橋式抓斗卸船機(jī)在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障預(yù)警研究

王伯鴻， 王定華

（杭州華新機(jī)電工程有限公司， 浙江 杭州 310030）

引言

現(xiàn)階段在港口散料接卸過(guò)程中，最不可缺少的機(jī)械設(shè)備之一就是橋式抓斗卸船機(jī)，該設(shè)備主要使用傳統(tǒng)的抓斗開(kāi)閉的方式，并配合設(shè)備升降模式開(kāi)展卸船作業(yè)。由于抓斗卸船機(jī)在工作的過(guò)程中，對(duì)船舶與貨物具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠有效避免水浪的不良影響，同時(shí)還具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，對(duì)整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)有著非常重要的作用。為了能夠有效避免卸船機(jī)在工作中產(chǎn)生的故障，就必須要加大故障預(yù)測(cè)力度，創(chuàng)新預(yù)測(cè)方法，從而讓預(yù)警研究變得更加有理論指導(dǎo)性，有效降低事故發(fā)生率。

1 橋式抓斗卸船機(jī)產(chǎn)生故障的原因

當(dāng)橋式抓斗卸船機(jī)在正常工作過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些故障，這些故障如果按照不同性質(zhì)進(jìn)行分析，可以將其分為關(guān)聯(lián)故障與非關(guān)聯(lián)故障[1]。對(duì)于關(guān)聯(lián)故障來(lái)說(shuō)，主要指的是橋式抓斗卸船機(jī)在相關(guān)的規(guī)定條件下進(jìn)行運(yùn)作，由于自身所存在的固有缺陷性，進(jìn)而引起的故障，這類(lèi)故障主要包含工作速度、起升高度、噪聲等內(nèi)容。通常情況下，如果橋式抓斗卸船機(jī)金屬結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的承載能力故障，主要原因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)件出現(xiàn)裂紋、主梁下繞、振動(dòng)過(guò)大、發(fā)生塑性變形等問(wèn)題；如果橋式抓斗卸船機(jī)各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈上零部件引起機(jī)械設(shè)備運(yùn)行故障，其原因可能為失效、斷裂、磨損等問(wèn)題；如果是電氣設(shè)備不正常運(yùn)行做造成的停車(chē)故障，那么很有可能是因?yàn)殡姍C(jī)損壞、控制元件失靈、操縱失控等原因所致。對(duì)于非關(guān)聯(lián)故障來(lái)說(shuō)，主要指的是在維修過(guò)程中出現(xiàn)不恰當(dāng)、誤用或者因?yàn)橐恍┩饨绮涣家蛩厮斐傻墓收稀?/p>

對(duì)于橋式抓斗卸船機(jī)的故障模式來(lái)說(shuō)，具有復(fù)雜多樣的特點(diǎn)，并且不同故障之間的差別也比較大，通過(guò)對(duì)一些現(xiàn)場(chǎng)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析與研究，總結(jié)了卸船機(jī)主要故障類(lèi)型主要有五種，即主梁故障、軌道故障、減速器故障、電機(jī)故障與制動(dòng)器故障，這些故障的發(fā)生從側(cè)面也反映出了卸船機(jī)的機(jī)械狀態(tài)，并且每一種故障所產(chǎn)生的原因也存在較大的差異性[2]。

2 橋式抓斗卸船機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)研究

2.1 整機(jī)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

該檢測(cè)方案主要目的是橋式抓斗卸船機(jī)在運(yùn)作的過(guò)程中，能夠?qū)ζ溥\(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面的監(jiān)控。通過(guò)對(duì)狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)所提供的時(shí)間與運(yùn)行速度進(jìn)行科學(xué)分析，選用了37 個(gè)最能代表卸船機(jī)設(shè)備狀態(tài)的檢測(cè)參量，并將這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)按照位置的不同分成了五組，具體為：第一組主要用來(lái)監(jiān)測(cè)小車(chē)運(yùn)行系統(tǒng)；第二組主要用來(lái)檢測(cè)設(shè)備變幅系統(tǒng)；第三組用來(lái)檢測(cè)大車(chē)運(yùn)行系統(tǒng)；第四組用來(lái)檢測(cè)大梁和門(mén)架等振動(dòng)情況；第五組用來(lái)檢測(cè)金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力[3]。

2.2 小車(chē)系統(tǒng)定期狀態(tài)監(jiān)測(cè)

該檢測(cè)方案主要是通過(guò)橋式抓斗卸船機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，來(lái)對(duì)小車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行定期檢測(cè)。按照小車(chē)和系統(tǒng)所運(yùn)行的特點(diǎn)不同，可以將其分為四種工作工況。

2.2.1 抓斗空載下降工況

該工作工況主要是利用開(kāi)閉鋼絲繩的方式，讓抓斗處于放松的狀態(tài)下進(jìn)行敞開(kāi)，通常情況下，抓斗最大可以向外延伸至36 m，軌上的高度可以高達(dá)27 m，在這一過(guò)程中，抓斗自身所承受的拉力都來(lái)自于升降鋼絲繩，當(dāng)升降鋼絲繩與開(kāi)閉鋼絲繩被勻速釋放后，抓斗將會(huì)自然地進(jìn)行敞開(kāi)，并緩慢地進(jìn)行降落，一直下降到船舶的貨攤上面。

2.2.2 空斗取貨工況

當(dāng)空斗處于一種敞開(kāi)狀態(tài)下落到貨物上時(shí)，需要將升降鋼絲繩放松一小節(jié)，其目的是讓升降鋼絲繩進(jìn)入微松狀態(tài)，當(dāng)空斗受自身重力影響，下顎齒將會(huì)直接插入貨物中，這個(gè)時(shí)候要讓升降鋼絲繩保持不運(yùn)作，將開(kāi)閉鋼絲繩進(jìn)行收縮，以此來(lái)完成閉合抓斗抓取物料的工作。

2.2.3 滿(mǎn)斗回升工況

當(dāng)下顎齒要發(fā)生閉合，這時(shí)需要開(kāi)啟升降鋼絲繩與開(kāi)閉鋼絲繩，讓兩者一起進(jìn)行收縮，這樣能夠讓抓斗在緊閉狀態(tài)下得到有效回升。如果滿(mǎn)斗是在離開(kāi)貨物的前期，抓斗自身所承擔(dān)的重量由開(kāi)閉鋼絲繩承受，在此基礎(chǔ)上，隨著滿(mǎn)載抓斗的繼續(xù)上升過(guò)程，再逐漸形成升降、開(kāi)閉鋼絲繩的均衡負(fù)載。當(dāng)小車(chē)往回收縮時(shí)，需要同時(shí)把抓斗進(jìn)行升起，以此來(lái)有效確保抓斗曲線(xiàn)提升過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)抓斗搖擺的情況。

2.2.4 開(kāi)斗卸貨工況

當(dāng)橋式抓斗卸船機(jī)與卸料口的位置比較接近時(shí)，小車(chē)系統(tǒng)需要緊急制動(dòng)，此時(shí)盡可能地去使用抓斗慣性來(lái)進(jìn)行拋料。如果滿(mǎn)斗處于卸料口的上方，則需要快速松開(kāi)開(kāi)閉鋼絲繩。通常情況下，這時(shí)的抓斗重量需要由升降鋼絲繩來(lái)承擔(dān)，抓斗通過(guò)貨物重力的不斷驅(qū)使下，會(huì)自動(dòng)把滿(mǎn)斗敞開(kāi)，然后把散貨拋落到卸料口。

通過(guò)定期檢測(cè)按照以上四種工況對(duì)小車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，將獲取到的檢測(cè)數(shù)據(jù)做出特征提煉，可以獲取到9 個(gè)卸船機(jī)設(shè)備狀態(tài)的特征參量，這9 個(gè)特征參量分別是振動(dòng)速度的方根幅值、均方根值、偏態(tài)指標(biāo)、方差指標(biāo)、峭峰指標(biāo)、波度指標(biāo)、峰值指標(biāo)、脈動(dòng)指標(biāo)、裕度指標(biāo)。此外，在卸船機(jī)小車(chē)系統(tǒng)主要位置處，選用了23 個(gè)最能代表卸船機(jī)設(shè)備狀態(tài)的傳感測(cè)點(diǎn)，這些傳感測(cè)點(diǎn)按照檢測(cè)點(diǎn)為主的不同分成了三組，具體為：第一組主要用來(lái)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器的振動(dòng)；第二組主要用來(lái)檢測(cè)金屬結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中大梁、小門(mén)架及軌道上的振動(dòng)與沖擊；第三組主要用來(lái)檢測(cè)大梁、小門(mén)架等金屬結(jié)構(gòu)的受力情況。

3 橋式抓斗卸船機(jī)故障預(yù)警研究

通過(guò)對(duì)橋式抓斗卸船機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究，開(kāi)發(fā)橋式抓斗卸船機(jī)故障預(yù)警系統(tǒng)可以分成四個(gè)模塊，即預(yù)警分析、數(shù)據(jù)庫(kù)、預(yù)警評(píng)價(jià)與發(fā)布、預(yù)控及響應(yīng)。

3.1 預(yù)警分析

對(duì)于預(yù)警分析模塊來(lái)說(shuō)，在抓斗卸船機(jī)故障預(yù)警系統(tǒng)中，是最關(guān)鍵的一個(gè)模塊[4]。其主要是根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與以往的故障數(shù)據(jù)庫(kù)，采用科學(xué)有效的預(yù)測(cè)方法，來(lái)對(duì)卸船機(jī)即將要發(fā)生的一些故障進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，進(jìn)而更好地做出合理的預(yù)判。此外，再結(jié)合人力、物力以及經(jīng)濟(jì)實(shí)力，進(jìn)而制定一套完整的解決方案，預(yù)警分析模塊的高效運(yùn)行，在很大程度上保障了整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)

對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)模塊而言，是抓斗卸船機(jī)故障預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)。其主要為檢測(cè)系統(tǒng)中的硬件部分，在抓斗卸船機(jī)系統(tǒng)中，通過(guò)一些傳感器、應(yīng)力片及儀表設(shè)備等硬件設(shè)備，來(lái)有效收集卸船機(jī)中所包含的基本信息、運(yùn)行信息以及故障信息等內(nèi)容。同時(shí)，將所獲取到的檢測(cè)數(shù)據(jù)利用無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)姆绞剑行?chǔ)存到硬盤(pán)中[5]。

3.3 預(yù)警評(píng)價(jià)與發(fā)布

通過(guò)預(yù)警評(píng)價(jià)與發(fā)布模塊在抓斗卸船機(jī)故障預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠更好地將故障信息進(jìn)行定量化與條理化，也能夠更加有利于及時(shí)去發(fā)布相關(guān)信息。使用該模塊除了能幫助工作人員及時(shí)地對(duì)即將發(fā)生的故障進(jìn)行分級(jí)，還能夠快速且準(zhǔn)確地發(fā)出警告，以引起工作人員注意，及時(shí)確認(rèn)并排除故障。

3.4 預(yù)控及響應(yīng)

預(yù)控及響應(yīng)模塊主要指的是根據(jù)卸船機(jī)即將發(fā)生故障的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)狀況，所采取的一些有效處理措施，或者是應(yīng)急預(yù)案。使用該模塊在抓斗卸船機(jī)故障預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用，能有效避免故障發(fā)生，盡可能地減少一些不必要的經(jīng)濟(jì)損失與不良影響。此外，在預(yù)控及響應(yīng)模塊中，還需要結(jié)合預(yù)警的級(jí)別與內(nèi)容，快速完成卸船機(jī)故障處理準(zhǔn)備，讓卸船機(jī)系統(tǒng)得以正常運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，隨著橋式抓斗卸船機(jī)的廣泛使用，在一定程度上促進(jìn)了狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)的設(shè)備故障預(yù)警發(fā)展與應(yīng)用，這對(duì)于卸船機(jī)運(yùn)作的安全、可靠性都有著較大的幫助。本文主要以橋式抓斗卸船產(chǎn)生故障的原因作為研究背景，研究了狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及卸船機(jī)故障預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)于有效降低卸船機(jī)故障發(fā)生率有重要意義。