現(xiàn)代港口裝卸新技術

1、新技術在現(xiàn)代港口裝卸機械上的運用 摘要：港口不僅是陸運和海運的交接點 , 也是影響和帶動經(jīng)濟開展的國際運輸鏈 是世界貿(mào)易的重要組成局部。 它是由水上設施和陸上設施構(gòu)成的運輸綜合體， 供 船舶停靠、 貨物裝卸、旅客上下。 港口不僅在貨物及旅客的輸送過程中對加快車 船周轉(zhuǎn)，提高運輸效率和降低運輸本錢起重要作用， 它還對推動港口城市的開展 發(fā)揮積極作用， 是國家對外開放的重要門戶。 隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定增長 和全球經(jīng)濟一體化格局的形成 , 這將會給港口物資流通帶來大的開展 , 同時也 將對現(xiàn)代港口裝卸機械提出新的要求。 運用現(xiàn)代科技 , 采用新技術、新工藝 , 實 現(xiàn)港口裝卸機械的現(xiàn)代化 ,

2、已成為港口行業(yè)適應物流開展的必然趨勢。 關鍵字 ： 現(xiàn)代港口 起重機 新技術運用本文我主要將通過兩方面的內(nèi)容來論述新技術在現(xiàn)代港口上的應用。首先在 文章的第一局部我將論述起重機的開展趨勢， 在文章的第二局部我將就我所知道 的一些運用在現(xiàn)代港口的新技術做一個闡述。一、現(xiàn)代港口的開展趨勢介紹 我主要將從五個方面來談一下現(xiàn)代港口的開展趨勢：高效化、智能化、大型化、 能源節(jié)約化和設計現(xiàn)代化。1、高效化 隨著人們對起重機的要求越來越高，為了滿足實際生產(chǎn)實際的需要，我們必 須研制出高效率、 高速度、 高載荷的起重運輸機械。 目前國外港口礦石卸船效率 達 6000t/h 、煤炭卸船達 5600t/h. 這說

3、明我們對高效的作業(yè)得到了我們的重視。起重機提高效率的一個重要途徑就是提高工作機構(gòu)的速度，這樣可以減少工 作循環(huán)時間，當然增加循環(huán)次數(shù)或者在保持每小時一定的工作循環(huán)次數(shù)情況下， 同樣可以增加起重機械效率； 另外一個方法就是增加每次作業(yè)的起重量。 自動化 同樣也可以大幅提高起重機的工作效率。 所以我們在進行這一目標的設計時， 必 須充分考慮它們之間的關系，衡量各方面的權重，從而做出最后的優(yōu)化設計。2、智能化智能化和自動化是現(xiàn)代起重機向更高階段開展的必然結(jié)果， 是現(xiàn)代智能高科技 在港口起重機械中應用的表達。 智能化和自動化的開展不僅大幅提高了起重機械 的工作效率， 同時為起重機平安可靠的工作提供了有

4、效的保障。 在智能化中， 主 要包括四方面的內(nèi)容：a) 工作機構(gòu)的智能控制b) 故障信息實時監(jiān)測c) 金屬結(jié)構(gòu)智能監(jiān)控d) 平安裝置智能保護3、大型化隨著集裝箱運輸及大型機械設備運輸市場的不斷擴大 , 要求港口配置大型 的裝卸機械。規(guī)模龐大的新型、 高效岸邊集裝箱起重機在對一些特殊的集裝箱船 作業(yè)中的成功應用 , 以及在大型橋式抓斗卸船機 , 大型連續(xù)式散貨卸船機在大 型海港碼頭的應用 , 讓我們看到了未來港口的大型化、 高效化的開展趨勢。 二十 一世紀是面向海洋的時代， 大量的海洋工程施工要求超乎尋常的大型海洋起重裝 備，目前上海振華重工制造了起重量 7500t 的全回轉(zhuǎn)浮式起重機，為韓國三

5、星制 造的起重量 8000t 的起重船已交付使用， 12000t 的起重船也正在開發(fā)之中。 隨著 海洋開發(fā)的不斷需求，將會有更多更大型的起重設備相繼誕生。4、能源節(jié)約化 能量的合理利用關系到國家經(jīng)濟能否持速開展，設備的排放嚴重影響環(huán)境的 保護。起重機作為一種典型的位能性負載機械， 工作過程中能量的消耗和釋放特 點非常突出，最具能量回收價值，其節(jié)能的意義重大而深遠。能源節(jié)約化主要包括兩方面的內(nèi)容：a) 能量的回收b) 起重機能源的代替5、設計現(xiàn)代化現(xiàn)代設計方法的應用不僅大大提高了設計速度， 同時也大大提高了設計質(zhì)量。 要拋棄以前沒有效率、設計復雜的設計方法。實現(xiàn)設計現(xiàn)代化、設計最優(yōu)化，從 而實現(xiàn)

6、最大的經(jīng)濟效益。、一些新技術的利用要實現(xiàn)港口起重機械的很好開展，適應社會的開展需要，我們必須應用一些 先進的科學新技術。下面我將就這方面談談我自己的看法。1、CA技術在現(xiàn)代港口領域的應用和展望CAE Computer Aidded Engineering, 電腦輔助工程 技術是電腦技術和工 程分析技術相結(jié)合形成的新興技術 , 它的理論根底是有限元法和數(shù)值分析方法。 有限元法的根本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個、 且按一定方式相互 連結(jié)在一起的單元的組合體。 由于單元本身又可以有不同形狀 , 因此可以模擬幾 何形狀復雜的求解域。 數(shù)值分析方法是研究適合于在電腦上使用的實際可行、 理 論可

7、靠、計算復雜性好的數(shù)值計算方法 , 近40 年來, 數(shù)值分析迅速開展并成為 數(shù)學科學中的一個獨立學科。CAE 技術主要是用電腦對工程或產(chǎn)品進行性能與平安可靠性分析 , 對其未來 的工作狀態(tài)和運行行為進行模擬 , 及早發(fā)現(xiàn)設計缺陷 , 并證實工程或產(chǎn)品未來 性能的可用性與可靠性。2000 年后, CAE 技術在港口機械領域也得到廣泛應用。 CAE 技術在港口機械 領域的應用價值在于從產(chǎn)品設計初期 , 即圖紙設計階段通過建立根本的電腦分 析模型 , 對所設計的產(chǎn)品進行強度、 剛度、疲勞壽命分析及運動學、 動力學仿真 , 選用合理型材、板厚以及確定結(jié)構(gòu)布置方案 , 防止出現(xiàn)缺陷或干預 , 從而有效提

8、 高產(chǎn)品設計的可靠性 , 縮短設計周期 , 節(jié)約樣機制造本錢。CA技術在現(xiàn)代港口領域的應用范圍，重點介紹下面幾方面的一些內(nèi)容：1 靜態(tài)強度剛度計算靜態(tài)強度剛度計算是CAE技術在港口機械領域的主要應用,也是CA軟件計 算的主要內(nèi)容。?起重機設計標準? GB3811 、?船舶與海上設施起重設備標 準?中國船級社、?歐洲起重機設計標準?以及DIN德國、BS英 國 、JIS 日本 等許多國家的起重機設計標準都對起重機在不同載荷組合下 的強度有明確要求，所以利用CA技術對強度的分析有重要意義。2 運動仿真模擬運動部件的動作過程 , 給出該部件的力、位移 - 時間曲線 , 從而確定最 正確角度或行程 ,

9、例如正面吊運機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)最正確偏角確實定。我們利用的主要 軟件為 Adams。3動態(tài)計算和疲勞壽命計算動態(tài)計算是為了掌握結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性，求出結(jié)構(gòu)的各階頻率及振型；大多 數(shù)有限元分析類軟件也具有靜態(tài)分析和動態(tài)分析的功能。影響構(gòu)件疲勞的因素很 多，目前疲勞壽命計算的理論根底主要是雨流計數(shù)法和線性累計損傷理論，雖然沒有統(tǒng)一權威的算法，但起重機械的各類標準都對金屬結(jié)構(gòu)的疲勞壽命給出了 大致算法,主要軟件有Ansys公司的Fe- safe 軟件和MSC公司的Fatigue軟件。4瞬態(tài)分析、接觸問題和非線性問題5碰撞問題下面我將就一些圖例來展示這一技術在設計過程中的運用。圖2 35t門機起重機應力云圖Ni圖

10、3正面吊運機油箱滿載工況下變形云圖圖1集裝箱橋式起重機有限元模型通過這些技術的運用， 對我們實現(xiàn)理想的設計具有很重要的意義和啟發(fā)。 CAD 與CA技術的無縫集成是這一技術的另外一個開展空間。2、電子技術與機械技術的結(jié)合起重機的更新和開展， 在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。 將機械 技術和電子技術相結(jié)合，將先進的電腦技術、微電子技術、電力電子技術、光纜 技術、液壓技術、 模糊控制技術應用到機械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)， 從而實現(xiàn)起重機 的自動化和智能化。 大型高效起重機新一代電氣控制裝置已開展為全電子數(shù)字化 控制系統(tǒng)。 它主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動裝置、 可編程序控制器、 故障診斷及數(shù)據(jù) 管理系統(tǒng)、

11、數(shù)字化操縱給定檢測等設備組成。變壓變頻調(diào)速、射頻數(shù)據(jù)通訊、故 障自診監(jiān)控、吊具防搖的模糊控制、激光查找起吊物重心、 近場感應防碰撞技術、 現(xiàn)場總線、載波通訊及控制、無接觸供電及三維條形碼技術等將廣泛得到應用， 從而使起重機具有更高的柔性， 以適合多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式， 提高單機 綜合自動化水平。 重點開發(fā)以微處理機為核心的高性能電氣傳動裝置， 使起重機 具有優(yōu)良的調(diào)速和靜動特性， 可進行操作的自動控制、 自動顯示與記錄， 起重機 運行的自動保護與自動檢測， 特殊場合的遠距離遙控等， 以適應自動化生產(chǎn)的需 要。例如德國采用激光裝置查找起吊物的重心位置， 在取物裝置上裝有超聲波傳 感器引導取

12、物裝置自動抓取貨物，吊具自動防搖系統(tǒng)能在運行速度 200m/min, 加速度情況下很快使起吊物搖擺振幅減至幾個毫米。 起重機可通過磁場變換器或 激光到達高精度定位。 起重機上安裝近場感應系統(tǒng)， 可防止起重機之間的互相碰 撞。起重機上還安裝了微機自診斷監(jiān)控系統(tǒng)， 該系統(tǒng)能提供大局部常規(guī)維護檢查 內(nèi)容，如齒輪箱油溫、油位，車輪軸承溫度，起重機的載荷、應力和振動情況， 制動器摩擦襯片的壽命及溫度狀況等。重點介紹一下PLC技術。PLC全稱為可編程邏輯控制器,其在現(xiàn)今的起重機械 中普遍的應用，從而使得機械自動化的水平到達較高水平。PLC在傳統(tǒng)順序控制基 礎上引入電腦技術、 微電子技術 , 并實現(xiàn)順序控制

13、、 執(zhí)行邏輯等功能 , 且建立柔性 程控系統(tǒng)。目前,PLC已經(jīng)成為起重機的設計領域的重要的控制系統(tǒng)。因為 PLC空 制起來比擬靈活 ,并且功能強大 ,因此該設計方案較易操作 ,且結(jié)構(gòu)緊湊,大大提 高控制系統(tǒng)的可靠性及精度。在起重機領域中,PLC的使用主要分以下幾類：運動、 過程以及開關量邏輯控制。PL可以用于控制直線運動或者圓周運動，一般采用專 用運動控制的模塊。起重機在使用中 , 有些例如溫度、流量、速度、壓力及液位 等連續(xù)變化的模擬量。PLC會采用相應A/D與D/A轉(zhuǎn)換模塊以及各種控制算法的程 序來處理這些模擬量，以完成閉環(huán)的控制。在開關量邏輯控制上,PLC取代了傳統(tǒng) 繼電器電路 , 實現(xiàn)

14、了順序控制邏與輯控制 , 這樣既可以控制單臺設備 , 也可以多機 群控。這對實現(xiàn)起重機的高效化、智能化、大型化的開展趨勢提供了很有利的一個 平臺。3、新材料、新工藝技術的應用減輕機器的自重， 實現(xiàn)起重機械的輕柔化、 減小起重機振動、 人機工程學的 應用都得依賴于新材料技術的應用。結(jié)構(gòu)方面采用薄壁型材料和異形鋼、 減少結(jié)構(gòu)的拼接焊縫， 提高抗疲勞性能。 采用各種啟強度低合金鋼新材料， 提高承載能力， 改善受力條件， 減輕自重和增 加外形美觀。 橋式起重機的橋架結(jié)構(gòu)型式大多采用箱形四梁結(jié)構(gòu)， 主梁與端梁采 用高強度螺栓聯(lián)接，便于運輸與安裝。在機構(gòu)方面進一步開發(fā)新型傳動零部件， 簡化機構(gòu)。 三合一運

15、行機構(gòu)是當今世界輕、 中級起重機運行機構(gòu)的主流， 將電動 機、減速器和制動器合為一體， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、 輕巧美觀、拆裝方便、調(diào)整簡單、 運行平穩(wěn)、 配套范圍大等優(yōu)點， 國外已廣泛應用到各種起重機運行機構(gòu)上。 為使 中小噸位的起重小車結(jié)構(gòu)盡量簡化， 同時降低起童機的尺寸高度， 減少輪壓， 國 外已大量采用電動葫蘆作為起升機構(gòu)。 為了減輕自重， 提高承載能力， 改善加工 制造條件，增加產(chǎn)品成品率，零部件盡量采用以焊代鑄，如減速器殼體、卷簡、 滑輪等都用焊接結(jié)構(gòu)。減速器齒輪都采用齒面，以減輕自重、減小體積、提高承 載能力、增加使用壽命。液壓推桿盤式制動器的應用范圍也越來越大。此外，各 機構(gòu)采用的電動

16、機都向高轉(zhuǎn)速開展， 從而減小電機基座號， 減輕重量與減小外形 尺寸，并可配用制動力矩小的制動器。4、現(xiàn)代設計方法的應用數(shù)字化設計是現(xiàn)代設計的必然開展方向， 其全部的設計工作將會在一定的設 計平臺上進行，它將方案設計、 機構(gòu)設計、結(jié)構(gòu)設計、電氣設計、輔助機構(gòu)設計、 機構(gòu)計算、結(jié)構(gòu)分析、三維建模、工程圖形生成、裝配分析、設計修改等多種設計工作集成于一體，最后通過直接與加工設備通信，實現(xiàn)數(shù)字化制造5、其它技術的運用比方雙機構(gòu)行星差動機構(gòu)傳動IIk%圖4雙機構(gòu)行星差動起升機構(gòu)聯(lián)系圖雙機構(gòu)行星差動機構(gòu)傳動由兩臺電機通過行星差動機構(gòu) 行星減速器驅(qū)動 兩套卷筒，當一臺電機發(fā)生故障時，安裝在該軸線上的工作制動

17、器制動，另一 臺電動機通過行星差動機構(gòu)以1/ 2額定速度起升，由于采用了行星機構(gòu)，不會 產(chǎn)生過載，可以長時間連續(xù)工作，這對工作繁忙的煉鋼車間至關重要。在兩卷筒 上各裝有液壓事故制動器，在事故狀態(tài)下，在斷齒、斷軸、聯(lián)軸器損壞導致鋼水 罐下落時裝在卷筒軸及電動機軸上的脈沖編碼器發(fā)出超速信號，液壓系統(tǒng)控制 緊急制動器制動，可防止惡性事故發(fā)生。當然我們對于這一方面的創(chuàng)新遠遠不止如此。比方在橋式抓斗起重機上我們 使用的小車運行方式上的創(chuàng)新，比方小車運行方式選擇四卷筒牽引。在岸橋設計 中，我們?yōu)榱朔罁u采取的一些技術：翹翹梁防搖、別離式小車防搖、電子防搖裝 置等。這對我們起重機的開展都具有深遠的意義。6節(jié)能

18、新技術的應用港口大型起重設備機械動作過程通常是在帶載工況下， 完成幾十米的垂直位 移變化，導致的位能變化形成的再生能量相當大。 因此港口大型設備是一類具有 較大節(jié)能潛力的機械。在起重機的應用中，我們采用較多的變頻裝置采用不控整流模式。 當能量由 電機側(cè)回饋至母線時，傳統(tǒng)方法是采用通過內(nèi)置或外加制動單元將再生能量消耗 在電阻器上，因而造成巨大的能源浪費。也有采用半控型器件晶閘管進行有源逆變，實現(xiàn)能量的再生利用AFE是通過一個主動的active丨面向電網(wǎng)角度的矢量控制，以確保最正確 的電能供應。它將三相交流電源整流變成可調(diào)直流電壓，在回饋環(huán)節(jié)，對這個直流電壓的調(diào)節(jié)又給三相交流電源側(cè)疊加一個快速矢量控制。這個矢量控制發(fā)送給電網(wǎng)一個近似正弦波的電流，這類似于1臺電壓型的變頻器。因而，在附加電網(wǎng) 凈化濾波器的幫助下，電網(wǎng)僅保持一個很小的擾動。基于以上控制，矢量控制可 調(diào)節(jié)功率因數(shù)cos©，因而也能補償無功功率。據(jù)以上分析，當港口起重機 采用AFE裝置，能將一般起重機平時損耗的能量回饋至電網(wǎng)，而且能將電網(wǎng)功率 因數(shù)調(diào)節(jié)到近似為1,供電到達近似純電阻性負載。實際使用時，可觀察到使用 AFE后節(jié)電效果明顯，