某客运滚装码头自动化升级改造关键技术研究

2020-03-01颜红亮蒙平李科夫

西部交通科技 2020年4期

颜红亮　蒙平　李科夫

摘要：文章以某客运滚装码头自动化升级改造工程为例，从工艺方案、关键设备、自动化控制及监测技术、智能视频监控技术应用四个方面，研究了客运滚装码头自动化升级改造关键技术，对提高客运滚装码头的作业效率和稳定性，降低作业成本，减少客运滚装码头作业安全事故，推动码头向自动化、智能化方向发展具有非常重要的意义。

关键词：客运滚装;自动化改造;关键技术

中国分类号：U656.1+36文献标识码：A

0 引言

近年来，我国港口主动对接并积极服务于国家发展战略，结合各自港口条件，不断推进转型发展、协调发展，大胆积极地拥抱新技术革命，深度运用好新技术，推进港口的自动化和智能化，打造智慧港口，有效整合物流、信息流、资金流，不断增加自身竞争力。

与传统码头相比，自动化码头在智能化、可靠性、稳定性、设备利用率、运营成本等方面具有较大的优势，可减少作业安全事故，提高作业效率的稳定性，降低作业成本。目前国内不少码头纷纷实施或准备实施自动化，码头向自动化、智能化方向发展已是大势所趋。集成创新智能制造、无线通信、自动导航定位、智能识别、自动化等技术和装备，形成新一代具有自主知识产权和专利技术的智能、零排放、安全、环保的自动化码头是自动化码头发展的内在需求和发展方向。

以往，为了促进不同地区商贸旅游和文化交流的发展，国内不少地区新建或改建了多个以服务客流为主、具有休闲旅游功能的客运滚装码头。国内大部分客运滚装码头采用固定式斜坡道结构形式，船舶作业时通过船舶跳板与斜坡道直接搭接，实现来往旅客客货车辆的上下岸。固定式斜坡道结构形式客运滚装码头难以满足不同水位的滚装船正常靠泊作业，且斜坡长度一般较长，有时候甚至要设置多级斜坡道才能满足使用要求。为了改善此局面，客运滚装码头改造升级迫在眉睫。

1 自动化升级改造工艺方案

某客运滚装码头海域潮差较大，改造设计需要确保不同水位下的滚装系统正常运营，兼顾上、下游临近岸线使用要求，合理利用码头岸线，减少对临近泊位的影响，为旅客和车辆提供集散服务，不但要满足码头的滚装功能要求，还要保证旅客及车辆上、下船的安全性、舒适性和便捷性，因此需合理选择上下船工艺方式。

可调式斜坡道是对原滚装泊位固定式斜坡道新增一座自动液压升降桥，作为旅客上下船接岸设施，可根据水位相应调整桥面高度，以满足客船安全停靠搭接船跳板的需求。此方案具有體积小、重量轻、结构紧凑、使用寿命长等优点，可弥补固定式斜坡道方案的诸多不足。

自动液压升降桥可根据项目码头面高程，设计高水位、低水位和滚装船满载、空载入口高度及跳板长度、宽度、厚度、坡度等输入条件，经计算得出升降桥长度、桥宽和头宽。自动液压升降桥技术指标详见表1。

2 自动液压升降桥

2.1 总体设计

自动液压升降桥由滚装桥、龙门架、液压锁紧装置和液压升降设备等组成，如图1所示。

2.2 滚装桥有限元结构计算分析

2.2.1 工况与荷载

自动液压升降桥工况分为人行和车行工况：

（1）人行工况下，自动液压升降设备油缸自锁，液压锁紧装置插销。根据《港口工程荷载规范》（JTS 144-1-2010），自动液压升降桥旅客人群荷载取4 kPa。

（2）车行工况下，自动液压升降设备油缸自锁，液压锁紧装置插销。自动液压升降桥设计允许最大通行车辆为汽车20 t。根据《港口工程荷载规范》（JTS 144-1-2010），具体荷载参数为：轴距4.0 m，轮距1.8 m，前轴7 t，后轴13 t，前轮着地0.30 m×0.20 m（宽度×宽度），后轮着地0.60 m×0.20 m（宽度×宽度），因此前后轮压取值300 kPa和550 kPa。

2.2.2 有限元分析

根据工况、荷载、边界条件，采用有限元计算滚装桥人行工况和车行工况下的强度和扰度值，计算结果见表2。

2.2.3 计算结果

滚装桥主梁材料采用Q235B，主梁最大拉（压）应力：σmax=91 MPa<[σ]=190 MPa，强度满足要求。主梁最大扰度：fmax=24.2 mm<[f]=24 000/500=48 mm，扰度满足要求。

龙门架主梁材料采用Q235B，主梁最大拉（压）应力：σmax=117 MPa<[σ]=190 MPa，强度满足要求。主梁最大扰度：fmax=3.5 mm<[f]=3 000/500=6 mm，扰度满足要求。

行车工况下，滚装桥疲劳应力幅Δσ=81 MPa<疲劳许用应力幅[Δσ]=（C/n）1/β=84.2 MPa，满足耐久性（疲劳）设计要求。

2.3 滚装桥-龙门架结构设计

滚装桥-龙门架的结构设计是基于BIM技术设计的，可有效实现设计参数化、结构典型化、部件通用化、系列化、装配组合化，有利于不同模块设计师设计工作与中心数据库同步更新，有利于通过BIM协作平台实现对数据库的共享与转换，将总体设计、结构设计、工程费用等工作有效集成。见图2、图3。

2.4 液压升降-锁紧驱动设备

液压升降-锁紧设备是自动液压升降桥的动力驱动系统，也是可实现升降桥俯仰和锁紧装置安全锁紧的执行设备，其主要技术参数见表3。

3 自动控制、监测系统技术

自动液压升降桥电控系统由液压泵站电控箱组成，完成对液压泵站、阀组、液压升降设备、液压锁紧装置锚定销的工作状态数据实时采集及处理，并对升降桥进行仰俯控制。电控系统主要包括控制按钮、信号灯、继电器接线等电气控制设备及断路器、接触器、热继电器等液压泵站电机主回路设备。

自动液压升降桥采用现地控制方式，操作司机在码头前沿升降桥控制室通过控制系统的人机界面对升降桥进行升降仰俯操作，使船舶的搭接舌头板处于规定的角度范围，并可随着潮位和船舶的装载量变化对升降桥仰俯角进行适应性的调整。桥体调整到位后，液压锁紧装置锚定销锁销，并使液压升降设备油缸泄压，锁定桥体。升降桥电控系统通过对液压泵站出口调节阀进行闭环反馈控制，从而实现升降桥左右两套液压仰俯机构在升降作业中能在规定的误差范围内同步运行。

升降桥电控系统具备对液压系统油路压力异常、滤油器堵塞、油温异常、油位异常及升降桥升降极限位、升降同步越限等非电量保护的功能。控制系统具备电源短路、断相保护及电机过流、过载保护和防雷保护等功能。升降桥系统一旦出现异常或故障情况，电控系统将发出声光报警信号，司机可通过停止按钮对全系统进行紧急停机。同时，升降桥电控系统在液压锁紧装置和液压升降设备间设有连锁保护，确保只有在2个锚定销全部退出的情况下，液压缸才允许动作。

4 智能视频监控技术应用

监控相机目前已在港口被广泛应用，在港口范围内，港口相机主要应用在生产过程、生产安全、安防监控等方面。

4.1 生产过程

4.1.1 液压升降桥升降位置和船舶停靠

根据潮位情况，监控液压升降桥升降至合理位置并锁销，指挥船舶安全停靠，并搭接船跳板，实现船舶靠泊安全銜接。

4.1.2 远程视频操控

操控人员可以在机房中通过视频操控液压升降桥系统进行作业。操作环境舒适，大幅提升操作效率，降低用工成本。远程操控由于涉及实时作业，要求视频延时低，所以对视频编解码、传输都有特殊要求，而且要求可以与现场PLC联动，液压升降桥到指定位置时自动锚定锁销，视频自动切换到指定摄像头，便于操作人员判断现场状况。

4.1.3 车人分离调配

为了保证安全，过桥的时候车和人必须分开行驶。应用视频监控技术和广播系统统一调配车人可有效防止安全事故发生，避免人车拥堵现象发生。

4.2 生产安全监控

4.2.1 火焰烟雾报警

对于户外消防目前没有好的自动报警手段，通过视频可以对火焰烟雾进行自动识别报警，而且可利用现有的视频监控系统，通过后端增加识别软件实现，性价比较高。