地調整鋼絲繩的纏繞方式，以滿足不同工況的需求。
使用門式起重機進行貨櫃裝卸時，由於門式起重機的迴轉運動，傳統門式起重機在貨櫃裝卸過程中需要人工輔助定位，這限制了生產效率。然而，起重機採用旋轉式吊具，使得吊具在門式起重機迴轉過程中始終與碼頭平行，並可實現貨櫃吊具的自動定位，從而大大提高了裝卸效率。
該產品還採用全套能量回饋控制系統，將起升位能和迴轉煞車能量回饋回電網。同時，透過應用電抗器和濾波器，最大限度地抑制高次諧波，達到淨化電網的目的。為確保安全高效使用，電子控制設計採用起升高度、變幅和迴轉角度的設定控制，降低駕駛者的勞動強度，提高工作效率。

該產品投入使用後，每小時貨櫃裝卸量可達22箱，接近貨櫃岸橋的效率。但更重要的是，它具有良好的安全性能，並降低了作業過程中潛在的安全隱患。同時，散貨抓斗的每小時卸載量可達580噸，真正實現了門式起重機的多用途性，為港口使用者在選擇前碼頭設備時提供了新的選擇。

3. 以支撐裝置的結構類型為主要符號，此支撐裝置用於使上部旋轉部分相對於下部運轉部分旋轉。
門式起重機可分為旋轉柱式門式起重機、固定式柱式門式起重機、轉盤式門式門式起重機及大軸承式門式門式起重機。轉盤式門式起重機結構複雜，加工製造難度大，因此目前很少使用；旋轉柱式和固定柱式門式起重機整體穩定性好，是目前常用的形式，其中旋轉柱式應用最為廣泛；大軸承式門式門式起重機結構新穎，部件少，重量輕，發展前景廣闊。

按不同用途和場合分類
門式起重機可分為三種類型：港口用門式起重機、造船用門式起重機和建築用門式起重機。此外，根據港口不同的裝卸用途，門式起重機還可分為通用門式起重機和專用門式起重機。通用門式起重機用於普通貨物碼頭，配備吊鉤或抓斗。專用門式起重機用於特殊碼頭或用於吊起特定類型的貨物，例如煤炭、糧食等。除了吊鉤和抓斗外，它們還配備了專門的功能設備。例如，有料斗的門式起重機就專門配備了料斗、皮帶輸送機等設備。

（1）門式起重機：主要用於港口及露天堆場，利用抓斗或吊鉤進行裝卸作業。起重能力一般不超過50噸，且不隨振幅變化。作業速度相對較快，因此生產力往往是重要的衡量指標。

（2）船舶用門式起重機：主要用於造船廠、浮船塢及舾裝現場，進行船體拼接、設備舾裝等吊運作業，以吊鉤作為吊具。最大起重能力為300噸，振幅越大，起重能力越小。起升速度有多種選擇，起重重量較輕時可提高起升速度。部分工作機構也配備微動裝置，以滿足安裝要求。高門式起重機可適應大起升高度和大振幅作業的需求，但工作速度較慢，作業效率不高。

（3）門式起重機：主要用於水力發電廠大壩澆築、設備及預製件吊飾等，一般採用吊鉤。其起重能力和作業速度一般介於前兩種類型的起重機之間。具有整體組裝、拆卸和運輸性能好、吊具下降深度大、對臨時作業和架空作業適應性強等特點。

門式起重機的結構

門式起重機一般由下列部件組成：

結構部分

包括懸臂系統、A型架、旋轉平台、駕駛室、門式車架等。

機構零件

包括起升機構、變幅機構、迴轉機構和行走機構。

電氣部件

起重機通常由電纜捲筒或溝槽滑索驅動，並採用直接電力驅動。只有在電力供應無法解決的情況下，才會考慮蒸汽發電或柴油發電等複合驅動裝置。電氣部分一般包括電線電纜、集電環、馬達、變壓器、電阻器、控制櫃、控制台、照明設備等。

安全裝置部件

包括限位裝置、過載限制器、緩衝器、抗風防滑裝置等。對於駕駛室和機房平台高度超過20公尺的大型門式起重機，應考慮安裝輔助簡易電梯。

起重機的迴轉機構安裝在門式起重機的底座上，該門式底座實際上是起重機的承重部分。門式底座下方設有行走機構，可在地面軌道上移動。起升機構的吊臂和變幅機構也安裝在迴轉機構上。這四個機構協同工作，完成設備或船體部件的安裝，或貨物的裝卸作業。

火車和車輛可以從門式底座下方通過。根據需要，應在施工過程中確定可容納一列、兩列或三列火車通過。當可容納一列、兩列或三列火車通過時，門式起重機的限界分別為6公尺、10.5公尺和15公尺。門式起重機通常透過柔性電纜由外部電網供電，大型機構一般分別由三相感應馬達驅動。

門式起重機具有起升、迴轉、變幅和行走機構。前三個機構安裝在旋轉部件上，並在每個循環中參與運作。旋轉部件還配備有可傾斜的單臂或組合臂以及駕駛室。行走機構安裝在門架的下部，用於調整起重機的工作位置。帶有料斗的門式起重機還配備伸縮式料斗和皮帶輸送機等附加設備，以提高使用抓斗裝卸散裝物料時的生產效率。除了電氣保護裝置外，還安裝了起重機限重器、起升扭力限制器和起重機軌道夾具等安全裝置。

門式起重機系統

門式起重機的控制系統一般採用交流變頻調速及PLC控制，並可配備智慧化的「狀態監控系統」。目前，許多碼頭也在進行門式起重機的無人控制改造，並且取得了一定的成效。

大多數門式起重機機構系統採用水平變幅系統。

（1）在變幅過程中，重物和起重臂系統的重心幾乎沒有垂直位移。一種方法是在變幅過程中增加一個可移動的配重，以平衡組合重心的升降。這種方法佈置方便、操作可靠，應用廣泛。另一種方法是依靠起重臂系統的機械特性，在變幅過程中確保組合重心的運動軌跡接近水平線，無需增加可移動的配重。

（2）被吊重物在變幅過程中沿著近乎水平的軌道運動，可採用補償法或組合式吊臂法。補償法是透過特殊的儲繩系統在變幅過程中自動收放相應的起升鋼絲繩，以補償吊臂升降所造成的吊具垂直位移。組合式吊臂法則依靠組合式吊臂的機械特性，確保吊臂末端在變幅過程中接近水平運動。兩種方法均廣泛應用。

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