关于桥式抓斗卸船机抓斗超载限制探讨

李朋　汪瑞

摘 要：由于港口桥式抓斗卸船机作业中，由于物料种类、司机操作手法的不同，造成卸船机作业过程中，很容易出现抓斗超载问题，影响设备稳定，不利于稳定持续运行。超载现象普遍且难以控制，本文重点探讨如何在桥式抓斗卸船机在作业过程中，多方面尤其是利用电气控制，安全、有效的减少抓斗超载现象，提高设备稳定性。

关键词：超载;港口;电气设备;计量系统

一、卸船机机型的发展与现状

抓斗卸船机根据作业和构造分类如下：

、

从分类可以看出，桥式抓斗卸船机根据小车的驱动方式不同，可以分為2种主要形式：绳索牵引小车式和自行小车式，半牵引小车式卸船机是介于自行与牵引小车式之间的一种形式，贯串牵引小车式卸船机也属于牵引小车。近年来，随着船舶加速向大型化发展，其运输能力也不断扩大，为适应这种情况，桥式抓斗卸船机主参数、额定生产率也相应变化。桥式抓斗卸船机具有技术成熟可靠、机动灵活性好、作业受波浪影响小、维修工作量小等特点，是目前世界上应用最普遍的散货卸船机械之一。由于桥式抓斗卸船机以传统的抓斗开闭和升降，因其对物料和船舶的适应性、营运成本低以及避免波浪引起的船舶颠簸对卸船机的损伤等特性，具有其他卸船形式无法取代的优势。卸船机是装卸工艺系统的一部分，应充分考虑和其他装卸工艺设备桥式抓斗卸船机适用于散货驳船和海轮船舶

的卸船作业，货船载重量几千吨至几十万吨。由于进口业务量的递增，据不完全统计，近十年桥式抓斗卸船机的需求量比前一个十年增加约3.5倍，一般每年在60至100台之间。根据统计数据分析，近二十年来，桥式抓斗卸船机以牵引小车为主要形式，其中，有补偿小车与差动小车，差动小车又分机械差动与电差动两种形式;近十年的统计资料更进一步表明，机械差动占了主流，占到95%以上，

电差动应用不多。从额定生产率来分析，小型（1 000 t/h以下）卸船机占28%，中型（1 000～2 000 t/h）卸船机占比达到50%，大型（2 000 t/h甚至3 500 t/h的卸船机，在一些专业化转运矿石码头也获得普遍采用。机械差动式卸船机以绕绳系统简单、绳耗低、小车自重轻、钢丝绳张力小、整机结构受力小、有利于整机结构降重等特点也被广泛运用。这种卸船机的机房布置有上置式和下置式2种形式。上置式的绕绳方式也有2种：一种是机房底架布置在陆侧门框上方，四卷筒两两出绳分别引至海、陆侧前后大梁端部，经改向滑轮引至主小车起升、开闭滑轮;另一种形式是机房设置在后大梁上的后置式，四卷筒出绳全部经机房向海侧引出，2根至前大梁端部，经改向滑轮引至主小车，还有2根钢丝绳则直接经机房引至主小车起升、开闭滑轮。在选用的时候，要综合考虑整机的布置形式，充分考虑钢丝绳的偏斜角度、小车运行的有效距离、机房设备的部件吊运空间等，尤其需要注意的是更换抓斗和吊运清舱机的要求。下置式是机房布置在陆侧立柱的中间位置，

钢丝绳全部从房顶出绳，通过导向滑轮绕至主小车滑轮上。这种布置形式在中、小机型上均有应用，其优点是降低了整机的重心，大幅度减少风载荷和水平惯性力矩，使得整机稳定性增加，整机的自重轻、刚性好，但由于机房下置，钢丝绳

由机房引出时的高度差，给布置带来一定的困难，作业时散料的扬尘集中在下部，污染比上置式要严重得多，给集尘防尘提出更高的要求。随着船舶的大型化，在提高生产能力的同时，相应的外伸距也加大，下置式的应用受到一定的限制。电气差动是用4套独立机构驱动4个卷筒，4个卷筒间没有机械关联，完全通过电气控制系统控制每个卷筒转动来实现抓斗的提升、下降、闭合、打开和抓斗小车的前后移动。因此每个动作均需要控制钢丝绳载荷均衡和速度同步，电气控制系统的复杂性大大增加了。

二、超载对卸船机作业的影响

1.主结构、钢丝绳机构的稳定性。桥式抓斗卸船机主要由钢结构、小车、钢丝绳及抓斗等组成，超载不仅直接反映到钢丝绳机构上，使钢丝绳及其连接件如梨形头、C型扣受到超过其额定承受能力的拉力，任意一个环节在超载过程中都有可能出现结构破坏的现象，造成梨形头、C型扣损坏、钢丝绳断股等;而且会

造成卸船机主结构超负荷承重，情况恶劣时造成小车脱轨，甚至发生类似门机超载倾覆的恶劣事故。

2.传动机构性能。桥式抓斗卸船机的主起升电气机构由变频器及主电机构成。超载现象使得主起升电气机构中的变频器和主电机承受额定功率以上的输出功率，长期超载运行会造成电机散发热量无法顺利排出，温升过高导致故障停机，甚至电机烧毁;变频器由于过载运行造成内部元件过热保护或损坏，IG-BT过温停机甚至不可逆的过流损坏。

三、改善卸船机超载方法探讨

1.完善人员操作及管理办法。卸船机生产运行中，改善人员操作，加强设备管理办法，着重加强设备维修和管理的技术与细节，改善卸船机电气设备的运行环境。第一是生产部门根据卸船机的运行实况，结合现有卸船机操作人员整体技能水平以及对设备的了解程度，综合制定超载运行考核制度和处理办法;第二

是计划部门根据计划卸载船舶的货种、品质、含水量制定专门的作业计划与抓取量设置区间，求得在尽可能减少超载作业现象的前提下，高效的完成接卸船舶，达到安全与高效的双赢局面。第三是维修部门结合日常点检保养情况，加强受力部件的维护维修，避免因过载造成部件损坏和设备停机。

2.增加计量系统辅助控制超载限制程序。结合卸船机原有超载限制控制原理以及传动力矩曲线，可以得出以下结论：抓取过程和抓斗加减速过程均不能采集重量传感器数据用于抓斗超载限制，一是此时数据并不稳定，二是抓斗加减速过程若因抓斗超载限制停机非常危险，会造成抓斗大幅度摆动，造成磕碰船舱或卸船机本体事故。桥式抓斗卸船机拥有独立抓斗计量系统，其利用变频器传动系统中的力矩曲线，实时采集并计算抓斗物料重量。计量系统在卸船机抓取物料后，抓斗匀速提升过程中将实时采集数据的瞬时值用于计量单斗物料重量。3.优化原有超载限制程序。根据多次对原有重量传感器数据的采集和分析，从限制抓斗超载的角度上看，重量传感器在抓取过程和抓斗加减速过程中数据并不准确，一斗接近但未达到额定作业量的物料在抓取和抓斗加减速过程中都可能会造成重量传感器数值报警。而除去以上两种情况，重量传感器在其他时间段都是准确、可靠的。所以，可以将以上两段作业区间的重量传感器检测功能屏蔽，虽然这种做法使超载限制出现盲区，但从理论上也大大降低了超载限制程序造成的误停机几率，而其牺牲的检测盲区也只占整个卸船机抓取作业区间不到10%。再通过计量系统的辅助超载限制，经过优化的超载限制程序不仅在可行性和检测精度上大大增加，其危险系数也同时得到了降低。

随着船舶大型化和日益增长的散装物料运输量的需求，新建码头、配置机型也趋向大型化，也促使桥式抓斗卸船机的技术不断进步与提高，其适用能力不断得以加强。

参考文献

[1]林建.港口散货卸船机选型分析[D].上海：上海交通大学，2017.

[2]周瑞.电气差动卸船机电气控制系统同步功能研究[J].港口装卸，2017（1）.