桥式抓斗卸船机在线状态监测及故障预警研究

2023-01-10王伯鸿王定华

机械管理开发 2022年5期

王伯鸿，王定华

（杭州华新机电工程有限公司，浙江杭州 310030）

引言

现阶段在港口散料接卸过程中，最不可缺少的机械设备之一就是桥式抓斗卸船机，该设备主要使用传统的抓斗开闭的方式，并配合设备升降模式开展卸船作业。由于抓斗卸船机在工作的过程中，对船舶与货物具有较强的适应性，能够有效避免水浪的不良影响，同时还具有较强的稳定性，对整个企业生产有着非常重要的作用。为了能够有效避免卸船机在工作中产生的故障，就必须要加大故障预测力度，创新预测方法，从而让预警研究变得更加有理论指导性，有效降低事故发生率。

1 桥式抓斗卸船机产生故障的原因

当桥式抓斗卸船机在正常工作过程中，经常会出现一些故障，这些故障如果按照不同性质进行分析，可以将其分为关联故障与非关联故障[1]。对于关联故障来说，主要指的是桥式抓斗卸船机在相关的规定条件下进行运作，由于自身所存在的固有缺陷性，进而引起的故障，这类故障主要包含工作速度、起升高度、噪声等内容。通常情况下，如果桥式抓斗卸船机金属结构所产生的承载能力故障，主要原因为结构件出现裂纹、主梁下绕、振动过大、发生塑性变形等问题；如果桥式抓斗卸船机各机构运动链上零部件引起机械设备运行故障，其原因可能为失效、断裂、磨损等问题；如果是电气设备不正常运行做造成的停车故障，那么很有可能是因为电机损坏、控制元件失灵、操纵失控等原因所致。对于非关联故障来说，主要指的是在维修过程中出现不恰当、误用或者因为一些外界不良因素所造成的故障。

对于桥式抓斗卸船机的故障模式来说，具有复杂多样的特点，并且不同故障之间的差别也比较大，通过对一些现场故障现象进行分析与研究，总结了卸船机主要故障类型主要有五种，即主梁故障、轨道故障、减速器故障、电机故障与制动器故障，这些故障的发生从侧面也反映出了卸船机的机械状态，并且每一种故障所产生的原因也存在较大的差异性[2]。

2 桥式抓斗卸船机状态监测研究

2.1 整机在线监测

该检测方案主要目的是桥式抓斗卸船机在运作的过程中，能够对其运行状态进行全面的监控。通过对状态检测系统所提供的时间与运行速度进行科学分析，选用了37 个最能代表卸船机设备状态的检测参量，并将这些监测点按照位置的不同分成了五组，具体为：第一组主要用来监测小车运行系统；第二组主要用来检测设备变幅系统；第三组用来检测大车运行系统；第四组用来检测大梁和门架等振动情况；第五组用来检测金属结构应力[3]。

2.2 小车系统定期状态监测

该检测方案主要是通过桥式抓斗卸船机运行状态，来对小车系统进行定期检测。按照小车和系统所运行的特点不同，可以将其分为四种工作工况。

2.2.1 抓斗空载下降工况

该工作工况主要是利用开闭钢丝绳的方式，让抓斗处于放松的状态下进行敞开，通常情况下，抓斗最大可以向外延伸至36 m，轨上的高度可以高达27 m，在这一过程中，抓斗自身所承受的拉力都来自于升降钢丝绳，当升降钢丝绳与开闭钢丝绳被匀速释放后，抓斗将会自然地进行敞开，并缓慢地进行降落，一直下降到船舶的货摊上面。

2.2.2 空斗取货工况

当空斗处于一种敞开状态下落到货物上时，需要将升降钢丝绳放松一小节，其目的是让升降钢丝绳进入微松状态，当空斗受自身重力影响，下颚齿将会直接插入货物中，这个时候要让升降钢丝绳保持不运作，将开闭钢丝绳进行收缩，以此来完成闭合抓斗抓取物料的工作。

2.2.3 满斗回升工况

当下颚齿要发生闭合，这时需要开启升降钢丝绳与开闭钢丝绳，让两者一起进行收缩，这样能够让抓斗在紧闭状态下得到有效回升。如果满斗是在离开货物的前期，抓斗自身所承担的重量由开闭钢丝绳承受，在此基础上，随着满载抓斗的继续上升过程，再逐渐形成升降、开闭钢丝绳的均衡负载。当小车往回收缩时，需要同时把抓斗进行升起，以此来有效确保抓斗曲线提升过程中，不会出现抓斗摇摆的情况。

2.2.4 开斗卸货工况

当桥式抓斗卸船机与卸料口的位置比较接近时，小车系统需要紧急制动，此时尽可能地去使用抓斗惯性来进行抛料。如果满斗处于卸料口的上方，则需要快速松开开闭钢丝绳。通常情况下，这时的抓斗重量需要由升降钢丝绳来承担，抓斗通过货物重力的不断驱使下，会自动把满斗敞开，然后把散货抛落到卸料口。

通过定期检测按照以上四种工况对小车系统进行状态检测，将获取到的检测数据做出特征提炼，可以获取到9 个卸船机设备状态的特征参量，这9 个特征参量分别是振动速度的方根幅值、均方根值、偏态指标、方差指标、峭峰指标、波度指标、峰值指标、脉动指标、裕度指标。此外，在卸船机小车系统主要位置处，选用了23 个最能代表卸船机设备状态的传感测点，这些传感测点按照检测点为主的不同分成了三组，具体为：第一组主要用来监测驱动电机、减速器的振动；第二组主要用来检测金属结构系统中大梁、小门架及轨道上的振动与冲击；第三组主要用来检测大梁、小门架等金属结构的受力情况。

3 桥式抓斗卸船机故障预警研究

通过对桥式抓斗卸船机状态监测进行研究，开发桥式抓斗卸船机故障预警系统可以分成四个模块，即预警分析、数据库、预警评价与发布、预控及响应。

3.1 预警分析

对于预警分析模块来说，在抓斗卸船机故障预警系统中，是最关键的一个模块[4]。其主要是根据监测数据与以往的故障数据库，采用科学有效的预测方法，来对卸船机即将要发生的一些故障进行预测分析，进而更好地做出合理的预判。此外，再结合人力、物力以及经济实力，进而制定一套完整的解决方案，预警分析模块的高效运行，在很大程度上保障了整个预警系统的高效运行。

3.2 数据库

对于数据库模块而言，是抓斗卸船机故障预警系统的基础。其主要为检测系统中的硬件部分，在抓斗卸船机系统中，通过一些传感器、应力片及仪表设备等硬件设备，来有效收集卸船机中所包含的基本信息、运行信息以及故障信息等内容。同时，将所获取到的检测数据利用无线传输的方式，有效储存到硬盘中[5]。

3.3 预警评价与发布

通过预警评价与发布模块在抓斗卸船机故障预警系统中的应用，能够更好地将故障信息进行定量化与条理化，也能够更加有利于及时去发布相关信息。使用该模块除了能帮助工作人员及时地对即将发生的故障进行分级，还能够快速且准确地发出警告，以引起工作人员注意，及时确认并排除故障。

3.4 预控及响应

预控及响应模块主要指的是根据卸船机即将发生故障的预测与评价状况，所采取的一些有效处理措施，或者是应急预案。使用该模块在抓斗卸船机故障预警系统的应用，能有效避免故障发生，尽可能地减少一些不必要的经济损失与不良影响。此外，在预控及响应模块中，还需要结合预警的级别与内容，快速完成卸船机故障处理准备，让卸船机系统得以正常运行。