智能化散貨裝車(chē)裝置設(shè)計(jì)*

張有旺，劉海洋，呂錦超，鄧江南

（1.天津港興洋機(jī)械有限公司，天津 300452；2.上海海事大學(xué)，上海 201306；3.上海振華重工電氣有限公司，上海 200125）

0 引言

散貨作為常見(jiàn)的一類(lèi)運(yùn)輸流轉(zhuǎn)貨物，占據(jù)著港口、儲(chǔ)配中心、交通物流較大的比重。隨著社會(huì)的發(fā)展，散貨的需求量急劇上升。以港口為例，經(jīng)過(guò)幾百年的發(fā)展，現(xiàn)有港口散貨裝卸作業(yè)模式一般為船舶運(yùn)輸貨物到達(dá)港口，由抓斗卸船機(jī)抓取物料，將物料抓下卸至集料料斗，物料經(jīng)由集料漏斗裝入運(yùn)輸車(chē)輛內(nèi)，由車(chē)輛運(yùn)離[1]，如圖1所示。

在散貨由起重機(jī)抓斗抓出后放入車(chē)敞頂車(chē)箱中這一環(huán)節(jié)，需要完成貨物計(jì)量與散貨裝車(chē)的步驟，這個(gè)過(guò)程中因煤炭等散貨的特殊性，計(jì)量時(shí)需要有臨時(shí)容器裝載，且常常有大量粉塵逸散。目前在國(guó)內(nèi)門(mén)機(jī)礦石接卸工藝中，在散貨裝車(chē)環(huán)節(jié)中仍然缺少一種高精度、高裝卸效率、高安全性以及環(huán)保的散貨裝車(chē)裝置設(shè)計(jì)[2]，具體存在的問(wèn)題：（1）漏斗計(jì)量只依靠物料自身重力給計(jì)量倉(cāng)給料，斗門(mén)開(kāi)閉快慢、物料比重、粒度、含水量等因素都有影響；（2）無(wú)法實(shí)現(xiàn)門(mén)機(jī)作業(yè)和裝車(chē)作業(yè)的同時(shí)進(jìn)行，影響作業(yè)效率；（3）裝車(chē)過(guò)程是由人為參與完成的，既增加成本費(fèi)用，也存在安全隱患；（4） 未安裝環(huán)保裝置，未解決環(huán)保污染問(wèn)題。

圖1 散貨卸貨

本文針對(duì)目前散貨接卸工藝中存在的缺點(diǎn)設(shè)計(jì)制造了一種智能化散貨裝車(chē)裝置。

1 產(chǎn)品介紹

散貨裝車(chē)裝置接收門(mén)機(jī)抓斗中的物料，經(jīng)過(guò)計(jì)量裝置后，將定量的物料裝入運(yùn)輸車(chē)箱，由運(yùn)載車(chē)輛運(yùn)走貨物。散貨裝車(chē)裝置由儲(chǔ)料倉(cāng)、給料裝置、計(jì)量倉(cāng)與支撐裝置4個(gè)部分組成。如圖2所示。

圖2 散貨裝車(chē)裝置組成

圖3 螺旋給料裝置

根據(jù)行業(yè)內(nèi)汽車(chē)、門(mén)機(jī)、散貨特性等指標(biāo)[3]，設(shè)計(jì)產(chǎn)品，其基本技術(shù)參數(shù)如表1所示。

散貨裝車(chē)裝置的儲(chǔ)料倉(cāng)位于上部，抓斗中裝載的物料首先將直接下落進(jìn)入此儲(chǔ)料倉(cāng)；主動(dòng)給料裝置安裝在儲(chǔ)料倉(cāng)下方，與儲(chǔ)料倉(cāng)連接，為控制給料量，給料裝置為螺旋給料裝置[4-5]，螺旋輥直徑508 mm，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速40 r/min，如圖3 所示；計(jì)量倉(cāng)在最下層，螺旋給料裝置將物料傾倒入計(jì)量倉(cāng)，計(jì)量倉(cāng)底部裝有開(kāi)合顎板，打開(kāi)后計(jì)量倉(cāng)中的物料將瀉下進(jìn)入運(yùn)輸車(chē)箱，如圖4所示；整機(jī)由4條箱梁腿提供支撐，腿下裝有輪子，整機(jī)可在外部拖車(chē)的拖動(dòng)下自由轉(zhuǎn)場(chǎng)。

表1 散貨裝車(chē)裝置基本技術(shù)參數(shù)

圖4 計(jì)量倉(cāng)開(kāi)合顎板

此外，本散貨裝車(chē)裝置具有多種工作模式，其在漏斗上方裝有料位警示紅綠燈[6]，可在提示料位的同時(shí)標(biāo)明漏斗邊界，防止撒漏，如圖5所示。

圖5 料位警示紅綠燈

2 裝置工作流程及原理

本散貨裝車(chē)裝置中，上部的儲(chǔ)料倉(cāng)容積大，可臨時(shí)儲(chǔ)存大量的物料，門(mén)機(jī)抓斗可連續(xù)向其中填料直至裝滿(mǎn)；儲(chǔ)料倉(cāng)下方的螺旋給料裝置可較精確地控制落料量，在不工作時(shí)又具自鎖功能，阻止物料在重力下自由落入計(jì)量倉(cāng)，兼具安全功能。

下方計(jì)量倉(cāng)在稱(chēng)重傳感器的支持下計(jì)量倉(cāng)內(nèi)物料量，在控制上，采用變頻器、PLC 程序控制，通過(guò)計(jì)量倉(cāng)反饋重量信號(hào)控制螺旋輥轉(zhuǎn)速，螺旋輥制動(dòng)更加準(zhǔn)確，這樣的給料方式將更加精準(zhǔn)，也能夠保護(hù)驅(qū)動(dòng)裝置。最后，通過(guò)顎板開(kāi)合將定量的物料裝入運(yùn)輸車(chē)輛車(chē)箱中。其中，由螺旋給料裝置將上下兩部分作業(yè)分開(kāi)，上部門(mén)機(jī)卸貨作業(yè)與下方物料計(jì)量裝車(chē)作業(yè)互不影響，相比現(xiàn)有的裝車(chē)漏斗裝置提高了裝車(chē)時(shí)物料計(jì)量精度，且減少了門(mén)機(jī)操作司機(jī)的等待時(shí)間與工作循環(huán)間隔，降低定量操作難度。

根據(jù)以往使用經(jīng)驗(yàn)，支持全自動(dòng)裝車(chē)、司機(jī)主動(dòng)裝車(chē)、手動(dòng)（維修）裝車(chē)3 種作業(yè)模式[7-8]?？稍诓煌褂们闆r下靈活選擇作業(yè)模式。

（1）全自動(dòng)作業(yè)模式

門(mén)機(jī)司機(jī)根據(jù)漏斗裝置的上沿?zé)艄怙@示進(jìn)行卸料作業(yè)。綠燈，表示儲(chǔ)料倉(cāng)為低限位，可以卸料；紅燈，表示儲(chǔ)料倉(cāng)為高料位，不允許作業(yè)。另外，漏斗上沿?zé)艄鈬梢蝗Γ阌陂T(mén)機(jī)司機(jī)向漏斗辨別裝料區(qū)域，避免卸料卸在漏斗以外。遠(yuǎn)期在門(mén)機(jī)智能化改造中，可增加門(mén)機(jī)智能識(shí)別功能，司機(jī)可識(shí)別漏斗上沿區(qū)域，然后發(fā)送給門(mén)機(jī)司機(jī)，進(jìn)行卸料作業(yè)。

卸料作業(yè)完成后，進(jìn)行計(jì)量倉(cāng)裝車(chē)作業(yè)。當(dāng)自卸車(chē)進(jìn)入計(jì)量倉(cāng)下部，進(jìn)入指定位置經(jīng)屏幕提示或智能語(yǔ)音提示后完成自動(dòng)裝車(chē)：閘門(mén)開(kāi)啟，開(kāi)始裝車(chē)，裝車(chē)完畢后，提示司機(jī)可以離開(kāi)。漏斗閘門(mén)閉合后，進(jìn)入儲(chǔ)料倉(cāng)裝倉(cāng)程序。司機(jī)可全程通過(guò)顯示器查看裝車(chē)過(guò)程、周邊區(qū)域情況、以及裝料噸數(shù)等。

（2）司機(jī)主動(dòng)裝車(chē)模式（推薦模式）

儲(chǔ)料倉(cāng)裝倉(cāng)模式基本相同。

計(jì)量倉(cāng)裝車(chē)作業(yè)過(guò)程：司機(jī)在自卸車(chē)對(duì)好位后，可經(jīng)顯示（或語(yǔ)音）提示，通過(guò)裝車(chē)按鈕實(shí)現(xiàn)自主裝車(chē)，裝車(chē)完畢，提示司機(jī)可以離開(kāi)，其他功能與全自動(dòng)化模式作業(yè)相同。推薦采用這種操作模式，司機(jī)主動(dòng)性強(qiáng)。

（3）手動(dòng)裝車(chē)模式（維修模式）

儲(chǔ)料倉(cāng)裝倉(cāng)模式基本相同。

計(jì)量倉(cāng)裝車(chē)作業(yè)過(guò)程：可通過(guò)專(zhuān)門(mén)配備的操作人員，人工控制完成裝車(chē)作業(yè)，主要用于應(yīng)急模式或維修狀態(tài)。

3 附加輔助功能

碼頭上貨物繁雜，海關(guān)檢驗(yàn)檢疫、環(huán)境保護(hù)、貨物儲(chǔ)放作業(yè)等工作都需要按規(guī)章有序進(jìn)行，針對(duì)貨物在卸貨轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，為本裝車(chē)裝置添加各種輔助功能，以滿(mǎn)足作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需求。

3.1 主動(dòng)控制采樣功能

我國(guó)的鐵礦、煤炭、大豆等每年都要從國(guó)外進(jìn)口。我國(guó)法律規(guī)定，進(jìn)口的商品需要符合國(guó)家的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，海關(guān)監(jiān)管是不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。該裝置針對(duì)港口作業(yè)環(huán)境，為海關(guān)提供采樣遠(yuǎn)程監(jiān)控，在倉(cāng)料倉(cāng)低位安裝采樣取料裝置、布置物料溜筒，在接近地面區(qū)域選取可調(diào)節(jié)溜筒，采樣人員可根據(jù)車(chē)位自行調(diào)整物料溜筒的位置，便于采樣接料。采樣人員收集裝置和物料溜筒連接好后，可啟動(dòng)電動(dòng)采樣裝置，自行控制采樣物料的重量。

3.2 環(huán)保功能

3.2.1 環(huán)保抑塵

在上方落料口、蝸桿落料口及裝車(chē)落料口3 個(gè)點(diǎn)位設(shè)置了自動(dòng)灑水系統(tǒng)[9]，3 個(gè)點(diǎn)位可以根據(jù)作業(yè)情況進(jìn)行霧化抑塵。儲(chǔ)料倉(cāng)上沿的抑塵控制采用傳感器控制，由傳感器識(shí)別門(mén)機(jī)抓斗到達(dá)漏斗上方位置，自動(dòng)開(kāi)啟抑塵裝置；抓斗卸完物料，移出區(qū)域，則上沿抑塵裝置延時(shí)停止。螺旋輥位置抑塵裝置是由螺旋輥?zhàn)鳂I(yè)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)控制（也可將此位置采用封閉式模式）。計(jì)量倉(cāng)抑塵裝置是由裝車(chē)程序聯(lián)動(dòng)控制同時(shí)，所有抑塵裝置均具備手動(dòng)控制功能。

3.2.2 霧化節(jié)水

噴淋系統(tǒng)使用霧化水，在抑塵系統(tǒng)中采用空氣和水結(jié)合的方式，產(chǎn)生細(xì)小水霧，除大幅節(jié)省耗水量同時(shí)，避免因抑塵灑水造成的二次污染以及冬季的道路結(jié)冰問(wèn)題。

3.3.3 綜合配置安全措施

（1）防風(fēng)能力。防風(fēng)方面，設(shè)計(jì)整機(jī)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)不小于55 m/s。

（2）錨固鐵鞋。設(shè)計(jì)方面，走行輪配置了錨固鐵鞋及制動(dòng)銷(xiāo)，保證制動(dòng)穩(wěn)固。同時(shí)考慮到行進(jìn)安全，移除鐵鞋時(shí)鐵鏈也會(huì)帶出制動(dòng)銷(xiāo)，防止隨輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

（3）太陽(yáng)能警示燈。在漏斗上沿配置太陽(yáng)能警示燈，為門(mén)機(jī)作業(yè)的時(shí)機(jī)判斷提供依據(jù)，也做為日常警示使用。太陽(yáng)能燈節(jié)約能源。

（4）可視化防護(hù)。在漏斗支腳、凸出位置涂刷防碰撞安全色；同時(shí)增加照明，保證夜間安全。

（5）防砸裝置。充分考慮自卸車(chē)司機(jī)室位置被散落物料砸到的風(fēng)險(xiǎn)，配置防砸裝置，同時(shí)為部件維修提供平臺(tái)。

（6）全景視頻。計(jì)量倉(cāng)下端配置全景視頻裝置，裝車(chē)作業(yè)過(guò)程，自卸車(chē)司機(jī)可全景巡查車(chē)輛周邊情況。

（7）防碰撞功能。整機(jī)配置照明裝置、引導(dǎo)指示燈和標(biāo)識(shí)，同時(shí)帶有接近雷達(dá)，避免自卸車(chē)司機(jī)與計(jì)量漏斗發(fā)生碰撞。

（8）門(mén)禁系統(tǒng)。根據(jù)需要在漏斗梯子口設(shè)置門(mén)禁裝置，避免人員誤入。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)裝置已制作下線并用于港口卸貨作業(yè)。根據(jù)實(shí)際使用情況，本設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）主動(dòng)給料，準(zhǔn)確高效。相對(duì)于傳統(tǒng)漏斗的被動(dòng)落料（即僅依靠散貨礦石自身重力向下輸送料流），該裝置使用多孔進(jìn)料、多孔出料的螺旋給料裝置對(duì)于物料接卸的效率更高，同時(shí)使給料速度精準(zhǔn)可控。

（2）自主裝車(chē)，同時(shí)作業(yè)。3種裝車(chē)模式，司機(jī)能夠安全可控地進(jìn)行裝車(chē)作業(yè)，安全可靠，節(jié)約成本。另外，實(shí)現(xiàn)抓斗裝料和裝車(chē)作業(yè)同時(shí)進(jìn)行，一次裝車(chē)到位，不需要反復(fù)裝車(chē)，提高作業(yè)效率。

（3）安全可控，措施豐富。緩沖制動(dòng)、鐵鞋錨固、雷達(dá)報(bào)警、安全保護(hù)色等主動(dòng)安全模式、被動(dòng)安全模式具備。抗風(fēng)55 m/s（相當(dāng)于16級(jí)風(fēng)）。

（4）環(huán)保抑塵，節(jié)水高效?？蓪?shí)現(xiàn)全年使用；霧化噴淋，節(jié)水高效，不會(huì)產(chǎn)生二次污染；環(huán)?？刂茖?shí)現(xiàn)智能化控制，無(wú)需外界干預(yù)。

（5）在集裝箱碼頭中，近些年大力發(fā)展無(wú)人自動(dòng)化碼頭，集裝箱裝卸、轉(zhuǎn)場(chǎng)全部由自動(dòng)化起重機(jī)、自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)（AGV）等設(shè)備自動(dòng)運(yùn)作，極大提高了裝卸效率與降低了生產(chǎn)事故發(fā)生率。

目前針對(duì)未來(lái)散貨碼頭的自動(dòng)化發(fā)展，近期及遠(yuǎn)期展望如下。

（1）遠(yuǎn)程計(jì)量。計(jì)量漏斗可根據(jù)計(jì)量倉(cāng)單次作業(yè)重量及開(kāi)閉次數(shù)統(tǒng)計(jì)作業(yè)量，同時(shí)將相關(guān)作業(yè)數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程統(tǒng)計(jì)中心。

（2）建立后臺(tái)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)。自動(dòng)生成作業(yè)統(tǒng)計(jì)表，自動(dòng)貨物核算、備案。

（3）貨物追溯。建立車(chē)號(hào)識(shí)別系統(tǒng)，可全程記錄作業(yè)車(chē)輛的作業(yè)情況（包括裝車(chē)時(shí)間、裝車(chē)作業(yè)噸、司機(jī)資料等），做到貨物的實(shí)時(shí)跟蹤，確保貨物安全，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸鏈監(jiān)控。

（4）在門(mén)機(jī)和漏斗增加自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)。確保門(mén)機(jī)司機(jī)作業(yè)卸料的準(zhǔn)確，將來(lái)將研究門(mén)機(jī)智能化操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)作業(yè)。