关于桥式抓斗卸船机抓斗超载限制探讨

摘 要：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、控制卸船机超载现象的必要性

桥式抓斗卸船机在作业过程中，很容易产生抓斗过载现象。以唐山曹妃甸矿石码头有限公司每斗额定作业能力72t的4#桥式抓斗卸船机为例，去除抓斗自身以及钢丝绳净重25.5t左右，其正常额定抓取量为46.5t，而实际情况下，根据2015年7月至2016年1月的作业量统计，其平均抓取量达到了42t，在总作业的104912次中，超载次数达到了28836次，占比27.4%。超载平均抓取量达到51.07t。对卸船机安全稳定生产是较大威胁。

二、原有超载限制设备介绍

桥式抓斗卸船机设有抓斗重量传感器，安装于主钢丝绳前大梁滑轮支撑轴上，通过检测轴形变来反映钢丝绳拉力大小。在程序设计中，当钢丝绳承受全部拉力即抓取重量超过设定值时，自动锁定抓斗起升动作，使之只能放下和开斗，直至放回超载物料、抓取重量小于设定值后，才可以恢复正常作业。从逻辑角度上看，这种设计和应用都毫无问题，但实际应用中，现场技术人员发现此超载限制设备频繁在物料抓取环节和抓斗加减速过程中误报警，即抓料过程还未结束、抓斗未提起时，或者抓斗已经提升到接料板附近，即将放料完成本斗作业时报出超载故障。经过采集传动力矩曲线，发现钢丝绳受力的最大点并不一定在提升过程，抓取过程中的钢丝绳受力同样能达到较高水平，而且抓斗的加减速也会造成传感器数据波动。所以，利用抓斗重量传感器来进行超载限制并不理想。非常容易造成误报停机。

三、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，IGBT过温停机甚至不可逆的过流损坏。

3）带式输送机运行。桥式抓斗卸船机所抓取的物料通过带式输送机运送至堆场，两台甚至多台卸船机超载作业所产生的物料流量会严重超过对应的带式输送机的额定承载能力。卸船机过载运行的同时造成带式输送机也被迫过载运行。撕裂、过热、停机现象都有可能随之发生。

四、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。考虑到计量系统的可靠和准确性，可以采集抓斗计量信号开关量，作为触发实时计量数据与设定值比较的信号。即在抓斗物料计量的同时，进行物料重量与超载限制值的比较，若物料重量超过超载限制值，则锁定抓斗提升动作，直至抓斗将物料放回船舱，才可以正常进行下一轮抓取作业。利用计量系统原有程序，在计量单斗重量的同时进行抓斗超载检测，既可以保证超载检测精度，又可以避免停机时造成危险。

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。

五、结语

卸船机过载是散货码头设备运行中的一大难题，根据卸船机过载产生的原因，了解卸船机过载对码头安全稳定生产的影响，安全、可靠的消除卸船机过载对设备、人身安全的威胁，对生产的负面影响；与此同时，利用现有的硬件及软件资源，在不增加成本的前提下科学合理的编写控制程序，使控制程序能够在一定程度上减少抓斗超载现象，同时尽可能维持卸船机的高效作业运行。本文仅从电气控制角度上，对卸船机过载限制进行了探讨。但解决卸船机过载并不仅仅只能通过电气控制实现，优化抓斗结构等机械方案应同样对卸船机过载有限制效果。实际生产中也进行了一系列的尝试和实验，最后还是发现了诸如检测盲区，高效生产和超载限制难以兼得等现象，这些都是需要继续探索和解决的问题。

作者简介：郭东方（1987-），男，河北唐山人，学士，助理工程师，研究方向：港口电气维护。