固定回轉式起重機定點卸料時裝卸效率的統計計算方法

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固定回轉式起重機定點卸料時裝卸效率的統計計算方法

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裝卸效率是用戶在起重機選型時的一個重要參考數據，本文通過對實際裝卸情況的理論分析，對固定回轉式起重機定點卸料時的裝卸效率，提出了平均作業時間的一種統計計算方法，進而計算出了平均裝卸效率，并為各機構的速度匹配設計提供了理論依據。關鍵詞：平均裝卸效率；作業循環周期；速度匹配

固定回轉式起重機是廣泛用于我國內河中、小型港口的一種起重機械，其中固定式抓斗起重機是專門為抓取散狀物料設計的，由于其結構簡單，安全性能好，裝卸效率高，得到了很多用戶的青睞。用戶在選擇起重機的具體類型時，除了要求能滿足正常使用外，對起重機在單位時間內能抓取的貨物總量一般也有一個明確的要求，該要求即為平均裝卸效率，簡稱裝卸效率。如果起重機的實際裝卸效率和理論裝卸效率誤差過大，會造成用戶碼頭吞吐量過剩或不足，對用戶會造成很大的影響。因此，裝卸效率作為起重機的一個重要綜合技術參數，應要求能事先較為準確的提供。由于裝卸效率受每次抓取貨物的重量、機構的起升速度、變幅速度、旋轉速度、起升高度、變幅距離、旋轉角度、司機的操作熟練程度等的影響，每次作業由于作業點的不同，裝卸效率都可能不同，因此如果僅僅以中間幅度或其它某一個作業點的裝卸效率作為平均裝卸效率，結果很可能和實際裝卸效率有較大的差距，數據的提供就失去了意義。本文以用戶將料斗作為散貨的落料點為例，對實際操作進行綜合分析，對采用無功抓斗定點卸散貨的起重機的平均作業時間提出了一種統計計算方法，并進而計算出平均裝卸效率。

單個作業循環周期的計算

用戶采用固定回轉式起重機卸散貨，并將料斗作為散貨的落料點時，理想的作業情形如圖一所示。一個完整的作業周期應包括從開始準備到船上抓取貨物，到完成卸貨為止的整個過程。現以空抓斗在料斗上方開始計時，通過各機構的協調動作，將抓斗放到船上某一作業點抓取貨物，抓取完成后，再通過各機構的協調動作，將抓斗運動至料斗上方開始卸料，并卸料完成，該過程用時即為該作業點的一個作業循環周期。整個作業過程大致可分四個步驟來完成，第一步為抓斗從料斗上方運動至船上作業點，第二步為抓斗在船上作業點完成抓取動作，第三步為抓斗從抓取點運動至料斗上方，第四步為抓斗在料斗上方完成卸料動作。下面分別對這四個步驟的作業時間計算作分別說明。

a抓斗從料斗上方運動至船上作業點過程的時間計算

根據以上假定條件，針對該作業點，起升機構、變幅機構的運動距離，旋轉機構的旋轉角度均為已知，因此上述各動作的作業時間不難計算出來。但在實際作業過程中，因為起升機構、變幅機構、旋轉機構一般可以同時作業，總的作業時間應為各個機構的作業時間總和減去重復作業時間。通過觀察實際作業情況，該作業過程可細分為三個步驟，第一步是旋機機構啟動，至抓斗離開料斗一定安全角度α，用時t1；第二步是起升機構（用時t2）、變幅機構（用時t3）、旋轉機構（用時t4）同時作業，至抓斗離船艙上口一定安全距離H，此時變幅機構、旋轉機構均已作業到位；第三步是起升機構繼續動作直到抓斗至作業點，用時t5。該過程總的作業時間為：

b抓斗在船上作業點完成抓取動作的時間計算

由于該過程僅起升機構動作，故用時即為起升機構用時t6：

tⅡ=t6

c抓斗從抓取點運動至料斗上方過程的時間計算

通過觀察實際作業情況，該作業過程可細分為三個步驟，接上面作業步驟，第五步是起升機構上升，至抓斗離開船艙上口一定安全距離H，用時t7；第六步是起升機構（用時t8）、變幅機構（用時t9）、旋轉機構（用時t10）同時作業，至抓斗距離料斗一定安全角度β，此時起升機構、變幅機構均已作業到位；第七步是旋轉機構繼續動作直到抓斗至料斗上方卸貨點，用時t11。該過程總的作業時間為：tⅢ=t7+max（t8，t9，t10）+t11

圖一

d抓斗在料斗上方完成卸料過程的時間計算

通過觀察實際作業情況，貨物在抓斗沒有完全打開時即已卸完，設用時t12。由于抓斗繼續張開可在下一個作業循環中完成，且不占用時間，因此該過程的作業時間為：tⅣ=t12

根據以上分析可知，抓取該作業點貨物的總的作業循環時間為：

平均作業循環周期的統計分析

固定回轉式起重機卸散貨時，作業示意圖如圖一所示。設該起重機的正常最大工作半徑為Rmax，最小工作半徑為Rmin，最大工作半徑和船艙內外兩條邊的交點為A、B、C、D，其中E、F分別為弧AB和弧CD的中點，最大工作半徑和最小工作半徑與船艙的交集即為該起重機的正常作業范圍，將該作業范圍分成Ⅰ區、Ⅱ區和Ⅲ區。由于Ⅲ區雖然可以正常作業，但該區域的回轉角度、變幅行程均較大，實際抓貨時往往考慮移動船舶，故不計入正常作業范圍內。Ⅱ區則在前一輪抓貨時已經完成作業，該區也不計入正常作業范圍。因此，選Ⅰ區為起重機的有效作業區域。用抓完Ⅰ區所花的總時間除以抓取總次數即得到每次抓取的平均作業時間，亦即平均作業循環周期。

根據t5和t7的作業時間計算可知，當作業點在水平面上的位置一定時，作業時間只和t5和t7的計算值有關，由于該過程為勻速運動，因此該作業點上的平均抓取時間應和作業點位于船艙深度二分之一處所花的時間相等，故整個抓取的平均作業時間和在船艙二分之一處的平面上的平均作業時間相等。

用相等的方格網將作業區域分成若干個小塊，當該小塊的面積足夠小時，該小塊內的任意一點的作業時間即基本相同。以小塊中心的作業時間作為該小塊的平均作業時間，根據上述計算方法即可計算出每個小塊的平均作業時間。如總的有效小塊數為n，每個小塊的平均作業時間為ti，則平均作業循環周期的計算公式為：

需要注意的是，上述小塊在實際抓取時指的是抓斗的中心，由于抓斗張開有一定的長寬尺寸，計算時應舍去抓斗與船相干涉的小塊。抓斗在船艙內作業時，隨著船艙內物料的減少，船會上浮，計算t2和t8時應考慮這一因素。

平均裝卸效率的計算

當用抓斗抓取特定物料時，如抓斗的容積為V（m3），物料的容重為γ（t/m3），平均抓取率為η，平均作業循環周期為te（S），不考慮清艙和移船，則平均裝卸效率的計算公式為：

平均抓取率η是因為每次抓取時不一定都能抓滿而選用的修正系數，這和所抓取的物料有關，實際選用時可根據物料的粒度、粘度、抓斗的形狀來選擇不同的抓取系數。

效率計算在各機構運行速度設計上的應用

根據上述公式，采用電子表格軟件Excel即可編制自動計算程序，在實際使用時，只要輸入用戶的各個參數即可自動計算出平均作業效率。針對用戶選型時的的特定條件，如船舶大小、物料種類、起升高度、下降深度、料斗的布置等均已確定，選擇合適的最大工作幅度以滿足用戶使用，此時輸入不同的機構運行速度，即可得出不同的裝卸效率，通過數據對比來選擇各機構合適的運行速度。通過比對計算結果可知，專門提高某一機構的速度裝卸效率不一定能提高，當提高該機構的運行速度對增加裝卸效率不明顯時，反而會帶來能耗的浪費。

結語

本文分析了影響裝卸效率的多種因素，總結出了平均裝卸效率的計算公式。根據用戶碼頭的實際情況、停靠船舶的船寬、艙口寬度、作業計算時的水位高度、料斗的位置及斗口的長寬高，根據抓取的不同物料，結合各個機構的運行速度，根據以上計算方法，即可計算出平均裝卸效率，從而為用戶的準確選型打下了基礎。

參考：

［1］張質文，王金諾等. 起重機設計手冊［M］. 北京：中國鐵道出版社，2013.