基于桥式抓斗卸船机全自动系统的研究

刘春雷

[摘要]随着社会经济的不断发展，物流运输行业进入发展时期。港口船舶的运输作为其中一个重要组成部分，对促进我国经济的繁荣发展，以及加强各个地区之间的区域联系起到不可替代的作用。在港口船舶运输结束后，卸船作为一项重要工作，其效率的高低直接影响到货物能否按期抵达目的地，以及来往船舶何时可以离开港口。因此，采用何种卸船技术显得尤为关键。桥式抓斗卸船机作为一种重要的卸船设备，多应用在中、小港口卸船或发电厂码头船舶的卸煤作业中。随着科学技术的不断进步，桥式抓斗卸船机设备运用方向也正在朝着自动化趋势发展，显著提高了工作效率。文章主要針对桥式抓斗卸船机全自动系统进行研究分析，以期能为未来卸船作业技术的发展提供参考。

[关键词]桥式抓斗卸船机；全自动系统；研究

[DOI]1013939/jcnkizgsc201717161

桥式抓斗卸船机，作为卸船作业中的重要设备，卸船速度较快，工作效率高。在实际应用中，可以根据客户的具体需要，进行单独设计，具有一定灵活性。近年来，随着自动化技术的不断发展，为了满足卸船工作的实际需要，桥式抓斗卸船机也在不断进行改革，逐渐向自动化方向转变，开发出一种桥式抓斗卸船机的全自动系统，以提升桥式抓斗卸船机的工作效率和实际性能，解决在应用桥式抓斗卸船机出现的问题，从而促进港口传播运输业的快速发展。

1桥式抓斗卸船机简述

卸船机，是码头前沿的一种重大接卸设备，为了满足各大港口码头停靠船舶的实际需要，以及达到系统最大生产率，需要根据具体的卸船工作，合理选用高效、可靠的卸船机。一般，在我国煤炭、矿石码头的卸船工作中，主要应用桥式抓斗卸船机，工作效率较高。此外，桥式抓斗卸船机还是散货船卸船作业中应用的主要设备，运转能力较高，应用的频率非常高。

桥式抓斗卸船机的主要构成设备为：起升机构、小车牵引机构、俯仰机构、大车行走机构、落料回收装置、臂架挂钩、金属结构、电气与控制系统设备等。在实际作业时，将利用抓斗把船舱内的物料抓取出来，提升到料斗的上方放料，再通过振动给料器，把物料运送到带式输送机系统。可以说，桥式抓斗卸船机的卸船能力主要是抓斗的能力和运行效率决定的。[1]虽然抓斗的装料容量是一定的，但是在抓料过程中，选择的抓料点不同，实际的抓料量也是不同的。主要取决于操作能力的高低。在桥式抓斗卸船机的实际作业中，影响卸船工作质量和实际效果的因素很多，这也是导致各种卸船问题出现的重要原因。如：桥式抓斗卸船机操作人员技术能力不足，天气环境条件较差，船舶之间的碰撞事故，承载量过高等，大部分问题都是由人为操作造成的，在一定程度上也损伤了桥式抓斗卸船机，缩短了其使用寿命。在这种情况下，桥式抓斗卸船机全自动系统应运而生，不断得到开发与应用。以此来解决桥式抓斗卸船机应用过程中出现的问题，提高卸船作业的质量和水平。

2桥式抓斗卸船机全自动系统研究

21桥式抓斗卸船机自动定位系统分析

在传统的桥式抓斗卸船机定位系统应用上，主要是采用编码器定位的方式，这种定位方式非常容易出现误差，需要结合位置标定方式，才能减小系统定位的误差，但是在应用的过程中，还是会影响到传统的桥式抓斗卸船机定位系统的精度。[2]不利于传统的桥式抓斗卸船机卸船作业的顺利进，也影响了工作效率。通过不断改进，采用先进的GPS定位系统，也就是RTK-GPS自动定位系统，这种定位系统的应用，显著提高了定位的精度，能够达到厘米甚至是毫米级别，定位的信息准确性非常高，提高了定位的效率和质量，与传统的桥式抓斗卸船机的应用要求非常相符。

22激光扫描自动系统分析

应用激光扫描系统，主要是采用飞行时间距离检测方法，也就是确定激光光束从扫描仪中发射出来，一直到被扫描的物体表面，物体表面被扫描后反射会激光光束，回到激光扫描仪中，这整个的过程所需要的时间，进而对反射点与激光扫描仪器之间的距离进行计算，通过X-Y双轴的驱动装置，完成相关物体的三维立体扫描程序。[3]在桥式抓斗卸船机激光扫描仪自动系统中，主要是应用3D激光扫描仪，把扫描仪固定在驾驶舱底部，在利用桥式抓斗卸船机卸船过程中，3D激光扫描仪自动舱口和舱内的各个区域进行动态扫描，从而准确得出船舱、舱内物料轮廓表面、甲板等位置上的任何一点与激光扫描仪之间的实际距离。一般100米范围内，激光扫描仪都可以检测的到，而且数据信息的更新速度非常快，扫描的频率较高，能够根据船舶的动态变化及时反映出具体的扫描内容。再利用高速计算机对扫描数据进行处理，从而更好地掌握桥式抓斗卸船机作业情况。

23虚拟三维图像成像系统分析

此系统主要是与激光扫描系统配合工作的。在利用激光扫描仪器获得一定的扫描数据以后，要把相关数据信息传输到图形处理服务器中，其主要位于船舱内部位置。[4]图形服务处理器接收到的数据主要是激光扫描仪不同角度扫描过程中物体对应的距离数值。这些数据主要是控制系统中的应用，完成相关控制工作的。但是在应用之前，还需要对其进行图形重构，这就需要利用虚拟三维图像成像系统，通过采用专业的图形处理软件，对船舱面、甲板面、还有舱内的物料等进行三维数字轮廓图形的虚拟，根据激光扫描仪的扫描数据进行适当的修改，保证虚拟图像的准确性。利用虚拟三维图像成像系统能够对激光扫描仪的扫描状态进行监控，还可以选择扫描结果的抓取点，以此完善桥式抓斗卸船机的全自动系统。

24桥式抓斗卸船机导航定位系统

在桥式抓斗卸船机卸船过程中，存在着加速度和惯性，为了保卸船工作的效率和质量，需要控制这种惯性，对抓斗的抓料位置准确进行定位，选择最佳抓料点，才能保证抓料量，提高桥式抓斗卸船机的工作效率。[5]这也是避免抓斗发生摇摆发生碰撞事故的重要途径。抓斗的导航定位系统，主要是一种惯性导航系统，其组成部分为陀螺仪和无限通信系统。把陀螺仪安装在抓斗上，通过接口把陀螺仪所在位置和海拔高度信息输出，通过无限通信系统，传输到船舶驾驶舱的计算就系统相连接的无线接收端，从而确定抓斗的位置，以便控制抓斗的最佳抓取点。

25桥式抓斗卸船机自动控制系统

桥式抓斗卸船机控制系统，作为一项核心系统，能够对以上各个系统进行有效控制。形成一个系统体系，从而全面提高桥式抓斗卸船机的工作效率。首先，根据卸船作业的要求，对不同船舱舱位进行切换和定位，保证荷载平衡，避免超载情况的发生。其次，控制牵引小车的行走速度，调整抓斗升降的高度和抓点的位置，从而优化抓斗的飞行轨迹，避免抓斗摇晃发生碰撞，提高抓斗的生产力，提升卸船作业的效率和质量。再次，控制系统要控制抓斗的开闭时机，准确抓取舱内的物料，保证规定范围内的最大抓取量，提高了抓斗的抓取能力。最后，对桥式抓斗卸船机其他相关联的设备进行控制，是所有的设备系统保持协调统一，从而提高桥式抓斗卸船机的整体作业效率。

3结论

桥式抓斗卸船机是港口卸船工作的重要应用设备，通过开发应用桥式抓斗卸船机全自动系统，避免了人为作业产生的一系列问题，显著提升了桥式抓斗卸船机的作业效率。提高了港口卸船工作的水平，对港口运输业的发展具有一定的推动作用。

参考文献：

[1]刘盈桥式抓斗卸船机自动控制系统研究[D].杭州：浙江大学，2012

[2]周泉桥式抓斗卸船机全自动系统[J].港口装卸，2013（5）：35-36

[3]王璇桥式抓斗卸船机系统的研究与设计[D].秦皇岛：燕山大学，2016

[4]黄晨君桥式抓斗卸船机电气控制系统的研究[D].武汉：武汉理工大学，2013

[5]张平桥式抓斗卸船机卸料系统的研制和特点分析[J].港口装卸，2015（1）：4-7