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摘要：全球贸易一体化的进步发展和铁矿石、煤炭、粮食等散货的海运量不断的增长的情况下，开始对散货装卸船设备设计制造提出了新要求。因此，装船机装载能力的提高和自动化的发展正成为迫需解决的问题。在世界三大散货（铁矿石、煤炭、粮食）的运输过程中，装船机械是必不可少的环节，其体形小、结构相对简单，造价远低于卸船机，装船机正在成为国内制造厂商甚至私营企业进入港口机械的试金石。本文介绍了目前国内装船机构造及作业的现状，提出了一种自动化模式，以此来实现装船机的全自动作业。
关键词：港口码头；移动式装船机；自动化
目前，散货装船系统自动化程度较低，装船作业均采用人工操作方式，装船作业的范围以及装船机各个机构运动均由司机通过操作台控制。设备的运行状态、装船作业的效率和质量容易受到司机视角等人为因素的影响。通常在装船作业时，需在船上设置一名观测人员，与司机通话交流，配合实现装船作业。而采用现场人工操作一方面由于散货码头恶劣工作条件（高温、高粉尘、高噪声等）会危害现场工作人员身心健康；另一方面由于恶劣工作条件和长时间的货物装载，极易引起工人疲劳，加上船体姿态变化、物料计量不精确，容易造成失衡配载翻船事故。此外，由于人工装船，操作过程中会不规范、不科学，如为避免碰撞，将溜筒悬于船舱之上，造成粉尘飞扬和货物损失。因此，实现装船作业自动化，可有利于提高作业效率和质量、降低司机的劳动强度。
1自动装船系统配置
装船机的电控系统包括主控制系统、多传动系统以及起重机维护和监视系统。主控制系统执行装船机手动和自动作业的逻辑控制以及安全保护的逻辑控制。多传动系统执行装船机大车、旋转和俯仰机构电机的驱动控制。起重机维护和监视系统包括电机房内的起重机维护工作站和司机室内的操作工作站。电机房内的起重机维护工作站提供装船机状态监视、故障报警显示、历史事件记录以及生产统计功能。司机室内操作工作站则提供司机手动操作和监视的界面，可显示装船机状态、故障报警显示及自动化作业的设定界面。装船作业的自动化需要对装船机各机构进行精确位置控制，主系统采用绝对值编码器检测大车、悬臂俯仰、回转和伸缩的位置，采用激光扫描系统检测船舱相对装船机的位置。
2工艺布置
2.1工作方式
非回转式装船机的工作方式主要是通过臂架的伸缩或者俯仰确定合适的落料点,然后开始供料,由大车行走来实现装船,其工作范围在船宽方向主要由臂架可伸缩的行程来决定。回转式装船机除了拥有非回转式装船机的全部功能外,由于增加了回转机构,装船的灵活性大大增加,回转机构可以替代部分大车行走的功能,依靠回转机构,装船机就能轻易改变溜筒的落料点,并且缩短了装船机的运行距离,适当节约了码头的长度,相比大车行走机构,减少了装船机由于逆向行驶装船而导致物料叠加的带式输送机撒料问题,还降低了相当部分的能耗。回转机构还可以替代臂架伸缩的部分功能,并且可以使溜筒到达连臂架伸缩机构都难以企及的理想位置,对于大小船型的适应性极大增强,必须指出,臂架伸缩机构是有极限位置的,连云港煤码头曾经由于非回转式装船机臂架伸缩的后伸距不足,无法装载小型驳船,迫使水工造出多余的结构,使码头前沿距离增加。
2.2溜筒合理布置
装船机的溜筒是易损件,尤其是针对煤炭和铁矿石这些磨损量大的货种,即使采用了硬度最高的陶瓷耐磨衬板,其寿命也是相当低的,再加上溜筒通常是由多节组成,长时间的物料冲击造成的溜筒变形问题给溜筒伸缩机构造成很大的负担,所以溜筒的维护一直都是港方的一大课题,一旦溜筒需要更换或者卸下维修时,回转式装船机就发挥了巨大的优势,其可以把溜筒直接回转到码头上,方便工人作业,而非回转式装船机由于其臂架伸缩行程的限制,一般无法使溜筒直接伸缩到码头上,这时就需要驳船或特殊平台的帮助,占用了更多的港方资源。
2.3尾车布置
装船机尾车的长度在很大程度上限制了装船机的可活动范围。南通4200t/h装船机和镇江1250t/h装船机的主机长度均为16m左右，配备尾车后整机长度均达到48m，是主机长度的3倍。整机长度过长导致了码头长度资源的浪费，并且为2台甚至3台装船机同时作业于1个泊位带来不便。为此，我国多个港口出现了高架尾车，这种方式能使尾车大大缩短，致使整机长度缩短（至28m），有效提高了装船机的活动范围。但是必须指出，这种方式必将牺牲一部分后方带式输送机的高度资源。由于工艺布置的需要，如物料分岔功能，带式输送机正反转功能等，尾车曾经出现了多种结构形式，目前，我院为某码头做方案时，考虑到前方码头的直取功能，后方堆场的装船功能，以及要求装船泊位带式输送机能够正反转，实现双向供料，从而提出了装船机的双尾车形式。尽管整机长度达到了前所未有的80m左右，但是，一旦方案经优化后得以实现，将大大简化整个系统的装船与卸船的工艺流程，使总投资得以降低。
2.4伸缩臂架
当下装船机的伸缩臂架大多与斗轮机臂架相似,臂架主梁采取工字截面,联系横梁处于工字主梁的下翼缘处，从设计图的剖面中可以清楚地看到,截面处于极不对称状态,由于构造要求工字梁梁高比较高,上翼缘受压,且无侧大车紧急制动惯性载荷等)偏大,伸缩臂架很容易产生屈曲或强度失效,故而这种截面的伸缩臂架其行程不宜过长,这就限制了装船机适应大船的能力,一旦我国煤炭出口大量增加,要求港口能够装载10万t甚至20万t的大型海轮,这种臂架就显得力不从心,这就要求伸缩臂架在结构上有所创新,臂架为一整根桁架结构,可以实现大跨度的要求,结构稳定可靠,臂架的伸缩由其内部的移动小车来实现,运行简单可行,与传统的伸缩臂架相比,实现一次溜管的移动,臂架结构上的负担将大大降低,故而可以满足大吨位海轮的要求,当下这种形式的装船机在国内还没有使用的先例。
3港口码头移动式装船机自动化
自动装船系统工作流程如下:(1)司机启动激光雷达自动检测系统后，激光雷达系统对船舱进行扫描，进行边缘辨识，计算出舱口尺寸和位置，与码头中央控制室的装船任务中船舶数据进行比对，经人工确认数据正确；(2)自动检测系统扫描船舱内料堆，取得堆形数据，司机设定一系列放料点后，启动自动装船；(3)自动化系统根据确认后的舱口和堆形的数据，进行主机移动和溜筒移动、起降等自动装船作业动作控制；(4)作业过程中，雷达系统间歇扫描料堆，更新轮廓数据；(5)当放料点物料达到内部设定载荷后，大车自动移动到下一放料点继续放料装船；(6)当作业达到设定的安全阈值时(雷达系统检测到料堆轮廓已经达到最大安全值，或者总装船重量达到设定值)，停止自动化卸船作业，切换为人工操作，进行填仓作业。
随着世界港口散货总体吞吐量的迅速增长，码头散货装卸面临很大的压力，建立散货的自动化生产与信息化管理是势在必行的，装船机自动化模式便是适应这一新形式的未来散货装卸自动化系统的组成部分之一，而其中的物位自动检测系统不仅能适用于装船机，也可以用在其他自动化控制的检测场合（抓斗卸船机，桥吊，轨道吊等）。
参考文献
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