岸邊集裝箱起重機掛艙載荷限制和過載數據追蹤方案

張 建

上海浦東國際集裝箱碼頭有限公司

1 引言

為防止岸邊集裝箱起重機(以下簡稱岸橋)超載作業，需要在岸橋上配置一套稱重系統。由于司機操作和電氣設計方面的原因，岸橋經常會發生掛艙事故，大部分發生海側艙內，后續很難對掛艙處的鋼絲繩進行跟蹤檢查。通過詳細分析掛艙的原因，對岸橋防掛艙程序進行優化，并在RCMS(Remote Crane Monitoring System,岸橋遠程監控系統)界面里增加掛艙記錄查詢頁面，以提升岸橋掛艙保護性能。

2 原超載檢測程序分析

掛艙事故的發生一般有2種情況：起升過程中，因載荷偏心造成吊具和集裝箱傾斜和旋轉，鉤掛在船駁艙口或卡在變形的艙內導槽上；起升時，下方的集裝箱鎖鈕未完全開鎖分離。

案例：一臺額定載荷55 t的岸橋帶箱在艙內發生掛艙事故，查看RCMS發現，掛艙時瞬間起升載荷達到了108 t(吊具和上架載荷以17 t計算，每個重量傳感器平均載荷為31.25 t，過載96%)，遠遠超過額定載荷，盡管沒有發生滑輪翻邊、起升鋼絲繩斷絲和跳槽事故，但掛艙時的較大載荷必然會影響起升鋼絲繩的使用壽命。查看該臺岸橋的PLC程序，發現載荷保護程序中，存在如下缺陷：

(1)程序中雖然對單雙箱額定載荷做了限制(見圖1、圖2)，但由于重量傳感器自身測量精度限制，為防止載荷接近額定載荷時造成起升無動作，在載荷檢測程序中增加了一定的延時。對于該岸橋，單箱超載105%時(#W00035=4100；#W00040=105)，延時3 s后程序聯鎖才動作；雙箱超載105%時(#W00036=5500；#W00041=105)，延時2 s后程序聯鎖才動作。由于超載檢測程序中有延時，因此雙箱發生掛艙時，在2 s內起升就可以繼續運行，而此時由于變頻器采用矢量閉環控制，因掛艙反饋速度滯后，變頻器輸出電流迅速增加，導致短時間內達到力矩最大限制值(190%)。

圖1 原載荷檢測程序(H03.01)

圖2 原載荷檢測程序(H36.02)

(2)程序中沒有對單個重量傳感器的載荷限制進行檢測。

(3)程序中沒有給定明確的掛艙信號，僅對額定載荷超載5%后進行限制，且該限制因程序中的延時滯后不起作用。

另外，查看該岸橋的掛艙裝置機械和液壓設計圖紙，通過計算發現單個起升滑輪承受的載荷達到45.5 t時溢流閥才會卸壓，因此該處的傾轉裝置基本上起不到掛艙卸荷作用。如果將卸荷溢流閥壓力調低以降低最大掛艙載荷，則作業過程中會造成保壓效果差，因此不建議進行調整。

3 掛艙檢測程序優化

由于原PLC載荷檢測程序存在缺陷，造成掛艙時最大載荷可以達到額定載荷190%，為降低掛艙時的最大載荷，需對原載荷檢測程序進行優化。

3.1 增加對單個重量傳感器進行載荷限制檢測

發生掛艙時，可能集裝箱自身很輕，也可能只有一側鋼絲繩負荷突然加大超過額定載荷，但總載荷卻不會超出額定限制，因此程序中需增加對單個重量傳感器的載荷檢測。對上述額定載荷為55 t的岸橋(雙箱下)，加上吊具和上架載荷17 t，總噸位為72 t，每根鋼絲繩額定負荷為72÷8=9 t(按上架4個起升滑輪計算)，折算到每個重量傳感器為18 t。雙箱時的過載系數為44.4%，因此每個重量傳感器的載荷限制取為雙箱26 t。過載系數取得較大，主要考慮到偏心載荷的影響，一般現場實際左右側載荷偏差可達到10 t，即一側重量傳感器載荷為13 t，另一側重量傳感器載荷為23 t。

單箱狀態下，額定載荷為41 t，每個鋼絲繩額定負荷為58/8=7.25 t，折算到每個重量傳感器為14.5 t。單箱時過載系數為51.7%，對每個重量傳感器的載荷限制取為單箱22 t。

添加后的程序見圖3和圖4，其中圖3中程序全部為新增加部分，圖4中方框內為新增加部分。

圖3 增加的單個重量傳感器載荷檢測程序(H03.01)

圖4 增加的單個重量傳感器載荷檢測程序(H36.02)

3.2 程序中給定明確的掛艙觸發信號

原載荷檢測程序沒有給出明確的掛艙觸發信號。為確保超載后起升馬上停止運行，在原載荷檢測程序中，增加掛艙觸發信號，即總載荷超載50%時(可根據實際需要在20%～50%范圍內選取)，起升馬上停止(程序聯鎖條件中不再設有延時信號)，主要程序修改見圖5和圖6。

圖5 增加掛艙檢測信號(H02.03)

圖6 掛艙檢測信號聯鎖保護(H36.03)

3.3 RCMS中增加掛艙數據顯示

為方便跟蹤檢查掛艙后的起升鋼絲繩斷絲發展情況，在原RCMS界面中增加掛艙檢索頁面(僅統計超載20%以上掛艙事故)，可以查詢每臺岸橋掛艙的次數和時間，并可記錄每次掛艙時的最大載荷以及掛艙時的起升和小車位置。通過掛艙時的起升位置和小車位置，計算出當小車位于哪個位置掛艙時上架處的鋼絲繩會出現在小車頂滑輪處，從而方便對鋼絲繩進行跟蹤檢查。

一旦發生較嚴重的掛艙事故，起升鋼絲繩使用壽命將大受影響，設備管理人員除持續跟蹤掛艙處鋼絲繩斷絲情況外，應根據掛艙次數和每次掛艙的嚴重程度(載荷大小)，相應地縮短鋼絲繩使用壽命周期，提早更換鋼絲繩，避免發生斷繩事故。

4 結語

通過對掛艙檢測程序進行優化設計，可有效減少岸邊集裝箱起重機掛艙時的過載載荷，從而降低掛艙時對起升鋼絲繩帶來的損傷。通過在RCMS中增加掛艙事故記錄表，方便管理人員查找掛艙位置的鋼絲繩斷絲發展情況，合理縮短起升鋼絲繩使用壽命，避免斷繩事故的發生。