關于橋式抓斗卸船機抓斗超載限制探討

李朋　汪瑞

摘 要：由于港口橋式抓斗卸船機作業中，由于物料種類、司機操作手法的不同，造成卸船機作業過程中，很容易出現抓斗超載問題，影響設備穩定，不利于穩定持續運行。超載現象普遍且難以控制，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象，提高設備穩定性。

關鍵詞：超載;港口;電氣設備;計量系統

一、卸船機機型的發展與現狀

抓斗卸船機根據作業和構造分類如下：

、

從分類可以看出，橋式抓斗卸船機根據小車的驅動方式不同，可以分為2種主要形式：繩索牽引小車式和自行小車式，半牽引小車式卸船機是介于自行與牽引小車式之間的一種形式，貫串牽引小車式卸船機也屬于牽引小車。近年來，隨著船舶加速向大型化發展，其運輸能力也不斷擴大，為適應這種情況，橋式抓斗卸船機主參數、額定生產率也相應變化。橋式抓斗卸船機具有技術成熟可靠、機動靈活性好、作業受波浪影響小、維修工作量小等特點，是目前世界上應用最普遍的散貨卸船機械之一。由于橋式抓斗卸船機以傳統的抓斗開閉和升降，因其對物料和船舶的適應性、營運成本低以及避免波浪引起的船舶顛簸對卸船機的損傷等特性，具有其他卸船形式無法取代的優勢。卸船機是裝卸工藝系統的一部分，應充分考慮和其他裝卸工藝設備橋式抓斗卸船機適用于散貨駁船和海輪船舶

的卸船作業，貨船載重量幾千噸至幾十萬噸。由于進口業務量的遞增，據不完全統計，近十年橋式抓斗卸船機的需求量比前一個十年增加約3.5倍，一般每年在60至100臺之間。根據統計數據分析，近二十年來，橋式抓斗卸船機以牽引小車為主要形式，其中，有補償小車與差動小車，差動小車又分機械差動與電差動兩種形式;近十年的統計資料更進一步表明，機械差動占了主流，占到95%以上，

電差動應用不多。從額定生產率來分析，小型（1 000 t/h以下）卸船機占28%，中型（1 000～2 000 t/h）卸船機占比達到50%，大型（2 000 t/h甚至3 500 t/h的卸船機，在一些專業化轉運礦石碼頭也獲得普遍采用。機械差動式卸船機以繞繩系統簡單、繩耗低、小車自重輕、鋼絲繩張力小、整機結構受力小、有利于整機結構降重等特點也被廣泛運用。這種卸船機的機房布置有上置式和下置式2種形式。上置式的繞繩方式也有2種：一種是機房底架布置在陸側門框上方，四卷筒兩兩出繩分別引至海、陸側前后大梁端部，經改向滑輪引至主小車起升、開閉滑輪;另一種形式是機房設置在后大梁上的后置式，四卷筒出繩全部經機房向海側引出，2根至前大梁端部，經改向滑輪引至主小車，還有2根鋼絲繩則直接經機房引至主小車起升、開閉滑輪。在選用的時候，要綜合考慮整機的布置形式，充分考慮鋼絲繩的偏斜角度、小車運行的有效距離、機房設備的部件吊運空間等，尤其需要注意的是更換抓斗和吊運清艙機的要求。下置式是機房布置在陸側立柱的中間位置，

鋼絲繩全部從房頂出繩，通過導向滑輪繞至主小車滑輪上。這種布置形式在中、小機型上均有應用，其優點是降低了整機的重心，大幅度減少風載荷和水平慣性力矩，使得整機穩定性增加，整機的自重輕、剛性好，但由于機房下置，鋼絲繩

由機房引出時的高度差，給布置帶來一定的困難，作業時散料的揚塵集中在下部，污染比上置式要嚴重得多，給集塵防塵提出更高的要求。隨著船舶的大型化，在提高生產能力的同時，相應的外伸距也加大，下置式的應用受到一定的限制。電氣差動是用4套獨立機構驅動4個卷筒，4個卷筒間沒有機械關聯，完全通過電氣控制系統控制每個卷筒轉動來實現抓斗的提升、下降、閉合、打開和抓斗小車的前后移動。因此每個動作均需要控制鋼絲繩載荷均衡和速度同步，電氣控制系統的復雜性大大增加了。

二、超載對卸船機作業的影響

1.主結構、鋼絲繩機構的穩定性。橋式抓斗卸船機主要由鋼結構、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，任意一個環節在超載過程中都有可能出現結構破壞的現象，造成梨形頭、C型扣損壞、鋼絲繩斷股等;而且會

造成卸船機主結構超負荷承重，情況惡劣時造成小車脫軌，甚至發生類似門機超載傾覆的惡劣事故。

2.傳動機構性能。橋式抓斗卸船機的主起升電氣機構由變頻器及主電機構成。超載現象使得主起升電氣機構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部元件過熱保護或損壞，IG-BT過溫停機甚至不可逆的過流損壞。

三、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與細節，改善卸船機電氣設備的運行環境。第一是生產部門根據卸船機的運行實況，結合現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

是計劃部門根據計劃卸載船舶的貨種、品質、含水量制定專門的作業計劃與抓取量設置區間，求得在盡可能減少超載作業現象的前提下，高效的完成接卸船舶，達到安全與高效的雙贏局面。第三是維修部門結合日常點檢保養情況，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.增加計量系統輔助控制超載限制程序。結合卸船機原有超載限制控制原理以及傳動力矩曲線，可以得出以下結論：抓取過程和抓斗加減速過程均不能采集重量傳感器數據用于抓斗超載限制，一是此時數據并不穩定，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，其利用變頻器傳動系統中的力矩曲線，實時采集并計算抓斗物料重量。計量系統在卸船機抓取物料后，抓斗勻速提升過程中將實時采集數據的瞬時值用于計量單斗物料重量。3.優化原有超載限制程序。根據多次對原有重量傳感器數據的采集和分析，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據并不準確，一斗接近但未達到額定作業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區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盲區，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也只占整個卸船機抓取作業區間不到10%。再通過計量系統的輔助超載限制，經過優化的超載限制程序不僅在可行性和檢測精度上大大增加，其危險系數也同時得到了降低。

隨著船舶大型化和日益增長的散裝物料運輸量的需求，新建碼頭、配置機型也趨向大型化，也促使橋式抓斗卸船機的技術不斷進步與提高，其適用能力不斷得以加強。

參考文獻

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