港口起重机起重量校准技术现状分析

2020-03-05李益琴张德文

港口装卸 2020年2期

李静李益琴张德文

交通运输部水运科学研究院

1 引言

随着港口码头生产规模的不断扩大，大型化、高效化是港口起重机械的发展趋势。起重机械的装卸安全生产成为港口生产管理的重点，在起重机上装设称重保护系统可以在实现起重物料称重的同时提供一定的安全保护作用，减少和避免超载作业的发生。实现起重机起重量的准确称重，准确标定起重机称重设备及系统，实现起重机“满载不超载”安全作业，对于提高起重机作业的可靠性、安全性、高效性具有重要的意义。

2 港口起重量称重技术及其主要问题分析

2.1 港口起重量称重技术

在起重机起吊过程中完成装卸物料的称重计量，是起重机作业现场比较常用的一种形式。随着起重机的自动化发展，相关称重技术也在不断发展和进步。目前港口起重机起重量称重的装置及系统主要包括以下3种形式。

2.1.1 电子吊钩称

电子吊钩称是一种直接悬挂在起重机吊钩上的电子称量设备，与起重机吊钩滑轮组设计成一个整体,采用无线传输的方式将称重的物料重量信息传输到地面或司机室。起重荷载直接作用于称重传感器上,不受其他受力机构分流，称重精度相对较高。但吊钩秤自身的长度会随起重量的增大而增长，当其作用于吊钩时会影响起重机的有效起升高度，使其起重量受限，且其自身的安全可靠性不高，主要用于件杂货装卸，港口起重机械较少使用该称重设备。

2.1.2 测力计重称重系统

随着起重机称重技术发展及港口作业的需求，起重机超载保护装置应运而生。起重机超载保护装置包括起重量限制器和起重力矩限制器。起重机超载保护装置能在起重设备起吊、振动等各种复杂的情况下直接显示被测起重量[1]，发出超载报警信号。早期的超载保护装置称重方法采用测力传感器采集数据推算起重量。

称重系统主要由称重传感器、控制器和仪表构成。当起重机起吊物料时，称重传感器产生变化，相关变量通过放大器经转换器转换成数字信号，信号经处理后换算成重量。测力式超载保护装置目前应用较为广泛，其自身的精度较高，但在实际作业过程中，通过传感器取力的方式易受现场作业环境及动态作业过程影响，系统稳定性不佳，可靠性较差。

2.1.3 电量计重称重系统

近年来，通过电量推算起重量的称重技术得到了发展。不同于利用称重传感器的形变来换算重量，电量计重称重技术是通过电流互感器和电压传感器采集起升机构电机的电流、电压变化，间接推算起重机所起吊的重量[2]。它主要是由智能电量称重分析仪及电流互感器、电压采集器(如果需要)等组成。智能电量称重分析仪通过电流互感器、电压采集器采集起重机电机的电流、电压信息，结合起重机参数通过专用算法进行实时分析，计算出起重机的负载重量。

该种称重方式由于没有测力元器件，并且安装于机器房内，受环境影响小，电动机电性能也基本稳定，故其精度高且十分稳定。目前，部分设计单位及厂家基于此种称重技术开发了便于在线实时精确计量的安全称重保护系统，并在港口起重机上得到了推广应用。

2.2 称重系统使用中存在的主要问题

通过调研发现，港口作业现场在使用相关称重保护装置时主要存在4个方面问题：

(1)为控制投入成本，部分单位会选择低价位的称重保护装置，产品质量得不到保证，从而造成起重机可靠性较低。

(2)称重设备及系统标定不准确，在作业过程中起重量远远低于或高于额定起重量，导致部分起重量损失的现象，降低了起重作业效率，或丧失了设备的安全性。

(3)称重设备用户重生产，作业现场未及时作准确校核，在误差很大甚至装置失灵的环境下作业[3]。

(4)为提高工作效率，起重机作业超载超速运行，作业人员拆除相关装置，称重保护装置并未被正常使用。

3 港口起重机起重量的标定方法分析

因称重系统一般都兼顾超载保护功能，如不能准确地测量重物的重量，系统将无法真正投入使用，而称重计量装置装机后的调试及检验则是保证准确测量至关重要的一步。系统过大的正误差会使起重机损失相应的工作能力，过大的负误差容易造成倾翻，甚至引起重大事故。以起重机超载限制器为例，如其已超载而不报警，将会影响起重机的作业安全，严重者将危及参与作业人员的人身安全；如出现报警不准确，则会严重影响起重机的作业效率，导致称重装置被人为关闭或拆除。因此，各称重装置和系统在现场调试和检验时，应确保调试结果的准确可靠，而要校准这些称重装置，准确标定起重量是基础。

在起重机作业现场，当需要一定标定量的试验载荷进行试验检测或起重量称重装置校准时，大多采用水泥块、石块、矿石块、铸钢块、钢卷、水箱等材料或过地磅等方法进行标定，这些标定方法都存在一定的缺陷。

当起重荷载采用水泥块、石块、矿石块、铸钢块、钢卷时，基本都是现场就地取材，其重量大多是估计值，载荷数值模糊，起重量的误差一般都很大，精确度不高，存在载荷不准确的问题。采用水箱标定起重量，标定精度相对石块等现场取材的标定方法略高，但是在标定的过程中储放水比较耗费时间，浪费水资源，且仅适用于装卸集装箱的起重机，不适用于采用抓斗或吊钩的起重机。采用过地磅法，则需要增加现场作业流程，装车过磅，影响运输生产效率，同时耗费能源，易造成环境污染，且其称重精度也依赖于地磅的精度，如地磅误差较大，其量值就无法精确保证。

标准物质是具有准确量值的测量标准，具有特定量值的标准物质，现已在环境分析、食品检测、临床药品、物理化学特性检测等领域得到广泛应用。针对起重量的准确标定，也可以考虑制作如砝码一样具有确定质量值的铸铁块标准物质，使其成系列并通用于多种机型。合理配置起重量标准物质，是做好起重量现场安全检定、准确标定的工作基础，也是保证量值传递准确的有效方法。