桥式抓斗卸船机的发展与现状分析.docx

桥式抓斗卸船机的发展与 现 状 分 析马文舒1 林金栋2 张建国11上海振华重工 ( 集团)200125股份有限公司 上海2310030杭州华新机电工程有限公司 杭州摘 要: 研究了桥式抓斗卸船机的实际应用，分析了其机械、电气的技术进步，指出了桥式抓斗卸船机未来的发展方向。关键词: 桥式抓斗卸船机; 电控进步; 功能多样性; 环保高效中图分类号: U653. 928. + 1文献标识码: A文章编号: 1001 0785 ( 2014) 11 0001 04Abstract: esearch on the application of bridge-type grab ship-unloader is performed in the paper，with analysis oftechnical progress in machinery and electrical works，and presentation of future development direction of the bridge-type grab ship-unloader.Keywords: bridge-type grab ship-unloader; electric control progress;ciencyfunctional diversity; environmental high-effi-无论何种码头物料流程，都 必 须 由 码 头 前 沿的机械设备从船舱内将货物取出来。桥 式 抓 斗 卸 船机是目前世界上用于港口散货船接卸的主要机 械设备。我国桥式抓斗卸船机 技术发展过程大致可以 分为以下三个阶段: 第一阶段是 1990 年以前，国 产卸船机以门机和小型卸船机为主，大 型 卸 船 机 依赖进口，主 要 部 件、电 气控制系统和技术由国 外公司提 供，国 内 厂 家 仅承担制作和安装; 第 二 阶段是 1990 2000 年期间，国内卸船机技术水平 提高，国产卸船机向大型 化 发 展， 用 户 逐 步 认 同 国产大型卸船机的技术和供货能力，国 产 卸 船 机 可以与进口设备同时竞争，有 相 当 多 的 大 型 卸 船 机由 国 内 自 行 设 计、 制 造、 调 试; 第 三 阶 段 是2000 年之后，国内的大型卸船机技术与 国 外 的 差 距已很小，大多数用户已认同国产的大型卸船机， 国产卸船机的性能已完全能满足用户 的 需 求， 并 有相当数量的卸船机出口海外，我 国 已 成 为 卸 船机最大生产国和使用国。固定门座起重机臂架式抓斗式卸船机 带斗门座起重机自行小车式半牵引小车式牵引小车式 贯串式桥式 补偿小车式四卷筒式从分类可以 看 出， 桥式抓斗卸船机根据小车 的驱动方 式 不 同，可 以 分 为 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 的衔接。 1 1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1:2014 ( 11)起重运输机械卸船机按 额定生产率分类的统计， 表 4 为 近 十 年卸船机出口国家分布统计汇总。表 1 近二十年来提供给国内外的桥式抓斗卸船机汇总台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。表 1 为近 二 十 年 来 提供给国内外的桥式抓斗 卸船机汇 总，表 2 为近十年来桥式抓 斗 卸 船 机 按 小车型式分类的统计，表 3 为近十年来桥式抓斗表 2 近十年来桥式抓斗卸船机按小车型式分类统计台表 3 近十年来桥式抓斗卸船机按额定生产率分类统计台表 4 近十年卸船机出口国家分布统计汇总表台注: 表 1 表 4 中数据源自上海振华重工、大连重工、华电重工、华新重工、工力重工、上海港机重工的统计数据。根据表 1 表 3 的统计数据分析， 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 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差动与电差动两种形式; 2 2 000 t / h)卸船机占比达到 50% ，大型起重运输机械近 十 年 的 统 计 资 料 更 进2014 ( 11)交机年份2004200520062007200820092010201120122013合计南北美洲001320202212欧洲澳洲00112011006亚洲非洲2124815109161077合计214812151310181295交机年份2004200520062007200820092010201120122013合计1 000 t / h 以下17181415189252328151821 000 2 000 t / h243616323243213553293212 000 t / h 以上11107917618221030140合计52643756675864809174643交机年份2004200520062007200820092010201120122013合计补偿小车式920200000013自行小车式20012010006机械差动式41623451655863809174619电差动式00320000005合计52643756675864809174643形式补偿 小车式自行 小车式机械差动 小车式电差动 小车式合计数量100167065827以上) 占 22% 。随着船型增大，2 500 3 000 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。从 表 4 可 以 看 出， 近 十 年 来，我国主机厂已有近 百台的出口业绩， 而 且 基 本保持增 长 趋 势，其 中，以亚洲地区经济发展最 为迅速，桥 式抓斗卸船机的需求远远高 于 其 他 国 家与地区。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2，4。电差动牵引小车的主 要优点是可选用标准减 速器，4 套驱动机构相对独立，机构简单统一，通用性好，维护 简 单， 备 件 成 本 低。电 差 动 可 以 同机械差动一样根据码头环境工况选择卸船机的机 房布置方式，可以上置或下置。4 套机构布置长度 比机械差动的小，机房、机台、减速器尺寸也小， 5% ;整机自重比机械差动的轻 3%电 差 动 的 起 30% ，升、开 闭速度要比机械差动的高约 20%电差动的小车速度与机械差动的相 近; 电 差 动 要做到良好的载荷均衡和速度同步，使 电 气 控 制 系 统的负担 大 大 加 重 了， 电 控 系 统 复 杂， 由 于 控 制 子程序模 块 化，因此对外围设备的运 行 维 护 要 求 高，运行维护较困难; 4 个卷筒 ( 钢丝绳) 的力和速度在不断地均衡调 整， 对钢丝绳冲击加重了， 整机作业平稳性较差。卸船机的电气控制技术进步5，6随着交流变频调速技术取得突破性的进 展， 交流变频调速控制系统可以实现与直流调速控制 系统一样 的 功 能，可以有效控制电机 的 转 矩 和 速 度。因为交流电动机维护简单， 造 价 低， 交 流 变 频调速控制系统在 2000 年之后逐步在卸船机电气 控 制获得广泛采 用， 尤 其 是 采 用 PWM 整 流 器2( AFE)多传动系统后，能实现能量回馈、电网无高次谐波污染和高功率因素特性，使 大 型 卸 船 机具有了节 能、电 网 无 高 次 谐 波 污 染、控 制 系 统 简 单等特点。如今的卸船机控制系统结合了变频控制与 PLC 控制器技 术，采用现场总线或工业以 太 网 以 及 无 线通讯 技 术，通 过 人 机 界 面 ( 如 触 摸 屏) 设 备 及时反映卸船机的运行情况和故障报 警， 使 其 控 制 系统有网络化和智能化特点。卸 船 机 监 控 诊 断 系 统中带有 “黑匣子”，可以查到故障发生前后卸船机的工作状 态。也 有 装 备 3G 无线远程监控系统， 远端采集 PLC 系统数据，远程监控和维护。卸船 机操作主要有手动、半 自 动、全 自 动 3种方式，目 前 以 手 动 和半自动操作模式为主， 具 有进行路 径 控 制、抓 斗半自动运行路径控制、防摇控制下动态甩斗卸料等功能，逐 步 减 轻 操 作 人员的劳动 强 度，提 高 卸 船 效 率， 并保证卸船机操 作安全。而卸船机 的 全 自 动 运行操作控制技术也在发 展中，上海 罗泾港全自动化散货码头 项 目 中 有 装 有 ABB 激光扫描器的卸船机，成为全 球 第 一 台 全 3 2014 ( 11)起重运输机械户全面认 可，这方面还有待卸船机厂家 和 配 套 件供应商做 大 量 工 作，通过提升产品质量 和 选 型 裕 度，实现国产配套件的高可靠性3。在大型卸 船 机 中 除 了设置完善的安全保护装 置外，有的 客户还要求卸船机具有对 主 要 结 构 应 力状态、传 动系统温升和噪声等进行 远 程 实 时 监 控和预警系统，以提高卸船机安全状态。自动卸船的卸船机。西门子公司 Simotion D 电气控制系统中同样也有卸船机全自动控制 的 技 术。全 自动操作控制技术仅在少量工程上尝 试 应 用， 受 制于 舱 内 粉 尘、料 堆 不 规 则、检测技术等条件， 该技术还在不断的发展和改进中。3卸船机的功能多样性、环保、高效需求随着港 口 发 展，接 卸 物 料、客 户 需 求 的 多 样4结论与展望综上所述，随着船舶大型化和日益增长的散 化，要求卸船 机 向 多 功 能 方 向 发 展。2000 年 以 来出现了装卸 船 一 体 机， 如 前 卸、前 装， 节 约 码 头 资源和 不 同 物 料， 前 卸、 后 装， 节 约 转 运 能 耗。 出现了接卸散货和装卸 件 杂 货、集 装 箱、废 钢 等 功能合一的卸船机和将地面部分功能移至卸船机 上的带校验装置和计量系统的卸船机。这 些 具 有 多样化功能的卸船机的出现为客户提高码头利用 率带来可能。为了满足客户对环保要求的日益提高， 卸 船 机降尘抑尘技术也需不断改进。各 制 造 厂 家 和 用 户均极其关注料斗和出料系统的降尘和抑尘设施， 想方设法利用各种技术减少抓斗卸料、料 斗 出 料 过程的粉 尘 溢 出。目前多数是采用水雾 降 尘 和 合 适的三面挡风板高度技术，有 少 量 采 用 干 雾 降 尘 和合适的三面挡风板高度技术，在 易 扬 尘 的 物 料 中也有采用负压吸尘加布袋除尘系统降尘的技术。 减少抓斗卸船过程中的粉尘溢出，越 来 越 受 到 各 方的重视，也是未来重点攻克的技术难题。高效、节 能、低故障率是卸船机适应 未 来 船 运发展的 方 向。随 着 船 运行业竞争加剧， 船 东 对 船舶滞停码头提出更苛刻的要求，一 旦 造 成 船 舶 码头滞留不但其费用大，还 给 港 口 码 头 卸 船 带 来 较大压力。目前 5 万 t 级船 24 h 内可以完成卸船和 靠离泊，10 万 t 级船 45 h 内可以完成卸船和靠离 泊，20 万 t 级 船 60 h 内 可 以 完 成卸船和靠离泊。 因此，要求卸船机必须是 高 效、高可靠性地在役 使用。对卸船机设计选 型要求留有足够的裕度， 机电配套件要有高品质保证，以 减 少 卸 船 机 的 维 护工作量。目前中、大型卸船机在高配置要求中， 国外的一些优质品牌占有较大优势。当 然 国 内 也 有些配套件品质已赶上了国外的品牌， 能 满 足 卸 船机高可 靠 性 要 求，只 是 宣 传 不 够， 没 有 获 得 用装物料运 输 量 的 需