港口起重機起重量校準技術現狀分析

李 靜 李益琴 張德文

交通運輸部水運科學研究院

1 引言

隨著港口碼頭生產規模的不斷擴大，大型化、高效化是港口起重機械的發展趨勢。起重機械的裝卸安全生產成為港口生產管理的重點，在起重機上裝設稱重保護系統可以在實現起重物料稱重的同時提供一定的安全保護作用，減少和避免超載作業的發生。實現起重機起重量的準確稱重，準確標定起重機稱重設備及系統，實現起重機“滿載不超載”安全作業，對于提高起重機作業的可靠性、安全性、高效性具有重要的意義。

2 港口起重量稱重技術及其主要問題分析

2.1 港口起重量稱重技術

在起重機起吊過程中完成裝卸物料的稱重計量，是起重機作業現場比較常用的一種形式。隨著起重機的自動化發展，相關稱重技術也在不斷發展和進步。目前港口起重機起重量稱重的裝置及系統主要包括以下3種形式。

2.1.1 電子吊鉤稱

電子吊鉤稱是一種直接懸掛在起重機吊鉤上的電子稱量設備，與起重機吊鉤滑輪組設計成一個整體,采用無線傳輸的方式將稱重的物料重量信息傳輸到地面或司機室。起重荷載直接作用于稱重傳感器上,不受其他受力機構分流，稱重精度相對較高。但吊鉤秤自身的長度會隨起重量的增大而增長，當其作用于吊鉤時會影響起重機的有效起升高度，使其起重量受限，且其自身的安全可靠性不高，主要用于件雜貨裝卸，港口起重機械較少使用該稱重設備。

2.1.2 測力計重稱重系統

隨著起重機稱重技術發展及港口作業的需求，起重機超載保護裝置應運而生。起重機超載保護裝置包括起重量限制器和起重力矩限制器。起重機超載保護裝置能在起重設備起吊、振動等各種復雜的情況下直接顯示被測起重量[1]，發出超載報警信號。早期的超載保護裝置稱重方法采用測力傳感器采集數據推算起重量。

稱重系統主要由稱重傳感器、控制器和儀表構成。當起重機起吊物料時，稱重傳感器產生變化，相關變量通過放大器經轉換器轉換成數字信號，信號經處理后換算成重量。測力式超載保護裝置目前應用較為廣泛，其自身的精度較高，但在實際作業過程中，通過傳感器取力的方式易受現場作業環境及動態作業過程影響，系統穩定性不佳，可靠性較差。

2.1.3 電量計重稱重系統

近年來，通過電量推算起重量的稱重技術得到了發展。不同于利用稱重傳感器的形變來換算重量，電量計重稱重技術是通過電流互感器和電壓傳感器采集起升機構電機的電流、電壓變化，間接推算起重機所起吊的重量[2]。它主要是由智能電量稱重分析儀及電流互感器、電壓采集器(如果需要)等組成。智能電量稱重分析儀通過電流互感器、電壓采集器采集起重機電機的電流、電壓信息，結合起重機參數通過專用算法進行實時分析，計算出起重機的負載重量。

該種稱重方式由于沒有測力元器件，并且安裝于機器房內，受環境影響小，電動機電性能也基本穩定，故其精度高且十分穩定。目前，部分設計單位及廠家基于此種稱重技術開發了便于在線實時精確計量的安全稱重保護系統，并在港口起重機上得到了推廣應用。

2.2 稱重系統使用中存在的主要問題

通過調研發現，港口作業現場在使用相關稱重保護裝置時主要存在4個方面問題：

(1)為控制投入成本，部分單位會選擇低價位的稱重保護裝置，產品質量得不到保證，從而造成起重機可靠性較低。

(2)稱重設備及系統標定不準確，在作業過程中起重量遠遠低于或高于額定起重量，導致部分起重量損失的現象，降低了起重作業效率，或喪失了設備的安全性。

(3)稱重設備用戶重生產，作業現場未及時作準確校核，在誤差很大甚至裝置失靈的環境下作業[3]。

(4)為提高工作效率，起重機作業超載超速運行，作業人員拆除相關裝置，稱重保護裝置并未被正常使用。

3 港口起重機起重量的標定方法分析

因稱重系統一般都兼顧超載保護功能，如不能準確地測量重物的重量，系統將無法真正投入使用，而稱重計量裝置裝機后的調試及檢驗則是保證準確測量至關重要的一步。系統過大的正誤差會使起重機損失相應的工作能力，過大的負誤差容易造成傾翻，甚至引起重大事故。以起重機超載限制器為例，如其已超載而不報警，將會影響起重機的作業安全，嚴重者將危及參與作業人員的人身安全；如出現報警不準確，則會嚴重影響起重機的作業效率，導致稱重裝置被人為關閉或拆除。因此，各稱重裝置和系統在現場調試和檢驗時，應確保調試結果的準確可靠，而要校準這些稱重裝置，準確標定起重量是基礎。

在起重機作業現場，當需要一定標定量的試驗載荷進行試驗檢測或起重量稱重裝置校準時，大多采用水泥塊、石塊、礦石塊、鑄鋼塊、鋼卷、水箱等材料或過地磅等方法進行標定，這些標定方法都存在一定的缺陷。

當起重荷載采用水泥塊、石塊、礦石塊、鑄鋼塊、鋼卷時，基本都是現場就地取材，其重量大多是估計值，載荷數值模糊，起重量的誤差一般都很大，精確度不高，存在載荷不準確的問題。采用水箱標定起重量，標定精度相對石塊等現場取材的標定方法略高，但是在標定的過程中儲放水比較耗費時間，浪費水資源，且僅適用于裝卸集裝箱的起重機，不適用于采用抓斗或吊鉤的起重機。采用過地磅法，則需要增加現場作業流程，裝車過磅，影響運輸生產效率，同時耗費能源，易造成環境污染，且其稱重精度也依賴于地磅的精度，如地磅誤差較大，其量值就無法精確保證。

標準物質是具有準確量值的測量標準，具有特定量值的標準物質，現已在環境分析、食品檢測、臨床藥品、物理化學特性檢測等領域得到廣泛應用。針對起重量的準確標定，也可以考慮制作如砝碼一樣具有確定質量值的鑄鐵塊標準物質，使其成系列并通用于多種機型。合理配置起重量標準物質，是做好起重量現場安全檢定、準確標定的工作基礎，也是保證量值傳遞準確的有效方法。

4 結語

稱重設備及系統的可靠性、有效性是保證起重機高效安全作業的基礎。港口作業現場嚴重缺乏可靠的起重量標準物，研究制定起重吊具通用且成系列的標準物質，是準確標定稱重設備及系統的基礎，也是提高起重機稱重計量水平的重要途徑。