關(guān)于橋式抓斗卸船機(jī)抓斗超載限制探討

李朋　汪瑞

摘 要：由于港口橋式抓斗卸船機(jī)作業(yè)中，由于物料種類、司機(jī)操作手法的不同，造成卸船機(jī)作業(yè)過(guò)程中，很容易出現(xiàn)抓斗超載問題，影響設(shè)備穩(wěn)定，不利于穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行。超載現(xiàn)象普遍且難以控制，本文重點(diǎn)探討如何在橋式抓斗卸船機(jī)在作業(yè)過(guò)程中，多方面尤其是利用電氣控制，安全、有效的減少抓斗超載現(xiàn)象，提高設(shè)備穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：超載;港口;電氣設(shè)備;計(jì)量系統(tǒng)

一、卸船機(jī)機(jī)型的發(fā)展與現(xiàn)狀

抓斗卸船機(jī)根據(jù)作業(yè)和構(gòu)造分類如下：

、

從分類可以看出，橋式抓斗卸船機(jī)根據(jù)小車的驅(qū)動(dòng)方式不同，可以分為2種主要形式：繩索牽引小車式和自行小車式，半牽引小車式卸船機(jī)是介于自行與牽引小車式之間的一種形式，貫串牽引小車式卸船機(jī)也屬于牽引小車。近年來(lái)，隨著船舶加速向大型化發(fā)展，其運(yùn)輸能力也不斷擴(kuò)大，為適應(yīng)這種情況，橋式抓斗卸船機(jī)主參數(shù)、額定生產(chǎn)率也相應(yīng)變化。橋式抓斗卸船機(jī)具有技術(shù)成熟可靠、機(jī)動(dòng)靈活性好、作業(yè)受波浪影響小、維修工作量小等特點(diǎn)，是目前世界上應(yīng)用最普遍的散貨卸船機(jī)械之一。由于橋式抓斗卸船機(jī)以傳統(tǒng)的抓斗開閉和升降，因其對(duì)物料和船舶的適應(yīng)性、營(yíng)運(yùn)成本低以及避免波浪引起的船舶顛簸對(duì)卸船機(jī)的損傷等特性，具有其他卸船形式無(wú)法取代的優(yōu)勢(shì)。卸船機(jī)是裝卸工藝系統(tǒng)的一部分，應(yīng)充分考慮和其他裝卸工藝設(shè)備橋式抓斗卸船機(jī)適用于散貨駁船和海輪船舶

的卸船作業(yè)，貨船載重量幾千噸至幾十萬(wàn)噸。由于進(jìn)口業(yè)務(wù)量的遞增，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近十年橋式抓斗卸船機(jī)的需求量比前一個(gè)十年增加約3.5倍，一般每年在60至100臺(tái)之間。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，近二十年來(lái)，橋式抓斗卸船機(jī)以牽引小車為主要形式，其中，有補(bǔ)償小車與差動(dòng)小車，差動(dòng)小車又分機(jī)械差動(dòng)與電差動(dòng)兩種形式;近十年的統(tǒng)計(jì)資料更進(jìn)一步表明，機(jī)械差動(dòng)占了主流，占到95%以上，

電差動(dòng)應(yīng)用不多。從額定生產(chǎn)率來(lái)分析，小型（1 000 t/h以下）卸船機(jī)占28%，中型（1 000～2 000 t/h）卸船機(jī)占比達(dá)到50%，大型（2 000 t/h甚至3 500 t/h的卸船機(jī)，在一些專業(yè)化轉(zhuǎn)運(yùn)礦石碼頭也獲得普遍采用。機(jī)械差動(dòng)式卸船機(jī)以繞繩系統(tǒng)簡(jiǎn)單、繩耗低、小車自重輕、鋼絲繩張力小、整機(jī)結(jié)構(gòu)受力小、有利于整機(jī)結(jié)構(gòu)降重等特點(diǎn)也被廣泛運(yùn)用。這種卸船機(jī)的機(jī)房布置有上置式和下置式2種形式。上置式的繞繩方式也有2種：一種是機(jī)房底架布置在陸側(cè)門框上方，四卷筒兩兩出繩分別引至海、陸側(cè)前后大梁端部，經(jīng)改向滑輪引至主小車起升、開閉滑輪;另一種形式是機(jī)房設(shè)置在后大梁上的后置式，四卷筒出繩全部經(jīng)機(jī)房向海側(cè)引出，2根至前大梁端部，經(jīng)改向滑輪引至主小車，還有2根鋼絲繩則直接經(jīng)機(jī)房引至主小車起升、開閉滑輪。在選用的時(shí)候，要綜合考慮整機(jī)的布置形式，充分考慮鋼絲繩的偏斜角度、小車運(yùn)行的有效距離、機(jī)房設(shè)備的部件吊運(yùn)空間等，尤其需要注意的是更換抓斗和吊運(yùn)清艙機(jī)的要求。下置式是機(jī)房布置在陸側(cè)立柱的中間位置，

鋼絲繩全部從房頂出繩，通過(guò)導(dǎo)向滑輪繞至主小車滑輪上。這種布置形式在中、小機(jī)型上均有應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)是降低了整機(jī)的重心，大幅度減少風(fēng)載荷和水平慣性力矩，使得整機(jī)穩(wěn)定性增加，整機(jī)的自重輕、剛性好，但由于機(jī)房下置，鋼絲繩

由機(jī)房引出時(shí)的高度差，給布置帶來(lái)一定的困難，作業(yè)時(shí)散料的揚(yáng)塵集中在下部，污染比上置式要嚴(yán)重得多，給集塵防塵提出更高的要求。隨著船舶的大型化，在提高生產(chǎn)能力的同時(shí)，相應(yīng)的外伸距也加大，下置式的應(yīng)用受到一定的限制。電氣差動(dòng)是用4套獨(dú)立機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)4個(gè)卷筒，4個(gè)卷筒間沒有機(jī)械關(guān)聯(lián)，完全通過(guò)電氣控制系統(tǒng)控制每個(gè)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)抓斗的提升、下降、閉合、打開和抓斗小車的前后移動(dòng)。因此每個(gè)動(dòng)作均需要控制鋼絲繩載荷均衡和速度同步，電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性大大增加了。

二、超載對(duì)卸船機(jī)作業(yè)的影響

1.主結(jié)構(gòu)、鋼絲繩機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。橋式抓斗卸船機(jī)主要由鋼結(jié)構(gòu)、小車、鋼絲繩及抓斗等組成，超載不僅直接反映到鋼絲繩機(jī)構(gòu)上，使鋼絲繩及其連接件如梨形頭、C型扣受到超過(guò)其額定承受能力的拉力，任意一個(gè)環(huán)節(jié)在超載過(guò)程中都有可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象，造成梨形頭、C型扣損壞、鋼絲繩斷股等;而且會(huì)

造成卸船機(jī)主結(jié)構(gòu)超負(fù)荷承重，情況惡劣時(shí)造成小車脫軌，甚至發(fā)生類似門機(jī)超載傾覆的惡劣事故。

2.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)性能。橋式抓斗卸船機(jī)的主起升電氣機(jī)構(gòu)由變頻器及主電機(jī)構(gòu)成。超載現(xiàn)象使得主起升電氣機(jī)構(gòu)中的變頻器和主電機(jī)承受額定功率以上的輸出功率，長(zhǎng)期超載運(yùn)行會(huì)造成電機(jī)散發(fā)熱量無(wú)法順利排出，溫升過(guò)高導(dǎo)致故障停機(jī)，甚至電機(jī)燒毀;變頻器由于過(guò)載運(yùn)行造成內(nèi)部元件過(guò)熱保護(hù)或損壞，IG-BT過(guò)溫停機(jī)甚至不可逆的過(guò)流損壞。

三、改善卸船機(jī)超載方法探討

1.完善人員操作及管理辦法。卸船機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行中，改善人員操作，加強(qiáng)設(shè)備管理辦法，著重加強(qiáng)設(shè)備維修和管理的技術(shù)與細(xì)節(jié)，改善卸船機(jī)電氣設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境。第一是生產(chǎn)部門根據(jù)卸船機(jī)的運(yùn)行實(shí)況，結(jié)合現(xiàn)有卸船機(jī)操作人員整體技能水平以及對(duì)設(shè)備的了解程度，綜合制定超載運(yùn)行考核制度和處理辦法;第二

是計(jì)劃部門根據(jù)計(jì)劃卸載船舶的貨種、品質(zhì)、含水量制定專門的作業(yè)計(jì)劃與抓取量設(shè)置區(qū)間，求得在盡可能減少超載作業(yè)現(xiàn)象的前提下，高效的完成接卸船舶，達(dá)到安全與高效的雙贏局面。第三是維修部門結(jié)合日常點(diǎn)檢保養(yǎng)情況，加強(qiáng)受力部件的維護(hù)維修，避免因過(guò)載造成部件損壞和設(shè)備停機(jī)。

2.增加計(jì)量系統(tǒng)輔助控制超載限制程序。結(jié)合卸船機(jī)原有超載限制控制原理以及傳動(dòng)力矩曲線，可以得出以下結(jié)論：抓取過(guò)程和抓斗加減速過(guò)程均不能采集重量傳感器數(shù)據(jù)用于抓斗超載限制，一是此時(shí)數(shù)據(jù)并不穩(wěn)定，二是抓斗加減速過(guò)程若因抓斗超載限制停機(jī)非常危險(xiǎn)，會(huì)造成抓斗大幅度擺動(dòng)，造成磕碰船艙或卸船機(jī)本體事故。橋式抓斗卸船機(jī)擁有獨(dú)立抓斗計(jì)量系統(tǒng)，其利用變頻器傳動(dòng)系統(tǒng)中的力矩曲線，實(shí)時(shí)采集并計(jì)算抓斗物料重量。計(jì)量系統(tǒng)在卸船機(jī)抓取物料后，抓斗勻速提升過(guò)程中將實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的瞬時(shí)值用于計(jì)量單斗物料重量。3.優(yōu)化原有超載限制程序。根據(jù)多次對(duì)原有重量傳感器數(shù)據(jù)的采集和分析，從限制抓斗超載的角度上看，重量傳感器在抓取過(guò)程和抓斗加減速過(guò)程中數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確，一斗接近但未達(dá)到額定作業(yè)量的物料在抓取和抓斗加減速過(guò)程中都可能會(huì)造成重量傳感器數(shù)值報(bào)警。而除去以上兩種情況，重量傳感器在其他時(shí)間段都是準(zhǔn)確、可靠的。所以，可以將以上兩段作業(yè)區(qū)間的重量傳感器檢測(cè)功能屏蔽，雖然這種做法使超載限制出現(xiàn)盲區(qū)，但從理論上也大大降低了超載限制程序造成的誤停機(jī)幾率，而其犧牲的檢測(cè)盲區(qū)也只占整個(gè)卸船機(jī)抓取作業(yè)區(qū)間不到10%。再通過(guò)計(jì)量系統(tǒng)的輔助超載限制，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的超載限制程序不僅在可行性和檢測(cè)精度上大大增加，其危險(xiǎn)系數(shù)也同時(shí)得到了降低。

隨著船舶大型化和日益增長(zhǎng)的散裝物料運(yùn)輸量的需求，新建碼頭、配置機(jī)型也趨向大型化，也促使橋式抓斗卸船機(jī)的技術(shù)不斷進(jìn)步與提高，其適用能力不斷得以加強(qiáng)。

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