實際船型散貨卸船生產(chǎn)率測算研究

陳曦 牛運可

摘 要：橋式抓斗卸船機額定生產(chǎn)率一般定義為港機每小時的機械作業(yè)能力，反映了工藝裝備的作業(yè)生產(chǎn)能力，一般對應設計船型的作業(yè)能力。實際生產(chǎn)組織中，碼頭靠泊船型時常與設計船型存在偏差，出廠設計能力參考有限。本研究以抓斗抓取工況、循環(huán)周期及貨物物理特性為基準，結合實際船型尺度影響，構建了主力船型卸船生產(chǎn)率測算模型，可為港機能力評估、卸船生產(chǎn)組織和輔料進廠進度預判提供有益參考和決策支持。

關鍵詞：卸船工藝;散貨物料;船型匹配;生產(chǎn)率

引 言

受限于貨物源點、區(qū)域運力船型分布等因素，碼頭實際靠泊船型常與設計船型存在偏差，較小的船型尺度對于裝備能力發(fā)揮有一定的影響，艙口尺寸直接限制了抓斗的運動空間，較窄的艙口也會對司機造成操作壓力，影響作業(yè)速度。在卸船機《生產(chǎn)率及結構計算書》中，一般只針對設計船型進行了生產(chǎn)率計算，且計算中抓斗運動模式與實際情況有較大的差別，未考慮其他靠泊船型的差異，對實際作業(yè)指導有限，不利于生產(chǎn)組織計劃的編制和現(xiàn)場作業(yè)管控。

本文通過分解卸船機抓斗運動，結合船型尺度、靠泊狀態(tài)和港機結構布置，辨識小車及抓斗運行軌跡，測算出主力船型的抓斗循環(huán)時間?？紤]作業(yè)品種物理特性和抓斗容量、港機起重能力及抓取工藝，構建卸船生產(chǎn)率計算模型，獲得實際船型生產(chǎn)率參數(shù)。本研究可為實船作業(yè)裝備能力評估、卸船生產(chǎn)組織和輔料進廠進度預判提供有益參考。

1 ?卸船生產(chǎn)率模型

卸船生產(chǎn)率一般指統(tǒng)抓階段港機每小時的機械作業(yè)能力。通過結合主力船型尺度、碼頭高程、靠泊狀態(tài)、港機結構布置、設備機械運作能力和電氣控制程序，根據(jù)抓斗運動特性進行軌跡分解，測算出抓斗完成一次卸船動作的循環(huán)時間。結合港機起重能力、抓斗技術參數(shù)和物料物理特性，構建卸船生產(chǎn)率測算模型，獲得實際船型統(tǒng)抓階段的作業(yè)效率。

1.1 抓斗運動分解

以空斗在料斗上方處于打開狀態(tài)為起點，抓斗完成一次卸船動作需經(jīng)過小車向海測運行、抓斗下降、抓斗閉合、抓斗起升、小車向陸側運行和抓斗打開放料數(shù)個過程（見圖1）。港機設備具有手動及半自動操作模式，在實際生產(chǎn)作業(yè)中，考慮操作負荷和，司機一般采用半自動模式，即在艙口上方設置半自動設定點，抓斗從該點自動返回料斗上方打開放料，再返回該點，即全過程中除了抓斗在艙內(nèi)抓取階段，其余階段為自動運行。

在《生產(chǎn)率計算書》中，考慮最大效率，默認為手動操作模式，且計算船型尺度大，操作空間寬裕，艙口至料斗之間抓斗以拋物線軌跡運動往返，距離短，速度快，運行平滑，抓斗的循環(huán)周期大幅減少。在實際生產(chǎn)半自動作業(yè)模式下，抓斗由設定點垂直上升完畢后小車才會水平運行回料斗，或小車水平運行完畢后抓斗才垂直下降回艙口上方設定點。當中運行機構經(jīng)歷多次加減速和停止動作，運作生硬，循環(huán)周期長。根據(jù)抓斗運動特性，本研究將抓斗運動分解簡化為艙內(nèi)抓取、垂向提升、小車往返及垂向下降4個過程。

1.2 循環(huán)時間

循環(huán)時間指抓斗完成一次抓取動作所消耗的時間，也代表著作業(yè)速度及效率，是生產(chǎn)率計算中最關鍵的參數(shù)。模型根據(jù)運動學定理計算作業(yè)循環(huán)時間。同時可結合實際作業(yè)記錄，獲得統(tǒng)抓階段的作業(yè)記錄，通過實動時間和實動效率反推和驗證平均循環(huán)時間。

1.3 物料抓取工藝

在構建生產(chǎn)率測算模型時，抓取物料的物理特性、艙內(nèi)料面形狀和抓斗抓取狀態(tài)都有十分重要的關聯(lián)，這些技術特性統(tǒng)稱為物料抓取工藝。例如由于塊狀物對于抓斗下沉有十分明顯的阻礙作用，因此抓斗一般較難處于滿斗的狀態(tài)，通過現(xiàn)場估算和經(jīng)驗判斷確定斗容利用率、結合貨物容重，可測算每斗貨物重量。

1.4 實際生產(chǎn)率測算模型建立

通過上述分析辨識的抓斗運動分解、作業(yè)循環(huán)周期和物料抓取工藝，以每斗貨物的抓取重量和循環(huán)周期為核心，構建卸船機實際生產(chǎn)率測算模型（見如下公式所示）。

其中，R為港機生產(chǎn)率，t/h;D為作業(yè)品種容重（或稱堆密度），t/m3;V為抓斗容積，m3;R為抓斗填充率，%;T為循環(huán)時間，s;t為計算船型;c為作業(yè)貨種;h為抓取狀態(tài);S為抓斗階段運動耗時，s;p為抓斗運動軌跡;d為港機結構布置。

2 ?卸船生產(chǎn)率模型應用

以某碼頭輔料卸船機為例，模型中參數(shù)取值為：白云石、石灰石和大灰石貨物平均容重取1.6、1.6和1.5t/m3，抓斗填充率分別為90%、90%和85%，以5000噸級散貨船舶組織生產(chǎn)，卸船工藝為1200t/h橋式抓斗卸船機。實際生產(chǎn)率測算結果如下：白云石和石灰石貨種實際作業(yè)生產(chǎn)率測算為1016.92t/h，大灰石為900.40t/h，通過現(xiàn)場驗證與模型測算基本相符。

卸船機《生產(chǎn)率及結構計算書》中設計船型為3.5萬噸散貨船，對應理論生產(chǎn)率為1200t/h，同貨種情況下使用5000噸級船舶實際生產(chǎn)率約為設計值的85%。

3 結束語

本文研究了卸船工藝生產(chǎn)率測算機理。通過抓斗運動分解，結合港機操作模式，辨識出循環(huán)作業(yè)周期中的控制環(huán)節(jié)?？紤]作業(yè)物料物理性質(zhì)、散貨物料抓取工藝狀態(tài)，建立了輔料碼頭主力船型卸船生產(chǎn)率測算模型，并進行應用和驗證，尺度較小船舶對于卸船機能力發(fā)揮影響明顯，主要影響了抓斗操作，進而影響了作業(yè)循環(huán)時間，降低了作業(yè)效率。本文研究是對實船生產(chǎn)率測算模型的一次探索展望，其初步結果較為貼合實際生產(chǎn)情況，有助于合理判斷實際船型下卸船能力，為卸船生產(chǎn)組織、物料進廠進度預判提供有益參考和決策依據(jù)。

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