針對(duì)空客組件接卸的岸橋旋轉(zhuǎn)吊架及吊具優(yōu)化改造

李鑫 李紀(jì)勇

天津作為我國(guó)北方地區(qū)重要的工業(yè)城市，是高端制造業(yè)的主要發(fā)展基地。隨著空客天津組裝基地的落成，接卸大型空客組件成為天津港的重要任務(wù)，而作為天津港最大集裝箱碼頭的天津港太平洋國(guó)際集裝箱碼頭公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“太平洋國(guó)際集裝箱碼頭”）全力投入承接空客組件接卸項(xiàng)目。

空客組件有著相當(dāng)嚴(yán)格甚至近乎苛刻的接卸要求，加之太平洋國(guó)際集裝箱碼頭采用棧橋式岸線(xiàn)設(shè)計(jì)形式，這使整個(gè)接卸吊裝工藝面臨相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，對(duì)作為主要接卸設(shè)備的岸橋和吊具提出更高要求。鑒于此，太平洋國(guó)際集裝箱碼頭針對(duì)空客組件接卸要求，對(duì)岸橋吊具和旋轉(zhuǎn)吊架實(shí)施一系列改造。截至目前，太平洋國(guó)際集裝箱碼頭已順利接卸百余架次空客飛機(jī)組件。

1 空客組件貨物規(guī)模及接卸工藝要求

空客組件基本為標(biāo)準(zhǔn)貨物，有固定可靠的緊固方式和船上擺放加固方式，由于其尺寸大多超長(zhǎng)，在船上基本橫向垂直于船身方向放置，最大質(zhì)量（包含自重約11.13 t的專(zhuān)用吊裝裝置）為35 t左右。對(duì)于普通碼頭，可以在岸橋后大梁下部空間完成空客組件接卸工作，具體操作如下：將空客組件吊運(yùn)至岸橋后大梁直接放在垂直于岸線(xiàn)停放的專(zhuān)用拖車(chē)上完成接卸，接卸過(guò)程須保證吊裝穩(wěn)定、無(wú)油污且無(wú)雜物墜落。對(duì)于棧橋式碼頭，由于空間距離受限，專(zhuān)用拖車(chē)無(wú)法停靠在岸橋后大梁后部，這對(duì)接卸工作形成挑戰(zhàn)。如果利用旋轉(zhuǎn)吊架配合常規(guī)吊具，可以在岸橋的下平衡梁區(qū)域旋轉(zhuǎn)空客組件至平行于岸線(xiàn)方向后，再將其放至專(zhuān)用拖車(chē)上。然而，由于空客組件質(zhì)量過(guò)大（遠(yuǎn)超出旋轉(zhuǎn)吊架配合常規(guī)吊具的最大載荷），存在嚴(yán)重安全隱患，此方案不可行。

總的來(lái)看，在實(shí)施空客組件接卸設(shè)備優(yōu)化改造的過(guò)程中，需要重點(diǎn)關(guān)注以下空客組件接卸作業(yè)特點(diǎn)：（1）貨物必須經(jīng)過(guò)1次90靶饕擔(dān)米饕敵朧褂瞇跫埽？）;（2）貨物質(zhì)量比較大，最大質(zhì)量約，未超過(guò)常規(guī)單箱吊具起吊質(zhì)量40 t，但旋轉(zhuǎn)吊架配合常規(guī)吊具使用模式（見(jiàn)圖2）則無(wú)法滿(mǎn)足起吊質(zhì)量要求;（3）貨物及其吊點(diǎn)形式固定，所有貨物的吊裝吊點(diǎn)均符合20英尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱尺寸要求，且貨物吊點(diǎn)距地面的凈空高度不高，只有2 m左右。

2 針對(duì)空客組件接卸的岸橋旋轉(zhuǎn)吊架與吊具配合作業(yè)基本原理及工況

旋轉(zhuǎn)吊架是一種特殊的吊具，其不具有獨(dú)立的動(dòng)力和控制機(jī)構(gòu)，無(wú)法單獨(dú)完成吊裝作業(yè)，需要配合吊具使用。岸橋司機(jī)可通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)吊架實(shí)現(xiàn)吊具旋轉(zhuǎn)90凹捌揭？00 mm。岸橋旋轉(zhuǎn)吊架與吊具配合作業(yè)基本原理及工況如下。

（1）旋轉(zhuǎn)吊架沒(méi)有獨(dú)立的動(dòng)力單元，由下方配合作業(yè)吊具液壓系統(tǒng)為其提供動(dòng)力源。旋轉(zhuǎn)吊架上設(shè)有單獨(dú)的進(jìn)出油路接口，與下方吊具上預(yù)留的油路輸出接口連接后可為旋轉(zhuǎn)吊架提供液壓動(dòng)力源。

（2）在電氣連接方面，吊具垂纜先與旋轉(zhuǎn)吊架相連接，再由旋轉(zhuǎn)吊架預(yù)留的垂纜與下方吊具相連接。

（3）在控制方面，旋轉(zhuǎn)吊架的3個(gè)Slave模塊采用執(zhí)行器-傳感器接口（actuator-sensor interface，ASI）雙線(xiàn)模式聯(lián)入整個(gè)吊具系統(tǒng)組態(tài)[1]，吊具可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）一旦檢測(cè)出新的Slave模塊組態(tài)，將確認(rèn)旋轉(zhuǎn)吊架連接，并根據(jù)岸橋PLC的指令分析計(jì)算，然后通過(guò)Slave模塊輸出控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)吊架旋轉(zhuǎn)和平移及下方常規(guī)吊具動(dòng)作的控制。

（4）主要負(fù)責(zé)承重的岸橋起升鋼絲繩在載荷上增加旋轉(zhuǎn)吊架自重。由于旋轉(zhuǎn)吊架必須配合常規(guī)吊具使用，旋轉(zhuǎn)吊架和常規(guī)吊具的載荷只有29 t。

可見(jiàn)，在設(shè)計(jì)針對(duì)空客組件接卸的岸橋旋轉(zhuǎn)吊架和吊具優(yōu)化改造方案時(shí)，除了須考慮空客組件旋轉(zhuǎn)作業(yè)工況外，重點(diǎn)應(yīng)從吊具吊裝載荷方面入手，即只要滿(mǎn)足吊裝空客組件所需的最大載荷35 t，即可滿(mǎn)足空客組件接卸要求。

3 針對(duì)空客組件接卸的岸橋旋轉(zhuǎn)吊架及吊具優(yōu)化改造方案

3.1 優(yōu)化改造思路

在設(shè)計(jì)岸橋旋轉(zhuǎn)吊架及吊具優(yōu)化改造方案時(shí)，主要考慮增加旋轉(zhuǎn)吊架及吊具吊裝載荷能力，以便滿(mǎn)足實(shí)施空客組件90靶饕狄螅迪只蹺鎘胱ㄓ猛銑抵淶南謂印L岣叩蹙叩踝霸睪勺鈧苯擁姆椒ㄊ羌跚岬蹙吆托跫艿淖苤柿浚壞蹙呤羌苫璞福跚岬蹙咧柿康墓こ譚乘鑾夜こ塘拷洗螅殺疽材巖鑰刂?。?/p>

根據(jù)空客組件接卸工況的特點(diǎn)，空客組件的質(zhì)量和加固方式確定統(tǒng)一且吊點(diǎn)固定，與20英尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的接卸工況一致。這意味著吊具吊裝作業(yè)無(wú)須執(zhí)行伸縮和中鎖動(dòng)作，僅采用20英尺單箱作業(yè)模式即可滿(mǎn)足空客組件吊裝要求，加之吊點(diǎn)位置不高，作業(yè)人員利用工具便可夠到吊點(diǎn)位置。鑒于此，可以將吊具改裝成特殊的專(zhuān)用吊架，固定為20英尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱尺寸，開(kāi)閉鎖改為手動(dòng)操作模式，從而大大減輕吊具質(zhì)量，進(jìn)而達(dá)到減輕吊具和旋轉(zhuǎn)吊架總質(zhì)量以提高吊裝載荷的目的。

由于旋轉(zhuǎn)吊架的動(dòng)力和控制均需要常規(guī)吊具配合實(shí)現(xiàn)，在改裝吊具之后，還需要改造旋轉(zhuǎn)吊架。旋轉(zhuǎn)吊架的機(jī)構(gòu)和控制均相對(duì)簡(jiǎn)單，可考慮為旋轉(zhuǎn)吊架配置獨(dú)立的液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)和電氣控制機(jī)構(gòu)。經(jīng)過(guò)分析，該方法是可行的，而且成本較為合理，改動(dòng)最為有效，由此引發(fā)的故障點(diǎn)隨之減少，吊裝的穩(wěn)定性也有所提高。

綜上所述，岸橋旋轉(zhuǎn)吊架及吊具優(yōu)化改造主要集中在以下方面：（1）將吊具改造為簡(jiǎn)單的固定式手動(dòng)吊具，配合旋轉(zhuǎn)吊架使用;（2）改造旋轉(zhuǎn)吊架，使其可以獨(dú)立工作而不再依賴(lài)常規(guī)吊具的配合;（3）考慮整體安全性，使整體吊裝工況更加安全可靠。

3.2 吊具改造

吊具改造相對(duì)簡(jiǎn)單，除了部分鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作和試驗(yàn)[2]外，增加固定手動(dòng)旋鎖組件配合連接限位及開(kāi)閉鎖檢測(cè)限位即可?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將所有控制信號(hào)集中在旋轉(zhuǎn)吊架，再通過(guò)垂纜將其與岸橋相連接的改造模式（見(jiàn)圖3）更為合理、簡(jiǎn)單。

3.3 旋轉(zhuǎn)吊架改造

3.3.1 液壓動(dòng)力系統(tǒng)

將常規(guī)吊具的液壓動(dòng)力系統(tǒng)安裝至旋轉(zhuǎn)吊架，同時(shí)將吊具上的減壓流量控制閥組機(jī)構(gòu)移至旋轉(zhuǎn)吊架，并縮小液壓油箱。旋轉(zhuǎn)吊架上的液壓控制系統(tǒng)無(wú)須作太大改動(dòng)，僅須根據(jù)需要?jiǎng)h減旋轉(zhuǎn)吊架的平移系統(tǒng)（見(jiàn)圖4），并固定旋轉(zhuǎn)吊架伸縮平移機(jī)構(gòu)。

3.3.2 控制和通信系統(tǒng)

原旋轉(zhuǎn)吊架采用ASI雙線(xiàn)控制，其主要功能須與吊具配合完成。若對(duì)旋轉(zhuǎn)吊架的旋轉(zhuǎn)功能和安全檢測(cè)采用單一控制方式并使用ASI通信系統(tǒng)，則會(huì)造成控制冗余[3];此外，吊具PLC組態(tài)問(wèn)題容易引發(fā)故障。鑒于此，考慮到設(shè)備垂纜備芯滿(mǎn)足通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，可直接采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式，跳過(guò)吊具PLC組態(tài)[4]，使旋轉(zhuǎn)吊架直接與岸橋主PLC組態(tài)和通信。

通過(guò)固定檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)吊架通信連接情況，增加司機(jī)選擇旋轉(zhuǎn)吊架的撥鈕選擇信號(hào)，同時(shí)檢測(cè)原有常規(guī)吊具連接信號(hào)。如果岸橋主PLC檢測(cè)到旋轉(zhuǎn)吊架連接信號(hào)和司機(jī)選擇信號(hào)，而原有吊具連接信號(hào)丟失，則岸橋主PLC判斷連接旋轉(zhuǎn)吊架作業(yè);反之，若吊具PLC信號(hào)組態(tài)正常，則岸橋主PLC默認(rèn)為常規(guī)吊具作業(yè)。

旋轉(zhuǎn)吊架控制采用岸橋原有油泵控制系統(tǒng)，同時(shí)將簡(jiǎn)化改造后的吊具與旋轉(zhuǎn)吊架連接信號(hào)引入連鎖控制回路。在吊具起升控制方面，將旋轉(zhuǎn)吊架組態(tài)完成及改造后吊具的開(kāi)閉鎖信號(hào)引入控制回路。為了確保吊裝安全性，對(duì)允許輸出的起升速度進(jìn)行20%限速。將吊具上架與旋轉(zhuǎn)吊架的連接限位信號(hào)、旋轉(zhuǎn)吊架與簡(jiǎn)化吊具的開(kāi)閉鎖檢測(cè)信號(hào)、旋轉(zhuǎn)吊架的左右旋轉(zhuǎn)保護(hù)信號(hào)、旋轉(zhuǎn)吊架的連接信號(hào)、常規(guī)吊具的連接信號(hào)等全部引入控制系統(tǒng)，作為主要控制檢測(cè)點(diǎn)，以確保吊裝作業(yè)安全可靠。

4 針對(duì)空客組件接卸的岸橋旋轉(zhuǎn)吊架及吊具日常使用維護(hù)

簡(jiǎn)化改造后的吊具自重僅約4.3 t，從而成功將旋轉(zhuǎn)吊架及吊具的載荷提升至39.0 t，完全滿(mǎn)足空客組件接卸要求。不過(guò)，在岸橋旋轉(zhuǎn)吊架及吊具日常使用過(guò)程中，應(yīng)注重對(duì)旋轉(zhuǎn)吊架及吊具的完善優(yōu)化和保養(yǎng)維護(hù)。

（1）旋轉(zhuǎn)吊架在吊裝空客組件的過(guò)程中旋轉(zhuǎn)過(guò)快，在鋼絲繩撓性擾動(dòng)[5]及旋轉(zhuǎn)力矩反作用的影響下，空客組件在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)輕微晃動(dòng)。鑒于此，增加旋轉(zhuǎn)吊架減壓系統(tǒng)并調(diào)整系統(tǒng)流量，并適度調(diào)整旋轉(zhuǎn)力矩，實(shí)現(xiàn)空客組件平穩(wěn)快速旋轉(zhuǎn)。

（2）在油泵電機(jī)側(cè)加設(shè)電流實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，確保旋轉(zhuǎn)吊架及常規(guī)吊具油泵工作正常。

（3）只須更換旋轉(zhuǎn)吊架與吊具上架的連接便可實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)吊架的更換，既有利于節(jié)省更換時(shí)間和提高空客組件接卸作業(yè)效率，又能提高設(shè)備的穩(wěn)定性。由于旋轉(zhuǎn)吊架凈空高度較高，更換旋轉(zhuǎn)吊架時(shí)需要人員高空作業(yè)。鑒于此，在旋轉(zhuǎn)吊架上安裝固定式維修平臺(tái)，既便于日常維修保養(yǎng)，又能保障作業(yè)人員安全。

（4）制作手動(dòng)操作吊具開(kāi)閉鎖機(jī)構(gòu)的專(zhuān)用扶梯，避免操作中碰撞貨物，實(shí)現(xiàn)快速有效地完成開(kāi)閉鎖操作。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著空客組件接卸作業(yè)量的增加以及集裝箱碼頭自動(dòng)化和工業(yè)智能化的推進(jìn)，接卸空客組件的岸橋設(shè)備在很多方面將不斷優(yōu)化和完善，其中包括遠(yuǎn)程近距離無(wú)線(xiàn)操控開(kāi)閉鎖、遠(yuǎn)程近距離操作旋轉(zhuǎn)吊架等。未來(lái)，在線(xiàn)無(wú)人實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)將隨著智能化的推進(jìn)而不斷發(fā)展，這對(duì)設(shè)備使用和維護(hù)技術(shù)人員提出新的挑戰(zhàn)。此外，隨著“一帶一路”的發(fā)展推進(jìn)，船舶大型化及航運(yùn)貨類(lèi)多樣化趨勢(shì)日益明顯，這對(duì)集裝箱碼頭接卸工藝及設(shè)備提出更高要求?？偠灾?，未來(lái)時(shí)代和技術(shù)的發(fā)展將給集裝箱碼頭作業(yè)工藝及設(shè)備帶來(lái)巨大革新。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳一雷. ASI總線(xiàn)的研究和系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 清華大學(xué)，2002.

[2] 李方慧，田春竹. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程實(shí)踐教學(xué)方法探討[J]. 高等建筑教育，2011，20（1）：135-137.

[3] 王彥廣. 控制冗余圖象數(shù)據(jù)的EQT方法[J]. 中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)，1987（6）：23-31.

[4] 劉善增. PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)[J]. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2004（7）：37-39.

[5] 馬軍，葛世榮，張德坤. 鋼絲繩股內(nèi)鋼絲的載荷分布[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2009，45（4）：259-264.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2019-12-15）