码头设备小型技术改造方案
2014-10-17史程斌谢逸
史程斌+谢逸
码头设备更新主要有以下基本类型：（1）以扩大设备拥有量为主；（2）以更新设备为主；（3）更新设备和扩大设备拥有量并举。不断优化现有技术和设备，改善设备性能并提高设备生产率是提高码头企业经济效益的必由之路。码头设备技术改造需要花费大量资金和时间，而小型技术改造则可以达到利用有限的资金和时间实现利益最大化的效果。本文以宁波远东码头经营有限公司（以下简称远东码头）为例，提出码头设备小型技术改造方案，并介绍改造情况及效果，以期为其他港口码头类似小型技术改造提供借鉴。
1 岸桥吊具感应限位寿命监视系统
1.1 改造前存在的问题
据统计，在对岸桥吊具感应限位实施技术改造前，远东码头岸桥吊具限位故障每月平均修理时间超过，受此影响，岸桥每月平均作业时间减少以上。此外，岸桥吊具感应限位故障是岸桥故障率偏高的主要原因。
远东码头设备故障统计结果显示：岸桥吊具感应限位故障较为严重，吊具感应限位老化问题较为突出；虽然吊具感应限位故障处理耗时不长，但其高发性的特点使故障率直线上升，总体对船期影响较大。采用要因确认的方法，确定造成岸桥吊具限位故障频发及限位损坏的主要原因是限位使用年限将满，但由于产品批次不同，难以统一处理。虽然采用大批量更换的方式能彻底解决此问题，但成本过高，而且会造成资源浪费。为此，有必要在技术经济可行性分析的基础上，对岸桥吊具感应限位实施小型技术改造，以减少资源浪费，节约码头成本。
1.2 改造方案
（1）对吊具西门子程序进行编程，并制作便携式读取器。对远东码头20台RAM吊具内部西门子程序进行添加，并改造触摸屏，使其能够方便、快捷地读出各限位的使用次数；定期统计各限位使用次数，报废使用年限已满的限位，从而避免发生限位故障。
（2）通过讨论、分析和现场调查相结合的方法，更新吊具保养标准，并严格执行。吊具保养标准的不断更新和完善有利于降低限位损坏概率，延长限位使用寿命。
1.3 改造实施
为便于维修人员操作，系统采用普洛菲斯可编程人机界面作为便携式读取器，读取吊具各感应限位开关的使用次数，从而获得感应限位开关的极限使用次数，以便预防因感应限位开关损坏而引发的各类故障。触摸屏界面编写力求简洁，以便维修人员现场操作。触摸屏上设有感应开关位置键、边锁限位键、中部限位键、尺寸限位键、数据清零键、主界面返回键等。
同时，对吊具的西门子程序进行优化：增加40个限位计数功能块；使用通信数据连接线，9针侧插入S7-300可编程逻辑控制器中央处理器上的多点通信接口，开启电源后即可实现西门子可编程逻辑控制器与触摸屏之间的连接，读取需要的限位使用次数。
1.4 改造效果
远东码头自应用岸桥吊具感应限位寿命监视系统以来，检测出一批老化的限位并及时更换；同时，由于保养方式得以优化，使吊具感应限位使用寿命延长，设备故障率下降至原来的30%。
2 岸桥俯仰钢丝绳松绳限位防卡装置
2.1 改造前存在的问题
岸桥作业时，俯仰钢丝绳松绳机构频发限位电气故障，导致装卸作业效率下降，严重影响船期及设备完好率。俯仰钢丝绳松绳检测机构由1对机械式杠杆及2个机械式行程限位组成。由于工作环境较为恶劣（如油污严重等），导致俯仰钢丝绳松绳检测机构元件故障频发，具体表现为限位易在某个工作角度卡住而无法自动回位，导致俯仰机构不能正常运行。
2.2 故障原因分析
（1）俯仰钢丝绳松绳检测装置处于岸桥最高处的A字梁平台，容易受外界环境的影响，由于海边空气中的盐分较多，加之长期受灰尘侵蚀，导致机械限位不灵活而出现卡死的情况。
（2）岸桥正常作业时，俯仰机构下放至水平位置，此时钢丝绳处于松绳状态，机械式杠杆压在松绳限位上；伴随作业时钢丝绳的晃动，机械式杠杆连带松绳限位以30～40次/min的频率浮动，使松绳限位的机械寿命受到极大损耗。
（3）虽然故障修复较容易，但修复耗时较长。由于故障点在A字梁平台上，上下平台耗时较长，若遇恶劣天气，攀登维修作业存在人身安全隐患，同时会影响桥吊作业。
2.3 改造方案
俯仰钢丝绳松绳检测装置参与俯仰钢丝绳收放工况控制，并对俯仰钢丝绳收放起到安全保护作用；因此，俯仰钢丝绳松绳限位防卡改造方案需要兼顾机构的安全性和可靠性，同时还要考虑成本因素。此外，由于俯仰钢丝绳松绳检测装置是机械式杠杆与电气元件的组合，改造方案不得损害原设计的完整性，以保证其应有的功能，降低系统风险，同时还须满足维修便捷、成本低廉的工程要求。
根据国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察局的明文规定，设备的重要保护装置必须采用机械式行程限位。为此，在不改变原有结构的前提下，设计俯仰钢丝绳松绳机械行程限位连带部件（即松绳限位防卡装置，见图1）。将松绳限位防卡装置的主体固定于机械式杠杆的挡板上，工作部件套于行程限位杆顶端的滚轴上，从而实现机械式杠杆对行程限位的连带拉动。在松绳限位机械卡死的情况下，可用机械式横杆的复位带动松绳限位复位来消除故障。
以远东码头的2号岸桥为例，在加装松绳限位防卡装置前，其原松绳限位已处于严重磨损状态，技术人员在不更换元器件的前提下，为其安装松绳限位防卡装置（见图2）。该岸桥正常作业3个月来，未发生一起由松绳限位引起的俯仰机构故障。
2.4 改造效果
远东码头岸桥实施俯仰钢丝绳松绳限位防卡装置改造后，年均节约成本达数万元人民币，由松绳限位引起的岸桥俯仰机构故障下降70%，对提升码头作业效率和经济效益的效果显著。
3 变频器电容快速放电
3.1 改造前存在的问题
桥吊变频器发生故障时，大多需要更换变频器控制板及接触器。更换这些元器件需要将变频器直流母排电容放完电后才能进行，由于放电一般需要15～，严重影响维修效率，进而对码头作业效率造成影响。为此，有必要制作大容量电容快速放电装置，实现变频器直流母排电容快速放电，以缩短维修时间。
3.2 改造方案
3.2.1 放电电阻选型
以远东码头安川H5系列功率单元为例：其单个电容的容量C=8 200 F，一相配备4个电容，总共为12个。
电容带电荷量Q=CU，式中：Q为电容充满电的电荷量，C；C为电容的容量， F；U为直流电压，V。经计算，电容带电荷量为63.96 C。
单位时间通过导体的电流I=Q/t。按放电时间t=计算，单位时间通过导体的电流为0.355 A/s。
进一步计算得出直流电路电阻为1 830 ，电阻器（纯电阻电路）的功率为。
经过分析，选择电阻为、功率为250 W的电阻器及电阻为、功率为的电阻器协同放电，通过带继电器输出的电压表进行放电电阻器切换（见图3）。
3.2.2 放电装置应用
电压表连接电源后，将高压放电夹夹在变频器直流母排的正负两极上，接着合上总阀的开关，的电阻器开始放电；当直流母排电压达到设定的时，电压表内输出继电器动作，放电电阻器切换到小电阻器进行放电。该放电装置从安装到耗尽剩余电量的时间不超过，大大节省变频器修理时间，对确保码头生产效率具有积极意义。
4 结束语
港口码头设备的技术状况是影响港口码头企业生产效率、能源消耗和经济效益的重要因素，码头设备技术改造和更新速度也是影响港口码头企业技术进步和市场开拓的重要因素。码头设备小型技术改造有利于降低码头生产成本，若加以有效利用，可以产生巨大经济效益。设备小型技术改造可以利用有限成本获得可观效益，满足码头生产成本与效益协调发展的需求，值得港口码头企业推广应用。
（编辑：曹莉琼 收稿日期：2014-08-28）
码头设备更新主要有以下基本类型：（1）以扩大设备拥有量为主；（2）以更新设备为主；（3）更新设备和扩大设备拥有量并举。不断优化现有技术和设备，改善设备性能并提高设备生产率是提高码头企业经济效益的必由之路。码头设备技术改造需要花费大量资金和时间，而小型技术改造则可以达到利用有限的资金和时间实现利益最大化的效果。本文以宁波远东码头经营有限公司（以下简称远东码头）为例，提出码头设备小型技术改造方案，并介绍改造情况及效果，以期为其他港口码头类似小型技术改造提供借鉴。
1 岸桥吊具感应限位寿命监视系统
1.1 改造前存在的问题
据统计，在对岸桥吊具感应限位实施技术改造前，远东码头岸桥吊具限位故障每月平均修理时间超过，受此影响，岸桥每月平均作业时间减少以上。此外，岸桥吊具感应限位故障是岸桥故障率偏高的主要原因。
远东码头设备故障统计结果显示：岸桥吊具感应限位故障较为严重，吊具感应限位老化问题较为突出；虽然吊具感应限位故障处理耗时不长，但其高发性的特点使故障率直线上升，总体对船期影响较大。采用要因确认的方法，确定造成岸桥吊具限位故障频发及限位损坏的主要原因是限位使用年限将满，但由于产品批次不同，难以统一处理。虽然采用大批量更换的方式能彻底解决此问题，但成本过高，而且会造成资源浪费。为此，有必要在技术经济可行性分析的基础上，对岸桥吊具感应限位实施小型技术改造，以减少资源浪费，节约码头成本。
1.2 改造方案
（1）对吊具西门子程序进行编程，并制作便携式读取器。对远东码头20台RAM吊具内部西门子程序进行添加，并改造触摸屏，使其能够方便、快捷地读出各限位的使用次数；定期统计各限位使用次数，报废使用年限已满的限位，从而避免发生限位故障。
（2）通过讨论、分析和现场调查相结合的方法，更新吊具保养标准，并严格执行。吊具保养标准的不断更新和完善有利于降低限位损坏概率，延长限位使用寿命。
1.3 改造实施
为便于维修人员操作，系统采用普洛菲斯可编程人机界面作为便携式读取器，读取吊具各感应限位开关的使用次数，从而获得感应限位开关的极限使用次数，以便预防因感应限位开关损坏而引发的各类故障。触摸屏界面编写力求简洁，以便维修人员现场操作。触摸屏上设有感应开关位置键、边锁限位键、中部限位键、尺寸限位键、数据清零键、主界面返回键等。
同时，对吊具的西门子程序进行优化：增加40个限位计数功能块；使用通信数据连接线，9针侧插入S7-300可编程逻辑控制器中央处理器上的多点通信接口，开启电源后即可实现西门子可编程逻辑控制器与触摸屏之间的连接，读取需要的限位使用次数。
1.4 改造效果
远东码头自应用岸桥吊具感应限位寿命监视系统以来，检测出一批老化的限位并及时更换；同时，由于保养方式得以优化，使吊具感应限位使用寿命延长，设备故障率下降至原来的30%。
2 岸桥俯仰钢丝绳松绳限位防卡装置
2.1 改造前存在的问题
岸桥作业时，俯仰钢丝绳松绳机构频发限位电气故障，导致装卸作业效率下降，严重影响船期及设备完好率。俯仰钢丝绳松绳检测机构由1对机械式杠杆及2个机械式行程限位组成。由于工作环境较为恶劣（如油污严重等），导致俯仰钢丝绳松绳检测机构元件故障频发，具体表现为限位易在某个工作角度卡住而无法自动回位，导致俯仰机构不能正常运行。
2.2 故障原因分析
（1）俯仰钢丝绳松绳检测装置处于岸桥最高处的A字梁平台，容易受外界环境的影响，由于海边空气中的盐分较多，加之长期受灰尘侵蚀，导致机械限位不灵活而出现卡死的情况。
（2）岸桥正常作业时，俯仰机构下放至水平位置，此时钢丝绳处于松绳状态，机械式杠杆压在松绳限位上；伴随作业时钢丝绳的晃动，机械式杠杆连带松绳限位以30～40次/min的频率浮动，使松绳限位的机械寿命受到极大损耗。
（3）虽然故障修复较容易，但修复耗时较长。由于故障点在A字梁平台上，上下平台耗时较长，若遇恶劣天气，攀登维修作业存在人身安全隐患，同时会影响桥吊作业。
2.3 改造方案
俯仰钢丝绳松绳检测装置参与俯仰钢丝绳收放工况控制，并对俯仰钢丝绳收放起到安全保护作用；因此，俯仰钢丝绳松绳限位防卡改造方案需要兼顾机构的安全性和可靠性，同时还要考虑成本因素。此外，由于俯仰钢丝绳松绳检测装置是机械式杠杆与电气元件的组合，改造方案不得损害原设计的完整性，以保证其应有的功能，降低系统风险，同时还须满足维修便捷、成本低廉的工程要求。
根据国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察局的明文规定，设备的重要保护装置必须采用机械式行程限位。为此，在不改变原有结构的前提下，设计俯仰钢丝绳松绳机械行程限位连带部件（即松绳限位防卡装置，见图1）。将松绳限位防卡装置的主体固定于机械式杠杆的挡板上，工作部件套于行程限位杆顶端的滚轴上，从而实现机械式杠杆对行程限位的连带拉动。在松绳限位机械卡死的情况下，可用机械式横杆的复位带动松绳限位复位来消除故障。
以远东码头的2号岸桥为例，在加装松绳限位防卡装置前，其原松绳限位已处于严重磨损状态，技术人员在不更换元器件的前提下，为其安装松绳限位防卡装置（见图2）。该岸桥正常作业3个月来，未发生一起由松绳限位引起的俯仰机构故障。
2.4 改造效果
远东码头岸桥实施俯仰钢丝绳松绳限位防卡装置改造后，年均节约成本达数万元人民币，由松绳限位引起的岸桥俯仰机构故障下降70%，对提升码头作业效率和经济效益的效果显著。
3 变频器电容快速放电
3.1 改造前存在的问题
桥吊变频器发生故障时，大多需要更换变频器控制板及接触器。更换这些元器件需要将变频器直流母排电容放完电后才能进行，由于放电一般需要15～，严重影响维修效率，进而对码头作业效率造成影响。为此，有必要制作大容量电容快速放电装置，实现变频器直流母排电容快速放电，以缩短维修时间。
3.2 改造方案
3.2.1 放电电阻选型
以远东码头安川H5系列功率单元为例：其单个电容的容量C=8 200 F，一相配备4个电容，总共为12个。
电容带电荷量Q=CU，式中：Q为电容充满电的电荷量，C；C为电容的容量， F；U为直流电压，V。经计算，电容带电荷量为63.96 C。
单位时间通过导体的电流I=Q/t。按放电时间t=计算，单位时间通过导体的电流为0.355 A/s。
进一步计算得出直流电路电阻为1 830 ，电阻器（纯电阻电路）的功率为。
经过分析，选择电阻为、功率为250 W的电阻器及电阻为、功率为的电阻器协同放电，通过带继电器输出的电压表进行放电电阻器切换（见图3）。
3.2.2 放电装置应用
电压表连接电源后，将高压放电夹夹在变频器直流母排的正负两极上，接着合上总阀的开关，的电阻器开始放电；当直流母排电压达到设定的时，电压表内输出继电器动作，放电电阻器切换到小电阻器进行放电。该放电装置从安装到耗尽剩余电量的时间不超过，大大节省变频器修理时间，对确保码头生产效率具有积极意义。
4 结束语
港口码头设备的技术状况是影响港口码头企业生产效率、能源消耗和经济效益的重要因素，码头设备技术改造和更新速度也是影响港口码头企业技术进步和市场开拓的重要因素。码头设备小型技术改造有利于降低码头生产成本，若加以有效利用，可以产生巨大经济效益。设备小型技术改造可以利用有限成本获得可观效益，满足码头生产成本与效益协调发展的需求，值得港口码头企业推广应用。
（编辑：曹莉琼 收稿日期：2014-08-28）
码头设备更新主要有以下基本类型：（1）以扩大设备拥有量为主；（2）以更新设备为主；（3）更新设备和扩大设备拥有量并举。不断优化现有技术和设备，改善设备性能并提高设备生产率是提高码头企业经济效益的必由之路。码头设备技术改造需要花费大量资金和时间，而小型技术改造则可以达到利用有限的资金和时间实现利益最大化的效果。本文以宁波远东码头经营有限公司（以下简称远东码头）为例，提出码头设备小型技术改造方案，并介绍改造情况及效果，以期为其他港口码头类似小型技术改造提供借鉴。
1 岸桥吊具感应限位寿命监视系统
1.1 改造前存在的问题
据统计，在对岸桥吊具感应限位实施技术改造前，远东码头岸桥吊具限位故障每月平均修理时间超过，受此影响，岸桥每月平均作业时间减少以上。此外，岸桥吊具感应限位故障是岸桥故障率偏高的主要原因。
远东码头设备故障统计结果显示：岸桥吊具感应限位故障较为严重，吊具感应限位老化问题较为突出；虽然吊具感应限位故障处理耗时不长，但其高发性的特点使故障率直线上升，总体对船期影响较大。采用要因确认的方法，确定造成岸桥吊具限位故障频发及限位损坏的主要原因是限位使用年限将满，但由于产品批次不同，难以统一处理。虽然采用大批量更换的方式能彻底解决此问题，但成本过高，而且会造成资源浪费。为此，有必要在技术经济可行性分析的基础上，对岸桥吊具感应限位实施小型技术改造，以减少资源浪费，节约码头成本。
1.2 改造方案
（1）对吊具西门子程序进行编程，并制作便携式读取器。对远东码头20台RAM吊具内部西门子程序进行添加，并改造触摸屏，使其能够方便、快捷地读出各限位的使用次数；定期统计各限位使用次数，报废使用年限已满的限位，从而避免发生限位故障。
（2）通过讨论、分析和现场调查相结合的方法，更新吊具保养标准，并严格执行。吊具保养标准的不断更新和完善有利于降低限位损坏概率，延长限位使用寿命。
1.3 改造实施
为便于维修人员操作，系统采用普洛菲斯可编程人机界面作为便携式读取器，读取吊具各感应限位开关的使用次数，从而获得感应限位开关的极限使用次数，以便预防因感应限位开关损坏而引发的各类故障。触摸屏界面编写力求简洁，以便维修人员现场操作。触摸屏上设有感应开关位置键、边锁限位键、中部限位键、尺寸限位键、数据清零键、主界面返回键等。
同时，对吊具的西门子程序进行优化：增加40个限位计数功能块；使用通信数据连接线，9针侧插入S7-300可编程逻辑控制器中央处理器上的多点通信接口，开启电源后即可实现西门子可编程逻辑控制器与触摸屏之间的连接，读取需要的限位使用次数。
1.4 改造效果
远东码头自应用岸桥吊具感应限位寿命监视系统以来，检测出一批老化的限位并及时更换；同时，由于保养方式得以优化，使吊具感应限位使用寿命延长，设备故障率下降至原来的30%。
2 岸桥俯仰钢丝绳松绳限位防卡装置
2.1 改造前存在的问题
岸桥作业时，俯仰钢丝绳松绳机构频发限位电气故障，导致装卸作业效率下降，严重影响船期及设备完好率。俯仰钢丝绳松绳检测机构由1对机械式杠杆及2个机械式行程限位组成。由于工作环境较为恶劣（如油污严重等），导致俯仰钢丝绳松绳检测机构元件故障频发，具体表现为限位易在某个工作角度卡住而无法自动回位，导致俯仰机构不能正常运行。
2.2 故障原因分析
（1）俯仰钢丝绳松绳检测装置处于岸桥最高处的A字梁平台，容易受外界环境的影响，由于海边空气中的盐分较多，加之长期受灰尘侵蚀，导致机械限位不灵活而出现卡死的情况。
（2）岸桥正常作业时，俯仰机构下放至水平位置，此时钢丝绳处于松绳状态，机械式杠杆压在松绳限位上；伴随作业时钢丝绳的晃动，机械式杠杆连带松绳限位以30～40次/min的频率浮动，使松绳限位的机械寿命受到极大损耗。
（3）虽然故障修复较容易，但修复耗时较长。由于故障点在A字梁平台上，上下平台耗时较长，若遇恶劣天气，攀登维修作业存在人身安全隐患，同时会影响桥吊作业。
2.3 改造方案
俯仰钢丝绳松绳检测装置参与俯仰钢丝绳收放工况控制，并对俯仰钢丝绳收放起到安全保护作用；因此，俯仰钢丝绳松绳限位防卡改造方案需要兼顾机构的安全性和可靠性，同时还要考虑成本因素。此外，由于俯仰钢丝绳松绳检测装置是机械式杠杆与电气元件的组合，改造方案不得损害原设计的完整性，以保证其应有的功能，降低系统风险，同时还须满足维修便捷、成本低廉的工程要求。
根据国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察局的明文规定，设备的重要保护装置必须采用机械式行程限位。为此，在不改变原有结构的前提下，设计俯仰钢丝绳松绳机械行程限位连带部件（即松绳限位防卡装置，见图1）。将松绳限位防卡装置的主体固定于机械式杠杆的挡板上，工作部件套于行程限位杆顶端的滚轴上，从而实现机械式杠杆对行程限位的连带拉动。在松绳限位机械卡死的情况下，可用机械式横杆的复位带动松绳限位复位来消除故障。
以远东码头的2号岸桥为例，在加装松绳限位防卡装置前，其原松绳限位已处于严重磨损状态，技术人员在不更换元器件的前提下，为其安装松绳限位防卡装置（见图2）。该岸桥正常作业3个月来，未发生一起由松绳限位引起的俯仰机构故障。
2.4 改造效果
远东码头岸桥实施俯仰钢丝绳松绳限位防卡装置改造后，年均节约成本达数万元人民币，由松绳限位引起的岸桥俯仰机构故障下降70%，对提升码头作业效率和经济效益的效果显著。
3 变频器电容快速放电
3.1 改造前存在的问题
桥吊变频器发生故障时，大多需要更换变频器控制板及接触器。更换这些元器件需要将变频器直流母排电容放完电后才能进行，由于放电一般需要15～，严重影响维修效率，进而对码头作业效率造成影响。为此，有必要制作大容量电容快速放电装置，实现变频器直流母排电容快速放电，以缩短维修时间。
3.2 改造方案
3.2.1 放电电阻选型
以远东码头安川H5系列功率单元为例：其单个电容的容量C=8 200 F，一相配备4个电容，总共为12个。
电容带电荷量Q=CU，式中：Q为电容充满电的电荷量，C；C为电容的容量， F；U为直流电压，V。经计算，电容带电荷量为63.96 C。
单位时间通过导体的电流I=Q/t。按放电时间t=计算，单位时间通过导体的电流为0.355 A/s。
进一步计算得出直流电路电阻为1 830 ，电阻器（纯电阻电路）的功率为。
经过分析，选择电阻为、功率为250 W的电阻器及电阻为、功率为的电阻器协同放电，通过带继电器输出的电压表进行放电电阻器切换（见图3）。
3.2.2 放电装置应用
电压表连接电源后，将高压放电夹夹在变频器直流母排的正负两极上，接着合上总阀的开关，的电阻器开始放电；当直流母排电压达到设定的时，电压表内输出继电器动作，放电电阻器切换到小电阻器进行放电。该放电装置从安装到耗尽剩余电量的时间不超过，大大节省变频器修理时间，对确保码头生产效率具有积极意义。
4 结束语
港口码头设备的技术状况是影响港口码头企业生产效率、能源消耗和经济效益的重要因素，码头设备技术改造和更新速度也是影响港口码头企业技术进步和市场开拓的重要因素。码头设备小型技术改造有利于降低码头生产成本，若加以有效利用，可以产生巨大经济效益。设备小型技术改造可以利用有限成本获得可观效益，满足码头生产成本与效益协调发展的需求，值得港口码头企业推广应用。
（编辑：曹莉琼 收稿日期：2014-08-28）
