超期港口机械设备的修复与智能化改造分析

张 林

（天津港第一港埠有限公司，天津 300456）

0 引言

港口中超期服役机器装备的种类多样，生产安全隐患大，部分机械装备有新老焊接材料及单机控制体系不能升级和改造的问题。所以，公司应对超期服役港口机械装备构造欠缺的修整思路进行剖析，以便机械装备的使用年限得到科学增长，使港口生产率提高。

1 工程概况

项目计划将南区5#～7#泊位改建成两个50 000 t、一个10 000 t 的专业化煤炭泊位，一期出口煤的年设计吞吐量是2500 万吨，二期可达4000 万吨。该项目总规模为13 台的大型港口机械设备的改装工作，包括编号S1-S5 堆料机5 台及编号为R1-R4、R5、R7-R9 取料机8 台。13 台机器涵盖3 个时代（分别为80、90、00）6 个型号，在改造期间存在图纸不足、焊接新老材料等诸多困难。

2 超龄服役港口机械设备现状

港口施工东区现有大型机器13 台需移到施工南区升级改造，1986 年S1 堆料机投入使用（图1），至今已运转30 余年，左边臂架销轴没有润滑油，销轴和铜套卡在一起，销轴上出现麻点和严重孔蚀现象，臂架底部钢构造有严重生锈腐蚀及变形情况。吊卸期间，不能从L 架铰点支座将侧销轴拔出，应切断铰点支座让臂架和L 架分开，等臂架放到地面后进行去锈、打磨和锤击等处理，然后拔出销轴。通过检查发现无润滑，销轴和铜套连接面已出现严重麻点和孔蚀，铰点钢构造有严重的生锈腐蚀。所以改造之前，应先收集和测试这类结构故障欠缺处的受力情况，再按照测试成果测评构造的健康状况同时给出相应对策，最后对焊缝进行外形测试、无损测试和应用期间的动应力检测，以判定其修理结果是否安全可靠[1]。

图1 港口堆料机

3 超龄服役港口机械设备结构弊端修复计划

3.1 结构欠缺的部位、种类及受力情况的收集和测试

经现场调查和实测，处理问题如下：①测试和分析构件裂痕种类；②检查和分析构件腐蚀状况；③检验和分析锈蚀状况；④检验和判定其余种类的欠缺。

3.2 构造健康情况测评和修理办法计划

经理论分析和运算，处理下面4 个问题：①构造健康状况指标和测评体系；②分析构造无效形式和影响；③明确重点修理内容的办法；④港口堆取料机构造欠缺测评和修理计划。

3.3 修复技术方案

以测试成果和理论研究为基础，给出修复技术方案。

（1）根据构件的欠缺部位和种类，明确修理计划：①修理构件裂痕。按照构件现场裂痕状态（如贯穿性裂痕、部分表面裂痕和裂痕大小等）制定相应修理计划（如割除改换新构件、去除裂痕后焊接修补等）；②修理构件的腐蚀。按照构件现场腐蚀状况（如腐蚀坑的样式、尺寸、厚度和分布状况等）制定相应的修理计划（如割除改换新构件、去除裂痕后焊接修补等）；③修理构件的锈蚀。按照构件现场锈蚀状态（如锈蚀厚度和分布状况等）制定相应的修理计划（如割除改换新构件、去除裂痕后焊接修补等）[2]。

（2）焊接修复技术的优化与技术文件拟定：①对部分修复位置进行数学建模；②在割除过程中，分析对应割除构件的温度场、应力场和变形状况，制定合适的割除技术计划；③对焊接过程中温度场、应力场和焊接变样状况进行分析，对焊接技术计划进行优化；④拟定焊接技术文件。

3.4 修理效果测试

对焊缝进行外形测试、无损测试和应用期间的动应力检测：①测试和分析修理后焊接接头的位置和焊接修补位置，保证修理质量；②在完成修理应用时，检查修理位置和危险位置结构的动应力情况，确保修理质量。

4 超龄服役港口机械设备智能润滑系统改造

4.1 系统组成及工作原理

当代计算机信息技术、控制技术、大数据收集分析技术及当代润滑技术组合在一起形成堆料机、取料机智能润滑系统。控制系统的可靠性和简洁性及记录系统各类工作数据、分析解决办法是影响智能润滑系统的重要因素。取、堆料机各配置2 套单独的智能润滑系统，配置3 套单独的智能润滑系统于装船机，智能润滑系统包含全部装备的全部润滑点，通过智能润滑系统自行润滑。各套智能润滑系统均含有触摸式工控机的本地电子控制箱，能够单独运行，在本地触摸屏上现场设定和操纵，并根据事先设置的打油时间及数量自行打油。在各润滑分支上都能设置打油数量及时间。每个润滑泵站单独运行，互不干扰，将打油及故障状况具体记录下来。各泵站都配有若干电磁阀模组（3 口、4 口、5口或6 口）。电磁阀模组流出的油先按相同数量或成比例通过逐步分配器分配后，然后传送至各个润滑点。全部分配器都安装动作监测按钮。主管路出现漏油或任一润滑点出现阻塞，均可引起润滑系统报警[3]。

堆料机、取料机智能润滑系统包括：润滑泵站、主管路、电磁阀模组、分支管路、逐步式分配器和智能润滑控制体系。泵站送出润滑油，经主管路输送到每个电磁阀模组的油入口，此时若开启其中一个电磁阀，润滑油由对应的分支管路注入至对应的润滑点（或逐步式分配器，通过分配器按照一定比例准确分配好然后输送到润滑点）。实际工作中，一个泵站同时仅有一个电磁阀打开，因此各条油路都是单独的，和别的油路互不干扰。

该系统选用工控机与RS485 总线收集控制模组完成对所有装备的智能润滑控制线路的分布收集与控制，可以按时、按量给每个加油点加油，可对系统中每个加油点的工作情况进行测试，生成具体的日志记录，并在系统产生问题时可发出警报，保证准时将充足的润滑油加到加油点。并且系统具备自动重新启动性能，在工控机和RS485 数据收集控制模组间通信中止20 s以上后，计算机自动断电，10 s 后重新送电，以保证系统长久平稳运行。

该系统由电控分系统与润滑油供应分系统组成。电控分系统包括：泵站当地电控箱、RS485 总线收集控制模组。各电控箱中的主要部分有高性能工控机、RS485 总线收集控制模组及逻辑电路。RS485 收集控制模组、电磁阀和接近开关构成泵站外面的各电磁阀箱。设置在各逐步式分配器上的行动指令接近开关，当分配器不工作时可向主控制系统反应信号，并发出警报。

4.2 堆料机、取料机和装船机智能润滑系统的特征

（1）该系统具有极强的适应能力，在多数港口大机械使用场合中能全部替代双线与单线润滑系统。1 套智能润滑系统能向以润滑泵为圆心的100 m 半径区域中数以千计润滑点提供润滑油。在主管路与电缆能触及的位置安装电磁阀模组，能在电磁阀后端与润滑点相接，还能与逐步式分配器相接。在具有IP55 防护级别的防护箱中安装电磁阀模组，能承受任何旋转甚至强度区域中的极速旋转。

（2）智能润滑系统能按照用户需求进行操纵界面的设计和润滑位置定名。用户的应用习惯、润滑管理标准等，都能根据需求在软件中编写。系统使用和整个装备布置相吻合的操作界面，操纵容易、直观（图2）。

图2 智能润滑系统操作界面

（3）系统主控使用ARM 系列工控机、WINCE 操纵系统及RS485 总线控制构架，安装压力、油位等各类测试反馈装备。软件采用直观的图样界面，并提供清晰的文本菜单，让顾客可通过文字理解。同时对后台进行周密的监测并分析运作数据，在运作数据反常时，系统就会进入精密运作形式，完成具体的自动检测与维修，当发现有问题时，就会发送警报。

（4）具体的日志记录功用。日志分级呈现，包含了加油记录、运作记录、故障记录、行动压力时序记录等，为修复系统和查找生产管理提供参考，累积的数据也能用来统计分析以增强润滑系统的利用率。

（5）智能润滑系统无背压，无主分配器阻力，润滑泵能向润滑点（或终端分配器）施加直接压力，且管路压力能随着阻力的增加或减少而变化。就是随温度下降管路压力自动升高，随温度升高管路压力自动下降。所以在同一要求下温度和距离有很好的实用性。

5 智能洒水除尘喷淋抑尘系统改造技术

堆、取料机智能洒水除尘喷淋抑尘系统主要包括进水设备、水箱、空压机、水泵、管路、喷嘴、手动阀、电磁阀、单向阀、自动排水阀、过滤器、压力计、流量表、液位计、电伴热和保温系统等，地面供应水用进水栓，机上用水可由地上提供水源或由水箱用水泵供应。该设备有远程自动与现场手动两种功能，自动方式下能在驾驶室开关系统、手动方式下能用水泵周围的本地操控箱上手动开关水泵和电磁阀。驾驶室操纵台及现场操纵箱安装水泵工作指示灯与液面指示灯，驾驶员能按材料含水率、天气情况和扬尘状况来调节喷洒水量，达到环境保护要求[4]。

供水及泄水技术如下：①从地面进水栓为大机器给水，进水口接头布置于上水栓，水管卷盘安装在大机门腿位置行走台车上。机上除尘用水由地面直接供应或由水箱用水泵提供，并安装对应切换阀，驾驶员应按真实状况不定时人为接通给水箱供应；②将高压冲刷安装在旋转平台、中央漏斗和悬臂头部漏斗四周，预先保留管道接口，并配有高压软管20 m；③将自动排水阀安装于水泵及管道底部，结束喷水后可自行排水。

6 结束语

对超期服役港口机械设备构造欠缺修复工艺的研究思路进行系统分析，并对超期服役堆料机、取料机智能润滑系统及智能洒水除尘系统改造技术进行概括，取得下列论断：①经分析机械构造欠缺和新老原料焊接主要工艺，完成对超期服役大型港口堆、取料机构造健康情况评价，制定修复技术计划，并对构造欠缺修复位置实施成果检验；②对超期服役堆、取料机旧有润滑系统存在的不足，进行有关的设计，实现了大机从人工润滑到智能化的转变，使系统智能程度提高；③通过对超期服役堆、取料机洒水喷淋情况进行验证，重新对其设计，完成大机从单一冲刷功用到智能洒水喷淋抑尘系统的转变，使港口环境品质得到改进，提高节能效益；④在常规工作条件下可有效增加超期服役港口机械设备的使用年限，减少单位能源消耗，提升工作效率，与智慧港口开发策略相一致。