關(guān)于橋式抓斗卸船機抓斗超載限制探討

摘 要：港口橋式抓斗卸船機作業(yè)中，由于物料種類、司機操作手法的不同，造成卸船機作業(yè)過程中，很容易出現(xiàn)抓斗超載問題，影響設備穩(wěn)定，不利于穩(wěn)定持續(xù)運行。超載現(xiàn)象普遍且難以控制，本文重點探討如何在橋式抓斗卸船機在作業(yè)過程中，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，提高設備穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：超載；港口；電氣設備；計量系統(tǒng)

一、控制卸船機超載現(xiàn)象的必要性

橋式抓斗卸船機在作業(yè)過程中，很容易產(chǎn)生抓斗過載現(xiàn)象。以唐山曹妃甸礦石碼頭有限公司每斗額定作業(yè)能力72t的4#橋式抓斗卸船機為例，去除抓斗自身以及鋼絲繩凈重25.5t左右，其正常額定抓取量為46.5t，而實際情況下，根據(jù)2015年7月至2016年1月的作業(yè)量統(tǒng)計，其平均抓取量達到了42t，在總作業(yè)的104912次中，超載次數(shù)達到了28836次，占比27.4%。超載平均抓取量達到51.07t。對卸船機安全穩(wěn)定生產(chǎn)是較大威脅。

二、原有超載限制設備介紹

橋式抓斗卸船機設有抓斗重量傳感器，安裝于主鋼絲繩前大梁滑輪支撐軸上，通過檢測軸形變來反映鋼絲繩拉力大小。在程序設計中，當鋼絲繩承受全部拉力即抓取重量超過設定值時，自動鎖定抓斗起升動作，使之只能放下和開斗，直至放回超載物料、抓取重量小于設定值后，才可以恢復正常作業(yè)。從邏輯角度上看，這種設計和應用都毫無問題，但實際應用中，現(xiàn)場技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)此超載限制設備頻繁在物料抓取環(huán)節(jié)和抓斗加減速過程中誤報警，即抓料過程還未結(jié)束、抓斗未提起時，或者抓斗已經(jīng)提升到接料板附近，即將放料完成本斗作業(yè)時報出超載故障。經(jīng)過采集傳動力矩曲線，發(fā)現(xiàn)鋼絲繩受力的最大點并不一定在提升過程，抓取過程中的鋼絲繩受力同樣能達到較高水平，而且抓斗的加減速也會造成傳感器數(shù)據(jù)波動。所以，利用抓斗重量傳感器來進行超載限制并不理想。非常容易造成誤報停機。

三、超載對卸船機作業(yè)的影響

1）主結(jié)構(gòu)、鋼絲繩機構(gòu)的穩(wěn)定性。橋式抓斗卸船機主要由鋼結(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構(gòu)上，使鋼絲繩及其連接件如梨形頭、C型扣受到超過其額定承受能力的拉力，任意一個環(huán)節(jié)在超載過程中都有可能出現(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；而且會造成卸船機主結(jié)構(gòu)超負荷承重，情況惡劣時造成小車脫軌，甚至發(fā)生類似門機超載傾覆的惡劣事故。

2）傳動機構(gòu)性能。橋式抓斗卸船機的主起升電氣機構(gòu)由變頻器及主電機構(gòu)成。超載現(xiàn)象使得主起升電氣機構(gòu)中的變頻器和主電機承受額定功率以上的輸出功率，長期超載運行會造成電機散發(fā)熱量無法順利排出，溫升過高導致故障停機，甚至電機燒毀；變頻器由于過載運行造成內(nèi)部元件過熱保護或損壞，IGBT過溫停機甚至不可逆的過流損壞。

3）帶式輸送機運行。橋式抓斗卸船機所抓取的物料通過帶式輸送機運送至堆場，兩臺甚至多臺卸船機超載作業(yè)所產(chǎn)生的物料流量會嚴重超過對應的帶式輸送機的額定承載能力。卸船機過載運行的同時造成帶式輸送機也被迫過載運行。撕裂、過熱、停機現(xiàn)象都有可能隨之發(fā)生。

四、改善卸船機超載方法探討

1）完善人員操作及管理辦法。卸船機生產(chǎn)運行中，改善人員操作，加強設備管理辦法，著重加強設備維修和管理的技術(shù)與細節(jié)，改善卸船機電氣設備的運行環(huán)境。第一是生產(chǎn)部門根據(jù)卸船機的運行實況，結(jié)合現(xiàn)有卸船機操作人員整體技能水平以及對設備的了解程度，綜合制定超載運行考核制度和處理辦法；第二是計劃部門根據(jù)計劃卸載船舶的貨種、品質(zhì)、含水量制定專門的作業(yè)計劃與抓取量設置區(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，達到安全與高效的雙贏局面。第三是維修部門結(jié)合日常點檢保養(yǎng)情況，加強受力部件的維護維修，避免因過載造成部件損壞和設備停機。

2）增加計量系統(tǒng)輔助控制超載限制程序。結(jié)合卸船機原有超載限制控制原理以及傳動力矩曲線，可以得出以下結(jié)論：抓取過程和抓斗加減速過程均不能采集重量傳感器數(shù)據(jù)用于抓斗超載限制，一是此時數(shù)據(jù)并不穩(wěn)定，二是抓斗加減速過程若因抓斗超載限制停機非常危險，會造成抓斗大幅度擺動，造成磕碰船艙或卸船機本體事故。橋式抓斗卸船機擁有獨立抓斗計量系統(tǒng)，其利用變頻器傳動系統(tǒng)中的力矩曲線，實時采集并計算抓斗物料重量。計量系統(tǒng)在卸船機抓取物料后，抓斗勻速提升過程中將實時采集數(shù)據(jù)的瞬時值用于計量單斗物料重量。考慮到計量系統(tǒng)的可靠和準確性，可以采集抓斗計量信號開關(guān)量，作為觸發(fā)實時計量數(shù)據(jù)與設定值比較的信號。即在抓斗物料計量的同時，進行物料重量與超載限制值的比較，若物料重量超過超載限制值，則鎖定抓斗提升動作，直至抓斗將物料放回船艙，才可以正常進行下一輪抓取作業(yè)。利用計量系統(tǒng)原有程序，在計量單斗重量的同時進行抓斗超載檢測，既可以保證超載檢測精度，又可以避免停機時造成危險。

3）優(yōu)化原有超載限制程序。根據(jù)多次對原有重量傳感器數(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程和抓斗加減速過程中數(shù)據(jù)并不準確，一斗接近但未達到額定作業(yè)量的物料在抓取和抓斗加減速過程中都可能會造成重量傳感器數(shù)值報警。而除去以上兩種情況，重量傳感器在其他時間段都是準確、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幾率，而其犧牲的檢測盲區(qū)也只占整個卸船機抓取作業(yè)區(qū)間不到10%。再通過計量系統(tǒng)的輔助超載限制，經(jīng)過優(yōu)化的超載限制程序不僅在可行性和檢測精度上大大增加，其危險系數(shù)也同時得到了降低。

五、結(jié)語

卸船機過載是散貨碼頭設備運行中的一大難題，根據(jù)卸船機過載產(chǎn)生的原因，了解卸船機過載對碼頭安全穩(wěn)定生產(chǎn)的影響，安全、可靠的消除卸船機過載對設備、人身安全的威脅，對生產(chǎn)的負面影響；與此同時，利用現(xiàn)有的硬件及軟件資源，在不增加成本的前提下科學合理的編寫控制程序，使控制程序能夠在一定程度上減少抓斗超載現(xiàn)象，同時盡可能維持卸船機的高效作業(yè)運行。本文僅從電氣控制角度上，對卸船機過載限制進行了探討。但解決卸船機過載并不僅僅只能通過電氣控制實現(xiàn)，優(yōu)化抓斗結(jié)構(gòu)等機械方案應同樣對卸船機過載有限制效果。實際生產(chǎn)中也進行了一系列的嘗試和實驗，最后還是發(fā)現(xiàn)了諸如檢測盲區(qū)，高效生產(chǎn)和超載限制難以兼得等現(xiàn)象，這些都是需要繼續(xù)探索和解決的問題。

作者簡介：郭東方（1987-），男，河北唐山人，學士，助理工程師，研究方向：港口電氣維護。