卸船机高精度动态料斗称重计量系统_宣旭东.pdf

0引言矿石、煤炭、粮食等散货物料是国民经济生产的重要原材料，占港口货运量的 50以上。1在港口大宗散货物料装卸作业过程中，计量是散货码头业务结算的关键，也是买家、卖家、码头三方利益的核心。因此，如何在不影响港口设备装卸效率的前提下实现大宗散货物料的高效、精确称重计量，是港口企业一直以来重点关注的问题。散货码头现有的称重计量方式主要有电子皮带秤、静态称量料斗、地磅称重和船舶水尺等。2-3电子皮带秤受使用环境因素影响，校验后的零点漂移大，计量稳定性差，达不到理论计量精度。静态称量料斗称重结构复杂、称重计量效率低，对卸船机作业效率影响严重；地磅称重结构型式限制了其在码头前沿装备上使用的可能。船舶水尺称重计量精度易受风浪、船舶周边水密度和船舶自身变化等多种因素影响，计量稳定性得不到保证。随着码头散货物流业务竞争的日益激烈，为进一步提高港口服务水平，长期以来各散货码头和港机制造商都希望在不改变卸船机本身主要设计参数和额定生产效率情况下，通过优化卸船机自身结构或装置来进行卸船货物的称重计量，同时计量精度达到国家法定的商业计量（0.25%0.50%）结算要求。1卸船机高精度动态料斗称重1.1基于双秤比对补偿的动态称重方法基于双秤比对补偿的动态称量装置由称重传感器、补偿称重装置、称重料斗、支架和安装底板等部分组成。基于双秤比对补偿称重装置结构见图 1。称重料斗通过支架安装在称重传感器上，称重传感器和补偿称重装置均固定在安装底板上。补偿称重装置主要包括安装在安装底板上的补偿称重传感器、固定在补偿称重传感器上的秤盘和固定在秤盘上的砝码等。装有物料的称重料斗随卸船机、船体或车辆同步振动，称重传感器采集称重料斗及其物料在振动状态下的称重信号，补偿称重传感器同时采集补偿称重装置在相同振动状态下的砝码称重信号。当称重料斗的整体刚度足够大时，称重料斗及其内部物料受到的加速度与补偿称重装置受到的加速度保持一致。4称重料斗内物料真实重量计算公式为Mg=W1w0w-M0g（1-w0w）卸船机高精度动态料斗称重计量系统宣旭东1，刘建广2（1.南京西坝码头有限公司，江苏南京211512；2.杭州华新机电工程有限公司，浙江杭州310030）摘要：针对港口卸船机在复杂作业工况下难以实现大宗散货物料精确、高效称重计量的问题，在保证卸船效率的前提下，基于双秤比对补偿的抗低频谐振高精度称重方法，设计一种双层斗结构、双段液压阻尼支承的新型卸船机动态料斗称量装置，并建立卸船机动态料斗称重计量模式控制方法，研制开发基于动态料斗称重的卸船机在线计量系统。实际应用表明，该系统能够实现散货的到货计量结算，提升计量效率和港口现代化水平。关键词：卸船机；动态料斗秤；双段液压阻尼；称重计量港口科技 中国港口协会科学技术奖优秀成果（1）1式中：Mg为物料真实重量，t；W1为物料称重，t；w0为补偿砝码静重，t；w 为补偿砝码称重，t；M0为称重料斗皮重，t。1.2卸船机动态料斗称量装置卸船机在作业过程中一直存在低频随机振动，并伴随无规律的由机构运行产生的高、低频振动和风载等。基于双秤比对补偿动态称重方法，采用以 4 个补偿测量单元信号对 4 个扭环式称重传感器进行实时修正控制的方式，实现低频振动环境下的散货物料精确称重。卸船机动态料斗称量装置主要由称重计量系统、称重斗系统、支撑系统、补偿校验系统、接料系统、控制和管理系统等组成。卸船机动态料斗称量装置结构见图 2。为保证卸船机的生产率不下降，采用称重斗、卸料斗垂直分布式双层料斗结构型式，并在称重斗下方设置 4 个可快速开闭的放料闸门，放料闸门采用液压驱动的方式，颚式斗门采用齿形机械同步。同时，为有效控制双层料斗结构整体高度，采用四斗并联布置的方式达到在有限空间增加称重斗容的目的。在卸船机作业过程中，散货物料经抓斗进入称重斗，称重斗称重计量完成后打开下方放料闸门，物料快速进入卸料斗，由卸料斗向码头前沿皮带机进行均匀供料。采用卸船机双层料斗结构型式可实现抓斗卸船机卸船与称量装置同步作业，保证卸船机的作业效率，有效控制卸船机的能耗。此外，为减少放料时物料对称重传感器的冲击并保障传感器信号的稳定和传输速度，在扭环式传感器下方增设双段液压阻尼装置，起到抓斗放料初期的缓冲和放料结束时的阻尼作用，大幅降低物料对传感器的冲击并加快了传感器振动信号的衰减，提高卸船机动态料斗称量装置的称量精度。卸船机动态料斗称量装置实物见图 3。1.3动态料斗称重计量模式控制方法为保证卸船机额定生产效率和物料计量精度，实现码头散货物料称重及卸船机抓斗、称量斗、称量斗放料闸门的有序、高效作业，研究动态料斗称重计量模式控制方法。卸船机计量模式控制流程见图 4。具体流程：检查系统是否正常，启动称重计量模式；抓斗取料，接收到放料指令后向称重斗放料；动态料斗称重装置实时称量物料和称重斗毛重，待称重装置仪表值稳定后，记1.称重料斗；2.支架；3.称重传感器；4.补偿称重装置；5.安装底板图 1基于双秤比对补偿称重装置结构1.称重斗系统；2.支撑系统；3.补偿校验系统；4.接料系统图 2卸船机动态料斗称量装置结构图 3卸船机动态料斗称量装置实物2345123451234港口科技 中国港口协会科学技术奖优秀成果2录称重读数；打开放料闸门向卸料斗放料，称重斗卸料完毕后关闭放料闸门；待称重装置仪表值稳定后，记录称量斗皮重；根据 2 次称量记录的读数计算本次物料重量；重复步骤直至卸船作业结束。卸船机在作业过程中因机构运动产生高、低频振动是不可避免的，选择合适的时间进行称重斗满载和空载称重计量是提高动态料斗称重精度的有效途径。为此，选取料斗梁振动较小时进行称重计量。卸船机机构运动及称重装置 2 次称量时序见图 5。2卸船机在线计量系统在搭建由称重料斗、挂码装置、动态补偿装置和双段液压阻尼装置等组成的卸船机动态料斗称量装置的基础上，根据现代控制理论，开发与动态料斗称重装置相适应的控制、通信和管理系统，在保证系统数据可靠通信的基础上，实现数据记录、保存和查询等功能，同时具有界面美观、操作简图 4卸船机计量模式控制流程图 5卸船机机构运动及称重装置 2 次称量时序单、功能全面和交互性强等特点。基于动态料斗称重的卸船机在线计量系统控制程序逻辑见图 6。基于动态料斗称重的卸船机在线计量系统的计量特性已于 2015 年通过江苏省计量研究院的计量检定，符合国家计量规程要求，具备法定计量条件，计量精度达到静态级、动态 0.5 级。3应用情况基于动态料斗称重的卸船机在线计量系统已成功应用于南京西坝码头、镇江港高资港区、镇江孟家港、江苏国信秦港等散货码头，其优越的技术经济性能获得用户的肯定。4结语动态料斗称重系统具有计量效率高、称重精度好、稳定性高等特点，可有效解决港口卸船图 6基于动态料斗称重的卸船机在线计量系统控制程序逻辑检查系统是否正常，启动计量模式抓斗取料，接收到放料指令后向计量斗放料计量装置实时称量物料毛重，计量装置称量物料毛重前先等待计量装置仪表值稳定打开计量斗门向放料斗卸料，卸料完毕后关闭计量斗门计量装置称量物料皮重，计量装置称量物料皮重前先等待计量装置仪表值稳定计算物料重量重复步骤开斗放料往海侧运行稳定满载称量下降开闸门闭斗放料至卸料斗上升闭闸门往陆侧运行稳定抓斗循环时序空载称量称量时序开始/抓斗开斗放料完成小车向海侧运行进入匀速阶段PLC 读取称重斗满载重量判断料斗是否允许放料停止运行打开闸门放料一定时间（时间可设）后关闭闸门小车下一个抓斗周期向陆侧运行进入匀速阶段PLC 读取称重斗空载重量与满载重量的差值为本次计量物料重量本次称重计量结束，允许抓斗放料进入下一计量周期（下转第 7 页）港口科技 中国港口协会科学技术奖优秀成果32.4建立作业效率分析中心充分利用大数据平台的高速运算能力和物联网的数据采集能力，建立作业效率分析中心，对桥吊作业、轨道吊作业、拖车作业、船舶作业、外卡车提箱等数据进行采集分析，按生产作业环节组织建立生产运营模型，深入分析影响每一环节的因素，形成由桥吊效率、轨道吊效率、堆场翻捣率、船时效率、拖车周转率、直取率等数据构成的实时指标展现中心，解决港口生产作业环节中的问题，提高港口装卸效率。2.5建立作业能效分析中心充分利用大数据平台的高速运算能力和物联网的数据采集能力，建立作业能效分析中心，通过采集、加工码头电能和油耗数据，与对应的作业数据融合，按照生产运营模型，对作业数据和能耗数据进行分类匹配，形成由桥吊单班能耗、桥吊实时能耗、轨道吊单班能耗、轨道吊实时能耗、流机作业油耗等数据构成的生产能效分析中心。3应用效果通过集装箱码头精细化生产运营分析平台的建设和实施，提高集装箱码头作业效率、提高业务人员和领导层的决策效率、降低运营成本，有效解决信息掌握不及时、决策缺乏数据支持等痛点。（1）建设港口统一的运营分析体系，实现对运营支撑数据的实时计算分析和预测。挖掘影响运营绩效的相关因子，提升决策能力的智能化水平。（2）建立港口信息资源高效管控体系，实现对港口资源的高效调配，改善各业务部门之间信息交流的方式，使各业务系统、职能部门、个人有机地协同工作，从而提高各业务部门的工作质量和效率，促进港口业务管理和流程管控不断转型升级。（3）建立港口信息资源高效采集平台，实现集装箱作业数据指标和港区内作业设备能耗数据的实时获取，为决策的制定提供可靠的数据支撑。4结语通过建设集装箱码头精细化生产运营分析平台，推进大数据在以港口为链条的智慧物流中的应用，利用大数据技术，融合信息物流系统、移动互联、云计算等多种新兴技术，盘活港口大数据，全面打造智慧港口，引导企业从生产向服务型转变。机复杂作业工况下大宗散货物料精确称重计量难题。参考文献1 宣旭东,王磊.一种新型卸船机在线称重料斗装置J.港口装卸,2020(5):22-25.2 许峰,余松青,阮光,等.双段液压阻尼动态料斗称量数字补偿系统J.衡器,2017,46(1):10-14.3 吕宽新,邹新文,陈锦姿.桥式抓斗卸船机料斗称重计量系统设计J.机电信息,2014(15):155,157.4 尚贤平,费利萍,陈群,等.基于低频振动模式下的动态称重关键技术研究J.先进工程学刊,2016,11(1):37-41.（上接第 3 页）港口科技 中国港口协会科学技术奖优秀成果7