（浙江浙能台州第二发电有限责任公司 317109）
摘要：抓斗卸船机因其受海洋条件限制小、技术成熟等优点在世界散货拆卸占据主导地位，应用于多种行业其中桥式抓斗卸船机应用最为广泛。随着国际散货运输业的迅速发展，卸船机效率需求提高，通过提升起升速度高度、缩短周期、改进设备等方式，数百台更高效卸船机投入使用，抓斗系统也随着卸船机技术的提高逐渐有钢丝绳牵引小车式替换了自行小车式。为满足现代化作业的需求，提高操作条件、实现自动控制是装卸机未来的趋势。
关键词：港口卸船机；运行轨迹；优化方式
引言
港口抓斗式卸船机是港口装卸作业的主要起重设备。为了适应装载量不断增加的趋势，提高港口劳动生产效率，同时，减轻港口工人劳动强度，应用新技术进行技术改造势在必行。抓斗卸船机是运输系统的主要设备之一，主要应用在各类码头场所。 同连续卸船机比较，抓斗卸船机虽然环境污染相对严重、整机质量大以及效率相对比较低，但是它的运营成本相对较低、物料和船舶的适应性好、船舶颠簸对其影响较小。 越来越多的散货船舶日趋大型化，抓斗周期要求越来越严格精确，对卸船机的性能、结构提出了更高的要求。
一、抓斗卸船机的基本构成及其工作原理
抓斗卸船机是由前后大梁、前后门架、前后水平桁架、前后拉杆、小门架、斜撑杆、侧桁架、机台、料斗及支架等金属结构以及起升、开闭、小车运行机构（三者合而为一，简称为四卷筒机构）、变幅机构、大车运行机构等机构以及抓斗和料斗接料系统、水喷雾防尘系统、电气系统等系统和移动式司机室、检修设施以及防爬器、锚定、系缆、保险钩、限位装置等安全辅助设施等部件组成。抓斗卸船机的工作原理为利用钢丝绳的闭合运动，采用四绳双颚板抓斗，开启钢丝绳，从船舱中挖掘物料后，闭合钢丝绳，提起后跟随小车前进，再开启钢丝绳，松开抓斗，把物料卸载到安装在门架上的料斗里，由此完成抓斗卸船机的工作，而后物料通过料斗下部的给料系统，被送到港口码头上面的皮带输送机上。
二、参数的改变影响抓斗运行的轨迹
要想对卸船机抓斗的运动轨迹进行优化，必须着眼于对卸船机的生产率的提高，这就需要我们对小车运行的速度以及钢丝绳提升的速度进行优化。为了找到不同的参数对卸船机抓斗运动轨迹的影响，我们需要采取控制变量法。因此，如果我们要研究小车运行的速度对运行轨迹的影响，就要控制其他的参数不变。按照这样的方法，我们会分析速度、加速度以及钢丝绳提升的速度、加速度等因素。一个卸船机的抓斗工作是否可以顺利稳定的进行，关键就是要研究抓斗的消摆问题。因此，我们在改变其中一个参数时，需要观察钢丝绳发生摆动的情况，这样就可以了解参数的改变会怎样影响抓斗的运行轨迹的。为了更好的进行比较，我们制作了一个小车的额定运动参数表，参与比较了小车起动（抓斗出舱）和止摆控制两个阶段的运动的速度。
表1 小车的额定运动参数表
根据表格，我们可以的到在[0，10]s 的时间段内的钢丝绳及小车的变动状态，钢丝绳的重心以及小车的重心。
三、卸船机抓斗运行轨迹的优化
（一）模糊控制器设计
在抓斗抓料闭和后，通过传感器定位或是人工凭观察输入的方式，可以确定抓斗的出舱点即A点的位置，也即抓斗距离A点的水平距离和垂直距离。所谓安全出舱是指抓斗安全越过A点而没有与舱壁发生碰撞。一般情况下，为了达到安全出舱的目的，司机会让小车先不启动，使抓斗先以一个稳定的起升速度匀速起升至A点以上，再启动小车横行越过A点。很明显，这个运行过程不是最优的。在本论文当中采用的控制思路是：抓斗抓料闭合后，以一定的加速度提升，同时，小车以一定的加速度启动。这样做的目的是缩短第一阶段的运行时间，优化卸船机在第一阶段的运行。这里要解决的关键问题是：抓斗和小车的加速度的确定，一定要保证抓斗安全出舱。随着抓斗抓取点的变化，抓斗和小车运行至A点的距离是在不断变化的。当抓斗的提升高度远大于小车的横行距离时，如果仅仅让小车以最大速度启动，非但不能起到提高运行速度的目的，反而会使抓斗因提升高度不够而与船舱发生碰撞。因此，抓斗和小车的运行速度之间还必须进行一定的约束，使他们相互匹配。
（二）抓斗卸船机支撑结构优化
抓斗卸船机典型结构中，机房底架通过螺栓，分别与卸船机主结构支架的H形梁和陆侧上横梁相连接，从而支撑起来的，H形梁和陆侧上横梁的这种连接方式使得其辅助支撑增多，使得抓斗卸船机的质量增大，同时由于过度固定的超静定，螺栓在设计时，考虑位置、力等因素，情况复杂。而且在卸船机使用初期时，需要经常检查各个螺栓的使用、失效情况，防止螺栓松动、剪断，过多的螺栓导致工作繁琐。由于抓斗卸船机经常在海上托运，所以必须考虑海上浪潮、风暴等极端工况下的情况。此时情况就会更加复杂，螺栓在考虑3个方向的加速度惯性力的共同作用下，为确保螺栓的安全系数，尽量选择大尺寸的螺栓，而这既不经济，情况改观不大。所以选择优化结构运用铰接形式，第一，利用主铰轴把机房底架和陆侧上横梁连一起，第二，利用楔块把主铰轴和陆侧上横梁在大车方向固定，第三，在机房底架海陆侧增加连接撑杆与后大梁连接。这样的优化设计会使机房底架的受力数量减小非常明确，同时由于该种支撑结构取消了辅助支撑，结构质量大大减轻。
（三）智能化抓斗卸船机的抓料点连续自动定位算法
首先我们要有一个已经实现全自动化抓斗卸船机的前提，那在这个前提下其最大的困难应当就是抓料点的连续自动地位算法。想实现全自动并且具有较高准确性的连续自动定位抓料点必须通过三维成像技术利用激光进行全区域的散货扫描。但是这却是不切实际的，因为不可能每次抓料都能去进行这种耗时很长的三维成像技术的激光扫描，因此如何在不用全区域扫描的情况下进行精准的抓料点连续自动定位就成为了一个技术难题。为了提高效率和节省时间没有人会采用每次抓料都需要全区域扫描的智能化抓斗卸船机技术。因此如果想要这种技术普及就必须先解决抓料定位问题。对于这个问题最好的解决方法就是在抓料的过程中进行局部位置数据的重新建设，即在重新进行全区域扫描的前提下对于每一个被抓斗取料完成的区域进行一次局部数据重建，然后再将这些数据直接更新到原有的全区域扫描的数据中，实时更新从而达到不重新全区域扫描也可以进行精准抓料的效果。
结束语
抓斗卸船机作为一种连续运输货物的大型机械设备之一，其运行成本、运行故障的降低对于提高整个工作的效率有着至关重要的作用。在抓斗卸船机作业的整个过程中，小车的速度转换、抓斗的负载升降和扰动等诸多因素都会引起抓斗摇摆。抓斗摇摆会很大程度的影响卸船机结构寿命和安全生产。该文对桥式手机抓斗的定位和控制予以分析，通过双回路控制系统，对小车位置和负载摆各自予以控制，并通过仿真实验证明了模糊控制方法和常规PID控制方法的可行性，不过仍然需要进一步进行实验研究。实际生产中也进行了一系列的尝试和实验，最后还是发现了诸如检测盲区，高效生产和超载限制难以兼得等现象，这些都是需要继续探索和解决的问题。
参考文献
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[2] 林继钦，苏超. 桥式抓斗卸船机典型结构与结构优化的对比分析[J]. 起重运输机械，2014（6）：54-59.
[3] 陈洁，陈再兴. 桥式抓斗卸船机与链斗式连续卸船机的比较与研究[J]. 起重运输机械，2013（2）：100-103.
论文作者:李斌
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/18
标签：抓斗论文; 小车论文; 钢丝绳论文; 螺栓论文; 轨迹论文; 速度论文; 加速度论文; 《电力设备》2016年第22期论文;