桥式抓斗卸船机的发展与现状分析

1、桥式抓斗卸船机的发展与现状分析起重运输机械 2014 ( 11 )1马文舒1林金栋2张建国1上海振华重工(集团)股份有限公司上海 2001252 杭州华新机电工程有限公司杭州 310030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: Research on the application of bridge-type grab ship-

2、unloader is performed in the paper, with analysis of technical progress in machinery and electri cal works, and presentation of future development di rection of the bridge-type grab ship-un loader.Keywords: bridge-type grab ship-unloader; electric control progress; functional diversity; environmenta

3、l high-effi- ci ency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岀来。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19902000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

4、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岀口海外 ，我国已成为卸船 机最大生产国和使用国。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：臂架式固定门座起重机带斗门座起重机抓斗式卸船机自行小车式半牵引小车式桥式补偿小车式牵引小车式贯串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

5、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。 iQQ4-2i)15 China Academic Tcutnal ELcctronic Pljblishilie Hc

6、msc. All rights reserved, htlp: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表2 近十年来桥式抓斗卸船机按小车型式分类统计台交机年份2004200520062007200820092010201120122013合计1 000 t/h 以下17181415189252328151821 000 2 000 t/h243

7、616323243213553293212 000 t/h 以上11107917618221030140合计52643756675864809174643表3 近十年来桥式抓斗卸船机按额定生产率分类统计台交机年份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

8、分析，近二十年步表明，机械差动占了主 流，占到95%以上，来，桥式抓斗卸船机以牵引小车为主要形式电差动应用不多。从额定生产率来分析，小型中，有补偿小车与差动小车，差动小车又分机械（1 000 t/h以下）卸船机占28%，中型（1 000差动与电差动两种形式近十年的统计资料更进2 000 t/h）卸船机占比达到50%，大型（2 000 t/h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

9、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卸船机按 额定生产率分类的统计，表4为近十年卸船机岀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 H3 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可以看岀，近十年 来，我国主机厂已有近百台的岀口业绩 ，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

10、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 卷筒两两岀绳分别引至海、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，四卷筒岀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

11、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

12、，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。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，通起重运输机械 2014 （ 11）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 ， 整机自重比机械差动的轻 3%5%;电差动的起 升、开闭速度要比机械差动的高约20% 30%，电差动的小车速度与机械差

13、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 。2卸船机的电气控制技术进步，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 （AFE）多传动系统后，能实现能

14、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

15、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 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 化，要求卸船机向多功能方向发展。2000年以来 岀现了装卸船一体机，如前卸、前装，节约码

16、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岀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岀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、料斗岀料过程的粉 尘溢岀。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

17、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

18、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国。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 。4 结论与展望综上所述，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 。如差动齿 轮减速器、拖绳小车的广泛应用与发展 ，使得绳 索牵引与机械差动卸船机随着外伸距加大而应用自如，自行小车基本被替代；再如绳索绕绳简单 及超长寿命的使用方 式的应用，使得缠绕复杂、 投绳量大的补偿小车卸船机也大量地被替代；而随着电器 自动化、智能化的应用与发展 ，电气差 动卸船机 会脱颖而岀，将大量替代目前的机械差 动卸船机；随着智能化技术不断发展 ，自动无人 操作卸船机也将逐步推广。参考文献1 张奇兴.火电