摘 要: 针对斗卸船机司机劳动强度大、安全性低、机械可靠性无法保证等一系列难题, 首创性地提出了
一套全自动化卸船作业方案。对该方案做出了详细阐述, 包括系统运行模式、作业流程和几种策略优化方法,
并与传统卸船工艺做了综合详尽的对比分析。该全自动抓斗卸船机在上海港罗泾矿石码头实施后, 经过轻重
载调试目前已投入正式生产。对装备性能的全面测试结果证明, 与传统作业方式相比, 该系统作业效率显著
整个卸船任务的总耗时 T t T t = T p + T j + T c,
式中: T p 为作业准备阶段耗时; T j 为卸船阶段耗时; T c 为清舱阶段耗时。
卸船阶段耗时为; T j = T u + T sl + T sc + T m + T w,
式中: T u 为卸船工作循环耗时; T sl 为卸船作业线切 换耗时; T sc为卸船作业舱切换耗时; T m 为故障维护 耗时; T w 为流程等待耗时。
Abstract: In order to solv e a series o f problems such as heav y labo r int ensity and low sy st em mo de securit y and st abilit y, t he f irst full-auto mat ic grab ship-unloading so lut ion in t he w orld w as innovat ed. Solut ions including the operat ion principle, t he pr ocedure and a few st rat eg ies for process opt im izatio n w er e detailed. M eanw hil e, a com prehensive analysis co mpar ed w it h t radit ional processes w as pr esent ed. Aft er light and heavy load t est s f or sev eral m onths, a f ul l-aut om at ic g rab unl oader w as put int o pr act ice in Shanghai L uojing Ore T erminal . Evaluation r esult s pr ove t hat the sy st em prom ot es t he ef ficiency evident ly, alleviates t he labor intensit y dramat ically, and makes a pow er ful g uarantee f or t he operat ing reliabilit y and t he securit y. Key words: f ull-aut om at ic gr ab ship unloader ; process analy sis; str at egies fo r process optim ization; bulk handling equipment aut om at ion; perf ormance evaluat io n
3. 1 手动卸船模式
手动方式下, 大车和小车移动、抓斗升降、开闭 斗等动作完全由司机操作。因完全取决于司机的熟 练程度, 卸船效率普遍较低。
3. 2 半自动卸船模式
在半自动方式下, 小车移动和部分抓斗升降、开 闭动作由控制系统程序自动完成, 可以部分消除手 动操作引起的抓斗摇摆和卸料不准等问题, 一定程 度上降低了人为因素的影响, 提高卸船动作的一致 性, 作业效率有所提升。
桥式抓斗卸船机并没有被连续卸船机所取代或 完全成为连续卸船机完成清舱等工作的辅助设备, 而是在与连续卸船机的竞争中得以存在与发展, 一 方面依赖于其具有的优势适应当前的发展; 另一方 面得益近些年来桥式抓斗卸船机自身的技术进步。
2 抓斗卸船机卸船作业
2. 1 作业进程分解
整个卸船任务进程分为 3 个阶段: 作业准备阶 段、卸船阶段和清舱阶段。
解 放 军 理 工 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版)
第 11 卷
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对司机和设备维护人员提出了更高的要求, 为最大 限度地减少人为因素对作业效率的不利影响, 自动 操作系统应运而生[ 3, 4] 。
在集装箱桥式起重机方面, 全自动化控制技术 已发展多年, 目前已经有一些全自动的岸边集装箱 起重机投入运行[ 5～7] 。通过在桥式抓斗卸船机上增 加传感元件, 来实现部分自动化的系统也有报道, 但 尚未彻底替代司机的手动操作[ 8] 。
提高, 人员劳动强度大幅降低, 同时为机械运行可靠性和安全性提供了有力保障。
关键词: 全自动抓斗卸船机; 工艺分析; 工艺优化策略; 散货装卸装备自动化; 性能评估
中图分类号: U 653. 928
文献标识码: A
文章编号: 1009-3443( 2010) 03-0284-06
Novel full-automatic grab ship unloader system
4. 1 全自动卸船方案
在全自动化方式下, 司机只需要把卸船机移动 到作业船舱的范围内, 启动轮廓检测系统对船舱进 行扫描, 计算出舱口的位置、高度及舱内物料的分布 情况, 并以图形方式显示在司机室监控屏幕上。司机 根据物料的分布选择合适的卸船策略, 系统自动产 生优化的卸船动作路径。
经司机确认后, 自动开始卸船作业。在自动卸船 作业过程中, 扫描设备对作业区域进行实时扫描并 更新舱口位置、高度以及舱内物料分布, 据物料的实 际分布自动计算返程点的位置, 并更新运行参数。卸 船作业开始后, 便无须任何司机手动操作。
为了弥补手动和半自动卸船方式的不足, 受岸 边集装箱起重机全自动系统的启发, 课题组创新性 地提出了一套卸船机全自动化解决方案。在现有手 动和半自动卸船功能的基础上, 增加轮廓检测装置 进行船舱位置和物料分布的实时自动检测, 完全取 代了作业过程中的各种司机手动设置和操作, 实现 整舱的连续自动卸船。
为提高散货码头系统作业效率和通过能力, 国 内外研究机构通过与制造厂家合作, 进行了具有较 高自 动化控制功 能的散货 装备的研究 开发工
收稿日期: 2008-04-24. 资助项 目: 国家科技支 撑计划资 助项目( 2006BA H02A 17) ; 上 海市科委产学研专项项目( 06D Z11310) 。 作者简介: 王 建( 1980- ) , 男, 博士生. 联 系 人: 姚振 强, 教授, 博士生 导师; 研 究方 向: 先进 制造 技 术、机 器视觉、装备 自动 化等; E -m ail : zqyao@ sj tu . edu . cn.
作[ 1, 2] 。 本文通过对物料轮廓自动检测、装备自动控制、
作业策略优化技术展开深入研究, 课题组成功研制 了世界首台全自动作业的抓斗卸船机, 经过近 2 年 的调试和试运行, 2008 年在上海港罗泾港区二期矿 石码头正式投入生产。
第 3 期
王 建, 等: 新型全自动抓斗卸船系统
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3. 3 传统半自动卸船模式的技术瓶颈
目前, 半自动卸船方式主要有 2 个技术瓶颈: ( 1) 需要司机预先设定好船舱的内外侧位置, 半 自动作业的前提是假设这个位置在相当长的时间内 是固定不变的。而在实际情况下, 由于船舱内物料的 变化以及涨潮和落潮的影响, 船身会产生倾斜或上 浮。这时采用半自动方式卸船就存在撞船的危险。 ( 2) 由于舱内散货物料分布不规则, 为了尽量达 到满斗抓料, 避免空抓、少抓以及埋斗等现象, 司机 在启动自动循环时, 需要手动设定下一个循环船舱 上方的返回点。 目前这种半自动控制方式仅限于单个循环内的 有限自动化, 多个循环之间的连接依靠司机的手动 调整, 司机需要经过一段时间的训练才能掌握半自 动控制和手动调整的协调操作。以上 2 个技术瓶颈 在一定程度上限制了半自动方式的应用与普及。
( 3) 选择“全自动”模式时, 可以运行“全自动”、 “半自动”、“手动”模式。
为了保证系统安全, “全自动”和“半自动”运行 均以司机踩住“自动运行”踏板为条件。司机可以根 据实际情况随时松开踏板, 卸船机机械动作将立即 中断。待司机对设备进行手动操作结束后, 踩下踏板 即可使系统恢复自动卸船作业。在没有司机干预的 情况下, 系统将自动进行卸船作业直至整舱卸船作 业结束。
一般情况下, 卸船阶段T j 在总任务耗时T t 中往 往占有90% 以上的比例。因此, 提高码头卸船任务效 率的主要目标就是提高卸船阶段的工作效率。而在 此阶段, 正常工作循环时段是卸船机处于工作状态 的时间, 其它时段都可视为辅助卸船时段。因而, 在 同等作业载荷的条件下, 尽量减少卸船阶段各步骤 的耗时, 是提升卸船机工作性能的关键因素。
新型全自动抓斗卸船系统
王 建1, 姚振强1, 包起帆2, 孙 斌3, 葛中雄2, 芦 清3
( 1. 上海交通大学 机械与动力工程学院 机械系统与振动国家重点实验室, 上海 200240; 2. 上海国际港务( 集团) 股份有限公司, 上海 200082; 3. A BB( 中国) 有限公司 起重机与港口自动化部, 上海 200001)
1 卸船机分类
卸船机的种类较多, 依作业方式可分为连续卸 船机和非连续卸船机。连续卸船机通常是一种专用 的码头装卸设备, 使用不灵活, 如不可卸杂货等, 特 别是对高粘度、大粒度、高含水量、高腐蚀性或高磨 削性的物料进行卸船作业时不宜使用连续卸船机。 在非连续卸船机中主要有门式抓斗起重机、桥式抓 斗卸船机等设备, 在实际对大粒度的煤炭和铁矿石 物料进行卸船作业时, 仍然以桥式抓斗卸船机为主 要装卸装备。
4. 2 系统运行模式
为了提供最大的工作可靠性和灵活性, 本系统 提供 3 种运行模式: 手动、半自动和全自动。通过司 机室操作台的模式选择旋钮选取。各模式自下而上 提供模式兼容: