基于橋式抓斗卸船機(jī)全自動(dòng)系統(tǒng)的研究

劉春雷

[摘要]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，物流運(yùn)輸行業(yè)進(jìn)入發(fā)展時(shí)期。港口船舶的運(yùn)輸作為其中一個(gè)重要組成部分，對(duì)促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展，以及加強(qiáng)各個(gè)地區(qū)之間的區(qū)域聯(lián)系起到不可替代的作用。在港口船舶運(yùn)輸結(jié)束后，卸船作為一項(xiàng)重要工作，其效率的高低直接影響到貨物能否按期抵達(dá)目的地，以及來(lái)往船舶何時(shí)可以離開(kāi)港口。因此，采用何種卸船技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵。橋式抓斗卸船機(jī)作為一種重要的卸船設(shè)備，多應(yīng)用在中、小港口卸船或發(fā)電廠碼頭船舶的卸煤作業(yè)中。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，橋式抓斗卸船機(jī)設(shè)備運(yùn)用方向也正在朝著自動(dòng)化趨勢(shì)發(fā)展，顯著提高了工作效率。文章主要針對(duì)橋式抓斗卸船機(jī)全自動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，以期能為未來(lái)卸船作業(yè)技術(shù)的發(fā)展提供參考。

[關(guān)鍵詞]橋式抓斗卸船機(jī)；全自動(dòng)系統(tǒng)；研究

[DOI]1013939/jcnkizgsc201717161

橋式抓斗卸船機(jī)，作為卸船作業(yè)中的重要設(shè)備，卸船速度較快，工作效率高。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)客戶的具體需要，進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，具有一定靈活性。近年來(lái)，隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，為了滿足卸船工作的實(shí)際需要，橋式抓斗卸船機(jī)也在不斷進(jìn)行改革，逐漸向自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變，開(kāi)發(fā)出一種橋式抓斗卸船機(jī)的全自動(dòng)系統(tǒng)，以提升橋式抓斗卸船機(jī)的工作效率和實(shí)際性能，解決在應(yīng)用橋式抓斗卸船機(jī)出現(xiàn)的問(wèn)題，從而促進(jìn)港口傳播運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展。

1橋式抓斗卸船機(jī)簡(jiǎn)述

卸船機(jī)，是碼頭前沿的一種重大接卸設(shè)備，為了滿足各大港口碼頭停靠船舶的實(shí)際需要，以及達(dá)到系統(tǒng)最大生產(chǎn)率，需要根據(jù)具體的卸船工作，合理選用高效、可靠的卸船機(jī)。一般，在我國(guó)煤炭、礦石碼頭的卸船工作中，主要應(yīng)用橋式抓斗卸船機(jī)，工作效率較高。此外，橋式抓斗卸船機(jī)還是散貨船卸船作業(yè)中應(yīng)用的主要設(shè)備，運(yùn)轉(zhuǎn)能力較高，應(yīng)用的頻率非常高。

橋式抓斗卸船機(jī)的主要構(gòu)成設(shè)備為：起升機(jī)構(gòu)、小車(chē)牽引機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)、大車(chē)行走機(jī)構(gòu)、落料回收裝置、臂架掛鉤、金屬結(jié)構(gòu)、電氣與控制系統(tǒng)設(shè)備等。在實(shí)際作業(yè)時(shí)，將利用抓斗把船艙內(nèi)的物料抓取出來(lái)，提升到料斗的上方放料，再通過(guò)振動(dòng)給料器，把物料運(yùn)送到帶式輸送機(jī)系統(tǒng)?？梢哉f(shuō)，橋式抓斗卸船機(jī)的卸船能力主要是抓斗的能力和運(yùn)行效率決定的。[1]雖然抓斗的裝料容量是一定的，但是在抓料過(guò)程中，選擇的抓料點(diǎn)不同，實(shí)際的抓料量也是不同的。主要取決于操作能力的高低。在橋式抓斗卸船機(jī)的實(shí)際作業(yè)中，影響卸船工作質(zhì)量和實(shí)際效果的因素很多，這也是導(dǎo)致各種卸船問(wèn)題出現(xiàn)的重要原因。如：橋式抓斗卸船機(jī)操作人員技術(shù)能力不足，天氣環(huán)境條件較差，船舶之間的碰撞事故，承載量過(guò)高等，大部分問(wèn)題都是由人為操作造成的，在一定程度上也損傷了橋式抓斗卸船機(jī)，縮短了其使用壽命。在這種情況下，橋式抓斗卸船機(jī)全自動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，不斷得到開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。以此來(lái)解決橋式抓斗卸船機(jī)應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，提高卸船作業(yè)的質(zhì)量和水平。

2橋式抓斗卸船機(jī)全自動(dòng)系統(tǒng)研究

21橋式抓斗卸船機(jī)自動(dòng)定位系統(tǒng)分析

在傳統(tǒng)的橋式抓斗卸船機(jī)定位系統(tǒng)應(yīng)用上，主要是采用編碼器定位的方式，這種定位方式非常容易出現(xiàn)誤差，需要結(jié)合位置標(biāo)定方式，才能減小系統(tǒng)定位的誤差，但是在應(yīng)用的過(guò)程中，還是會(huì)影響到傳統(tǒng)的橋式抓斗卸船機(jī)定位系統(tǒng)的精度。[2]不利于傳統(tǒng)的橋式抓斗卸船機(jī)卸船作業(yè)的順利進(jìn)，也影響了工作效率。通過(guò)不斷改進(jìn)，采用先進(jìn)的GPS定位系統(tǒng)，也就是RTK-GPS自動(dòng)定位系統(tǒng)，這種定位系統(tǒng)的應(yīng)用，顯著提高了定位的精度，能夠達(dá)到厘米甚至是毫米級(jí)別，定位的信息準(zhǔn)確性非常高，提高了定位的效率和質(zhì)量，與傳統(tǒng)的橋式抓斗卸船機(jī)的應(yīng)用要求非常相符。

22激光掃描自動(dòng)系統(tǒng)分析

應(yīng)用激光掃描系統(tǒng)，主要是采用飛行時(shí)間距離檢測(cè)方法，也就是確定激光光束從掃描儀中發(fā)射出來(lái)，一直到被掃描的物體表面，物體表面被掃描后反射會(huì)激光光束，回到激光掃描儀中，這整個(gè)的過(guò)程所需要的時(shí)間，進(jìn)而對(duì)反射點(diǎn)與激光掃描儀器之間的距離進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)X-Y雙軸的驅(qū)動(dòng)裝置，完成相關(guān)物體的三維立體掃描程序。[3]在橋式抓斗卸船機(jī)激光掃描儀自動(dòng)系統(tǒng)中，主要是應(yīng)用3D激光掃描儀，把掃描儀固定在駕駛艙底部，在利用橋式抓斗卸船機(jī)卸船過(guò)程中，3D激光掃描儀自動(dòng)艙口和艙內(nèi)的各個(gè)區(qū)域進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，從而準(zhǔn)確得出船艙、艙內(nèi)物料輪廓表面、甲板等位置上的任何一點(diǎn)與激光掃描儀之間的實(shí)際距離。一般100米范圍內(nèi)，激光掃描儀都可以檢測(cè)的到，而且數(shù)據(jù)信息的更新速度非?？欤瑨呙璧念l率較高，能夠根據(jù)船舶的動(dòng)態(tài)變化及時(shí)反映出具體的掃描內(nèi)容。再利用高速計(jì)算機(jī)對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而更好地掌握橋式抓斗卸船機(jī)作業(yè)情況。

23虛擬三維圖像成像系統(tǒng)分析

此系統(tǒng)主要是與激光掃描系統(tǒng)配合工作的。在利用激光掃描儀器獲得一定的掃描數(shù)據(jù)以后，要把相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綀D形處理服務(wù)器中，其主要位于船艙內(nèi)部位置。[4]圖形服務(wù)處理器接收到的數(shù)據(jù)主要是激光掃描儀不同角度掃描過(guò)程中物體對(duì)應(yīng)的距離數(shù)值。這些數(shù)據(jù)主要是控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，完成相關(guān)控制工作的。但是在應(yīng)用之前，還需要對(duì)其進(jìn)行圖形重構(gòu)，這就需要利用虛擬三維圖像成像系統(tǒng)，通過(guò)采用專(zhuān)業(yè)的圖形處理軟件，對(duì)船艙面、甲板面、還有艙內(nèi)的物料等進(jìn)行三維數(shù)字輪廓圖形的虛擬，根據(jù)激光掃描儀的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，保證虛擬圖像的準(zhǔn)確性。利用虛擬三維圖像成像系統(tǒng)能夠?qū)す鈷呙鑳x的掃描狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，還可以選擇掃描結(jié)果的抓取點(diǎn)，以此完善橋式抓斗卸船機(jī)的全自動(dòng)系統(tǒng)。

24橋式抓斗卸船機(jī)導(dǎo)航定位系統(tǒng)

在橋式抓斗卸船機(jī)卸船過(guò)程中，存在著加速度和慣性，為了保卸船工作的效率和質(zhì)量，需要控制這種慣性，對(duì)抓斗的抓料位置準(zhǔn)確進(jìn)行定位，選擇最佳抓料點(diǎn)，才能保證抓料量，提高橋式抓斗卸船機(jī)的工作效率。[5]這也是避免抓斗發(fā)生搖擺發(fā)生碰撞事故的重要途徑。抓斗的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，主要是一種慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其組成部分為陀螺儀和無(wú)限通信系統(tǒng)。把陀螺儀安裝在抓斗上，通過(guò)接口把陀螺儀所在位置和海拔高度信息輸出，通過(guò)無(wú)限通信系統(tǒng)，傳輸?shù)酱榜{駛艙的計(jì)算就系統(tǒng)相連接的無(wú)線接收端，從而確定抓斗的位置，以便控制抓斗的最佳抓取點(diǎn)。

25橋式抓斗卸船機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)

橋式抓斗卸船機(jī)控制系統(tǒng)，作為一項(xiàng)核心系統(tǒng)，能夠?qū)σ陨细鱾€(gè)系統(tǒng)進(jìn)行有效控制。形成一個(gè)系統(tǒng)體系，從而全面提高橋式抓斗卸船機(jī)的工作效率。首先，根據(jù)卸船作業(yè)的要求，對(duì)不同船艙艙位進(jìn)行切換和定位，保證荷載平衡，避免超載情況的發(fā)生。其次，控制牽引小車(chē)的行走速度，調(diào)整抓斗升降的高度和抓點(diǎn)的位置，從而優(yōu)化抓斗的飛行軌跡，避免抓斗搖晃發(fā)生碰撞，提高抓斗的生產(chǎn)力，提升卸船作業(yè)的效率和質(zhì)量。再次，控制系統(tǒng)要控制抓斗的開(kāi)閉時(shí)機(jī)，準(zhǔn)確抓取艙內(nèi)的物料，保證規(guī)定范圍內(nèi)的最大抓取量，提高了抓斗的抓取能力。最后，對(duì)橋式抓斗卸船機(jī)其他相關(guān)聯(lián)的設(shè)備進(jìn)行控制，是所有的設(shè)備系統(tǒng)保持協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而提高橋式抓斗卸船機(jī)的整體作業(yè)效率。

3結(jié)論

橋式抓斗卸船機(jī)是港口卸船工作的重要應(yīng)用設(shè)備，通過(guò)開(kāi)發(fā)應(yīng)用橋式抓斗卸船機(jī)全自動(dòng)系統(tǒng)，避免了人為作業(yè)產(chǎn)生的一系列問(wèn)題，顯著提升了橋式抓斗卸船機(jī)的作業(yè)效率。提高了港口卸船工作的水平，對(duì)港口運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展具有一定的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

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