智能化散貨裝車裝置設計*

張有旺，劉海洋，呂錦超，鄧江南

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

0 引言

散貨作為常見的一類運輸流轉貨物，占據著港口、儲配中心、交通物流較大的比重。隨著社會的發展，散貨的需求量急劇上升。以港口為例，經過幾百年的發展，現有港口散貨裝卸作業模式一般為船舶運輸貨物到達港口，由抓斗卸船機抓取物料，將物料抓下卸至集料料斗，物料經由集料漏斗裝入運輸車輛內，由車輛運離[1]，如圖1所示。

在散貨由起重機抓斗抓出后放入車敞頂車箱中這一環節，需要完成貨物計量與散貨裝車的步驟，這個過程中因煤炭等散貨的特殊性，計量時需要有臨時容器裝載，且常常有大量粉塵逸散。目前在國內門機礦石接卸工藝中，在散貨裝車環節中仍然缺少一種高精度、高裝卸效率、高安全性以及環保的散貨裝車裝置設計[2]，具體存在的問題：（1）漏斗計量只依靠物料自身重力給計量倉給料，斗門開閉快慢、物料比重、粒度、含水量等因素都有影響；（2）無法實現門機作業和裝車作業的同時進行，影響作業效率；（3）裝車過程是由人為參與完成的，既增加成本費用，也存在安全隱患；（4） 未安裝環保裝置，未解決環保污染問題。

圖1 散貨卸貨

本文針對目前散貨接卸工藝中存在的缺點設計制造了一種智能化散貨裝車裝置。

1 產品介紹

散貨裝車裝置接收門機抓斗中的物料，經過計量裝置后，將定量的物料裝入運輸車箱，由運載車輛運走貨物。散貨裝車裝置由儲料倉、給料裝置、計量倉與支撐裝置4個部分組成。如圖2所示。

圖2 散貨裝車裝置組成

圖3 螺旋給料裝置

根據行業內汽車、門機、散貨特性等指標[3]，設計產品，其基本技術參數如表1所示。

散貨裝車裝置的儲料倉位于上部，抓斗中裝載的物料首先將直接下落進入此儲料倉；主動給料裝置安裝在儲料倉下方，與儲料倉連接，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，設計轉速40 r/min，如圖3 所示；計量倉在最下層，螺旋給料裝置將物料傾倒入計量倉，計量倉底部裝有開合顎板，打開后計量倉中的物料將瀉下進入運輸車箱，如圖4所示；整機由4條箱梁腿提供支撐，腿下裝有輪子，整機可在外部拖車的拖動下自由轉場。

表1 散貨裝車裝置基本技術參數

圖4 計量倉開合顎板

此外，本散貨裝車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標明漏斗邊界，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

本散貨裝車裝置中，上部的儲料倉容積大，可臨時儲存大量的物料，門機抓斗可連續向其中填料直至裝滿；儲料倉下方的螺旋給料裝置可較精確地控制落料量，在不工作時又具自鎖功能，阻止物料在重力下自由落入計量倉，兼具安全功能。

下方計量倉在稱重傳感器的支持下計量倉內物料量，在控制上，采用變頻器、PLC 程序控制，通過計量倉反饋重量信號控制螺旋輥轉速，螺旋輥制動更加準確，這樣的給料方式將更加精準，也能夠保護驅動裝置。最后，通過顎板開合將定量的物料裝入運輸車輛車箱中。其中，由螺旋給料裝置將上下兩部分作業分開，上部門機卸貨作業與下方物料計量裝車作業互不影響，相比現有的裝車漏斗裝置提高了裝車時物料計量精度，且減少了門機操作司機的等待時間與工作循環間隔，降低定量操作難度。

根據以往使用經驗，支持全自動裝車、司機主動裝車、手動（維修）裝車3 種作業模式[7-8]。可在不同使用情況下靈活選擇作業模式。

（1）全自動作業模式

門機司機根據漏斗裝置的上沿燈光顯示進行卸料作業。綠燈，表示儲料倉為低限位，可以卸料；紅燈，表示儲料倉為高料位，不允許作業。另外，漏斗上沿燈光圍成一圈，便于門機司機向漏斗辨別裝料區域，避免卸料卸在漏斗以外。遠期在門機智能化改造中，可增加門機智能識別功能，司機可識別漏斗上沿區域，然后發送給門機司機，進行卸料作業。

卸料作業完成后，進行計量倉裝車作業。當自卸車進入計量倉下部，進入指定位置經屏幕提示或智能語音提示后完成自動裝車：閘門開啟，開始裝車，裝車完畢后，提示司機可以離開。漏斗閘門閉合后，進入儲料倉裝倉程序。司機可全程通過顯示器查看裝車過程、周邊區域情況、以及裝料噸數等。

（2）司機主動裝車模式（推薦模式）

儲料倉裝倉模式基本相同。

計量倉裝車作業過程：司機在自卸車對好位后，可經顯示（或語音）提示，通過裝車按鈕實現自主裝車，裝車完畢，提示司機可以離開，其他功能與全自動化模式作業相同。推薦采用這種操作模式，司機主動性強。

（3）手動裝車模式（維修模式）

儲料倉裝倉模式基本相同。

計量倉裝車作業過程：可通過專門配備的操作人員，人工控制完成裝車作業，主要用于應急模式或維修狀態。

3 附加輔助功能

碼頭上貨物繁雜，海關檢驗檢疫、環境保護、貨物儲放作業等工作都需要按規章有序進行，針對貨物在卸貨轉運過程中的各個環節，為本裝車裝置添加各種輔助功能，以滿足作業現場的需求。

3.1 主動控制采樣功能

我國的鐵礦、煤炭、大豆等每年都要從國外進口。我國法律規定，進口的商品需要符合國家的質量標準，海關監管是不可缺少的一個環節。該裝置針對港口作業環境，為海關提供采樣遠程監控，在倉料倉低位安裝采樣取料裝置、布置物料溜筒，在接近地面區域選取可調節溜筒，采樣人員可根據車位自行調整物料溜筒的位置，便于采樣接料。采樣人員收集裝置和物料溜筒連接好后，可啟動電動采樣裝置，自行控制采樣物料的重量。

3.2 環保功能

3.2.1 環保抑塵

在上方落料口、蝸桿落料口及裝車落料口3 個點位設置了自動灑水系統[9]，3 個點位可以根據作業情況進行霧化抑塵。儲料倉上沿的抑塵控制采用傳感器控制，由傳感器識別門機抓斗到達漏斗上方位置，自動開啟抑塵裝置；抓斗卸完物料，移出區域，則上沿抑塵裝置延時停止。螺旋輥位置抑塵裝置是由螺旋輥作業聯動系統控制（也可將此位置采用封閉式模式）。計量倉抑塵裝置是由裝車程序聯動控制同時，所有抑塵裝置均具備手動控制功能。

3.2.2 霧化節水

噴淋系統使用霧化水，在抑塵系統中采用空氣和水結合的方式，產生細小水霧，除大幅節省耗水量同時，避免因抑塵灑水造成的二次污染以及冬季的道路結冰問題。

3.3.3 綜合配置安全措施

（1）防風能力。防風方面，設計整機結構抗風不小于55 m/s。

（2）錨固鐵鞋。設計方面，走行輪配置了錨固鐵鞋及制動銷，保證制動穩固。同時考慮到行進安全，移除鐵鞋時鐵鏈也會帶出制動銷，防止隨輪轉動。

（3）太陽能警示燈。在漏斗上沿配置太陽能警示燈，為門機作業的時機判斷提供依據，也做為日常警示使用。太陽能燈節約能源。

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

（5）防砸裝置。充分考慮自卸車司機室位置被散落物料砸到的風險，配置防砸裝置，同時為部件維修提供平臺。

（6）全景視頻。計量倉下端配置全景視頻裝置，裝車作業過程，自卸車司機可全景巡查車輛周邊情況。

（7）防碰撞功能。整機配置照明裝置、引導指示燈和標識，同時帶有接近雷達，避免自卸車司機與計量漏斗發生碰撞。

（8）門禁系統。根據需要在漏斗梯子口設置門禁裝置，避免人員誤入。

4 結束語

本文所設計裝置已制作下線并用于港口卸貨作業。根據實際使用情況，本設計優點如下。

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

（2）自主裝車，同時作業。3種裝車模式，司機能夠安全可控地進行裝車作業，安全可靠，節約成本。另外，實現抓斗裝料和裝車作業同時進行，一次裝車到位，不需要反復裝車，提高作業效率。

（3）安全可控，措施豐富。緩沖制動、鐵鞋錨固、雷達報警、安全保護色等主動安全模式、被動安全模式具備。抗風55 m/s（相當于16級風）。

（4）環保抑塵，節水高效。可實現全年使用；霧化噴淋，節水高效，不會產生二次污染；環保控制實現智能化控制，無需外界干預。

（5）在集裝箱碼頭中，近些年大力發展無人自動化碼頭，集裝箱裝卸、轉場全部由自動化起重機、自動導引車（AGV）等設備自動運作，極大提高了裝卸效率與降低了生產事故發生率。

目前針對未來散貨碼頭的自動化發展，近期及遠期展望如下。

（1）遠程計量。計量漏斗可根據計量倉單次作業重量及開閉次數統計作業量，同時將相關作業數據傳輸至遠程統計中心。

（2）建立后臺統計系統。自動生成作業統計表，自動貨物核算、備案。

（3）貨物追溯。建立車號識別系統，可全程記錄作業車輛的作業情況（包括裝車時間、裝車作業噸、司機資料等），做到貨物的實時跟蹤，確保貨物安全，實現運輸鏈監控。

（4）在門機和漏斗增加自動對位系統。確保門機司機作業卸料的準確，將來將研究門機智能化操作系統，實現全自動作業。