新型全自动抓斗卸船系统
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整个卸船任务的总耗时 T t T t = T p + T j + T c,
式中: T p 为作业准备阶段耗时; T j 为卸船阶段耗时; T c 为清舱阶段耗时。
卸船阶段耗时为; T j = T u + T sl + T sc + T m + T w,
式中: T u 为卸船工作循环耗时; T sl 为卸船作业线切 换耗时; T sc为卸船作业舱切换耗时; T m 为故障维护 耗时; T w 为流程等待耗时。
为了弥补手动和半自动卸船方式的不足, 受岸 边集装箱起重机全自动系统的启发, 课题组创新性 地提出了一套卸船机全自动化解决方案。在现有手 动和半自动卸船功能的基础上, 增加轮廓检测装置 进行船舱位置和物料分布的实时自动检测, 完全取 代了作业过程中的各种司机手动设置和操作, 实现 整舱的连续自动卸船。
4. 2 系统运行模式
为了提供最大的工作可靠性和灵活性, 本系统 提供 3 种运行模式: 手动、半自动和全自动。通过司 机室操作台的模式选择旋钮选取。各模式自下而上 提供模式兼容:
( 1) 选择“手动”模式时, 所有机械动作均由司机 操控。
( 2) 选择“半自动”模式时, 可以运行“半自动”和 “手动”模式。“半自动”模式运行的先决条件, 是司机 在监控软件中先手动设定船舱位置、高度、舱口尺寸 等参数。如果抓斗起升到设定的安全高度后, 当司机 踩下“自动运行”踏板时, 系统将自动控制小车返回 料斗上方、抓斗开启卸料、小车返回上一取料点位 置。抓斗悬停于取 料点上方, 待司机松开“自动运 行”踏板后控制抓斗下降抓料、起升。
为提高散货码头系统作业效率和通过能力, 国 内外研究机构通过与制造厂家合作, 进行了具有较 高自 动化控制功 能的散货 装备的研究 开发工
收稿日期: 2008-04-24. 资助项 目: 国家科技支 撑计划资 助项目( 2006BA H02A 17) ; 上 海市科委产学研专项项目( 06D Z11310) 。 作者简介: 王 建( 1980- ) , 男, 博士生. 联 系 人: 姚振 强, 教授, 博士生 导师; 研 究方 向: 先进 制造 技 术、机 器视觉、装备 自动 化等; E -m ail : zqyao@ sj tu . edu . cn.
一般情况下, 卸船阶段T j 在总任务耗时T t 中往 往占有90% 以上的比例。因此, 提高码头卸船任务效 率的主要目标就是提高卸船阶段的工作效率。而在 此阶段, 正常工作循环时段是卸船机处于工作状态 的时间, 其它时段都可视为辅助卸船时段。因而, 在 同等作业载荷的条件下, 尽量减少卸船阶段各步骤 的耗时, 是提升卸船机工作性能的关键因素。
新型全自动抓斗卸船系统
王 建1, 姚振强1, 包起帆2, 孙 斌3, 葛中雄2, 芦 清3
( 1. 上海交通大学 机械与动力工程学院 机械系统与振动国家重点实验室, 上海 200240; 2. 上海国际港务( 集团) 股份有限公司, 上海 200082; 3. A BB( 中国) 有限公司 起重机与港口自动化部, 上海 200001)
4. 1 全自动卸船方案
在全自动化方式下, 司机只需要把卸船机移动 到作业船舱的范围内, 启动轮廓检测系统对船舱进 行扫描, 计算出舱口的位置、高度及舱内物料的分布 情况, 并以图形方式显示在司机室监控屏幕上。司机 根据物料的分布选择合适的卸船策略, 系统自动产 生优化的卸船动作路径。
经司机确认后, 自动开始卸船作业。在自动卸船 作业过程中, 扫描设备对作业区域进行实时扫描并 更新舱口位置、高度以及舱内物料分布, 据物料的实 际分布自动计算返程点的位置, 并更新运行参数。卸 船作业开始后, 便无须任何司机手动操作。
摘 要: 针对抓斗卸船机司机劳动强度大、安全性低、机械可靠性无法保证等一系列难题, 首创性地提出了
一套全自动化卸船作业方案。对该方案做出了详细阐述, 包括系统运行模式、作业流程和几种策略优化方法,
并与传统卸船工艺做了综合详尽的对比分析。该全自动抓斗卸船机在上海港罗泾矿石码头实施后, 经过轻重
载调试目前已投入正式生产。对装备性能的全面测试结果证明, 与传统作业方式相比, 该系统作业效率显著
提高, 人员劳动强度大幅降低, 同时为机械运行可靠性和安全性提供了有力保障。
关键词: 全自动抓斗卸船机; 工艺分析; 工艺优化策略; 散货装卸装备自动化; 性能评估
中图分类号: U 653. 928
文献标识码: A
文章编号: 1009-3443( 2010) 03-0284-06
Novel full-automatic grab ship unloader system
WA N G J ian1, YA O Zhen-qiang1, BA O Qi -f an2, SU N B in3 , GE Zhong -x iong 2, L U Qing3
( 1. St ate K ey L abor ato ry of M echanical System and V ibr ation, Shanghai Jiaoto ng U niv er sity, Shang hai 200240, China; 2. Shanghai International Po rt ( Gr oup) Co . , L td, Shang hai 200082, China; 3. Crane & Har bor Systems A BB ( China) L td, Shang hai 200001, China )
3. 3 传统半自动卸船模式的技术瓶颈
目前, 半自动卸船方式主要有 2 个技术瓶颈: ( 1) 需要司机预先设定好船舱的内外侧位置, 半 自动作业的前提是假设这个位置在相当长的时间内 是固定不变的。而在实际情况下, 由于船舱内物料的 变化以及涨潮和落潮的影响, 船身会产生倾斜或上 浮。这时采用半自动方式卸船就存在撞船的危险。 ( 2) 由于舱内散货物料分布不规则, 为了尽量达 到满斗抓料, 避免空抓、少抓以及埋斗等现象, 司机 在启动自动循环时, 需要手动设定下一个循环船舱 上方的返回点。 目前这种半自动控制方式仅限于单个循环内的 有限自动化, 多个循环之间的连接依靠司机的手动 调整, 司机需要经过一段时间的训练才能掌握半自 动控制和手动调整的协调操作。以上 2 个技术瓶颈 在一定程度上限制了半自动方式的应用与普及。
作[ 1, 2] 。 本文通过对物料轮廓自动检测、装备自动控制、
作业策略优化技术展开深入研究, 课题组成功研制 了世界首台全自动作业的抓斗卸船机, 经过近 2 年 的调试和试运行, 2008 年在上海港罗泾港区二期矿 石码头正式投入生产。
第 3 期
王 建, 等: 新型全自动抓斗卸船系统
2 85
2. 2 卸船ຫໍສະໝຸດ Baidu作循环流程
抓斗卸船机的卸船工作循环主要有以下几个步 骤: 小车带动抓斗运动到舱口上方; 抓斗下降至料堆 上; 抓斗闭合抓取物料; 抓斗起升到安全高度; 小车
带动抓斗运动到料斗上方; 抓斗开启卸料。
3 传统抓斗卸船工艺
目前, 国内外的抓斗卸船机具有 2 种作业控制 方式: 手动方式和半自动方式。
桥式抓斗卸船机并没有被连续卸船机所取代或 完全成为连续卸船机完成清舱等工作的辅助设备, 而是在与连续卸船机的竞争中得以存在与发展, 一 方面依赖于其具有的优势适应当前的发展; 另一方 面得益近些年来桥式抓斗卸船机自身的技术进步。
2 抓斗卸船机卸船作业
2. 1 作业进程分解
整个卸船任务进程分为 3 个阶段: 作业准备阶 段、卸船阶段和清舱阶段。
解 放 军 理 工 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版)
第 11 卷
28 6
对司机和设备维护人员提出了更高的要求, 为最大 限度地减少人为因素对作业效率的不利影响, 自动 操作系统应运而生[ 3, 4] 。
在集装箱桥式起重机方面, 全自动化控制技术 已发展多年, 目前已经有一些全自动的岸边集装箱 起重机投入运行[ 5～7] 。通过在桥式抓斗卸船机上增 加传感元件, 来实现部分自动化的系统也有报道, 但 尚未彻底替代司机的手动操作[ 8] 。
3. 1 手动卸船模式
手动方式下, 大车和小车移动、抓斗升降、开闭 斗等动作完全由司机操作。因完全取决于司机的熟 练程度, 卸船效率普遍较低。
3. 2 半自动卸船模式
在半自动方式下, 小车移动和部分抓斗升降、开 闭动作由控制系统程序自动完成, 可以部分消除手 动操作引起的抓斗摇摆和卸料不准等问题, 一定程 度上降低了人为因素的影响, 提高卸船动作的一致 性, 作业效率有所提升。
( 3) 选择“全自动”模式时, 可以运行“全自动”、 “半自动”、“手动”模式。
为了保证系统安全, “全自动”和“半自动”运行 均以司机踩住“自动运行”踏板为条件。司机可以根 据实际情况随时松开踏板, 卸船机机械动作将立即 中断。待司机对设备进行手动操作结束后, 踩下踏板 即可使系统恢复自动卸船作业。在没有司机干预的 情况下, 系统将自动进行卸船作业直至整舱卸船作 业结束。
1 卸船机分类
卸船机的种类较多, 依作业方式可分为连续卸 船机和非连续卸船机。连续卸船机通常是一种专用 的码头装卸设备, 使用不灵活, 如不可卸杂货等, 特 别是对高粘度、大粒度、高含水量、高腐蚀性或高磨 削性的物料进行卸船作业时不宜使用连续卸船机。 在非连续卸船机中主要有门式抓斗起重机、桥式抓 斗卸船机等设备, 在实际对大粒度的煤炭和铁矿石 物料进行卸船作业时, 仍然以桥式抓斗卸船机为主 要装卸装备。
Abstract: In order to solv e a series o f problems such as heav y labo r int ensity and low sy st em mo de securit y and st abilit y, t he f irst full-auto mat ic grab ship-unloading so lut ion in t he w orld w as innovat ed. Solut ions including the operat ion principle, t he pr ocedure and a few st rat eg ies for process opt im izatio n w er e detailed. M eanw hil e, a com prehensive analysis co mpar ed w it h t radit ional processes w as pr esent ed. Aft er light and heavy load t est s f or sev eral m onths, a f ul l-aut om at ic g rab unl oader w as put int o pr act ice in Shanghai L uojing Ore T erminal . Evaluation r esult s pr ove t hat the sy st em prom ot es t he ef ficiency evident ly, alleviates t he labor intensit y dramat ically, and makes a pow er ful g uarantee f or t he operat ing reliabilit y and t he securit y. Key words: f ull-aut om at ic gr ab ship unloader ; process analy sis; str at egies fo r process optim ization; bulk handling equipment aut om at ion; perf ormance evaluat io n
4 全自动卸船工艺
抓斗卸船机平均作业效率还在很大程度上受司 机的操作水平、舱内物料的状况、物料的特性、辅助 作业设备的性能、气象等因素的影响。为有效地提高 桥式抓斗卸船机的作业效率, 除了提高机构速度, 缩 短作业循环中各有关过程的作业时间外, 还有必要 使作业循环中相邻过程交叉重叠地相互衔接。这就
式中: T p 为作业准备阶段耗时; T j 为卸船阶段耗时; T c 为清舱阶段耗时。
卸船阶段耗时为; T j = T u + T sl + T sc + T m + T w,
式中: T u 为卸船工作循环耗时; T sl 为卸船作业线切 换耗时; T sc为卸船作业舱切换耗时; T m 为故障维护 耗时; T w 为流程等待耗时。
为了弥补手动和半自动卸船方式的不足, 受岸 边集装箱起重机全自动系统的启发, 课题组创新性 地提出了一套卸船机全自动化解决方案。在现有手 动和半自动卸船功能的基础上, 增加轮廓检测装置 进行船舱位置和物料分布的实时自动检测, 完全取 代了作业过程中的各种司机手动设置和操作, 实现 整舱的连续自动卸船。
4. 2 系统运行模式
为了提供最大的工作可靠性和灵活性, 本系统 提供 3 种运行模式: 手动、半自动和全自动。通过司 机室操作台的模式选择旋钮选取。各模式自下而上 提供模式兼容:
( 1) 选择“手动”模式时, 所有机械动作均由司机 操控。
( 2) 选择“半自动”模式时, 可以运行“半自动”和 “手动”模式。“半自动”模式运行的先决条件, 是司机 在监控软件中先手动设定船舱位置、高度、舱口尺寸 等参数。如果抓斗起升到设定的安全高度后, 当司机 踩下“自动运行”踏板时, 系统将自动控制小车返回 料斗上方、抓斗开启卸料、小车返回上一取料点位 置。抓斗悬停于取 料点上方, 待司机松开“自动运 行”踏板后控制抓斗下降抓料、起升。
为提高散货码头系统作业效率和通过能力, 国 内外研究机构通过与制造厂家合作, 进行了具有较 高自 动化控制功 能的散货 装备的研究 开发工
收稿日期: 2008-04-24. 资助项 目: 国家科技支 撑计划资 助项目( 2006BA H02A 17) ; 上 海市科委产学研专项项目( 06D Z11310) 。 作者简介: 王 建( 1980- ) , 男, 博士生. 联 系 人: 姚振 强, 教授, 博士生 导师; 研 究方 向: 先进 制造 技 术、机 器视觉、装备 自动 化等; E -m ail : zqyao@ sj tu . edu . cn.
一般情况下, 卸船阶段T j 在总任务耗时T t 中往 往占有90% 以上的比例。因此, 提高码头卸船任务效 率的主要目标就是提高卸船阶段的工作效率。而在 此阶段, 正常工作循环时段是卸船机处于工作状态 的时间, 其它时段都可视为辅助卸船时段。因而, 在 同等作业载荷的条件下, 尽量减少卸船阶段各步骤 的耗时, 是提升卸船机工作性能的关键因素。
新型全自动抓斗卸船系统
王 建1, 姚振强1, 包起帆2, 孙 斌3, 葛中雄2, 芦 清3
( 1. 上海交通大学 机械与动力工程学院 机械系统与振动国家重点实验室, 上海 200240; 2. 上海国际港务( 集团) 股份有限公司, 上海 200082; 3. A BB( 中国) 有限公司 起重机与港口自动化部, 上海 200001)
4. 1 全自动卸船方案
在全自动化方式下, 司机只需要把卸船机移动 到作业船舱的范围内, 启动轮廓检测系统对船舱进 行扫描, 计算出舱口的位置、高度及舱内物料的分布 情况, 并以图形方式显示在司机室监控屏幕上。司机 根据物料的分布选择合适的卸船策略, 系统自动产 生优化的卸船动作路径。
经司机确认后, 自动开始卸船作业。在自动卸船 作业过程中, 扫描设备对作业区域进行实时扫描并 更新舱口位置、高度以及舱内物料分布, 据物料的实 际分布自动计算返程点的位置, 并更新运行参数。卸 船作业开始后, 便无须任何司机手动操作。
摘 要: 针对抓斗卸船机司机劳动强度大、安全性低、机械可靠性无法保证等一系列难题, 首创性地提出了
一套全自动化卸船作业方案。对该方案做出了详细阐述, 包括系统运行模式、作业流程和几种策略优化方法,
并与传统卸船工艺做了综合详尽的对比分析。该全自动抓斗卸船机在上海港罗泾矿石码头实施后, 经过轻重
载调试目前已投入正式生产。对装备性能的全面测试结果证明, 与传统作业方式相比, 该系统作业效率显著
提高, 人员劳动强度大幅降低, 同时为机械运行可靠性和安全性提供了有力保障。
关键词: 全自动抓斗卸船机; 工艺分析; 工艺优化策略; 散货装卸装备自动化; 性能评估
中图分类号: U 653. 928
文献标识码: A
文章编号: 1009-3443( 2010) 03-0284-06
Novel full-automatic grab ship unloader system
WA N G J ian1, YA O Zhen-qiang1, BA O Qi -f an2, SU N B in3 , GE Zhong -x iong 2, L U Qing3
( 1. St ate K ey L abor ato ry of M echanical System and V ibr ation, Shanghai Jiaoto ng U niv er sity, Shang hai 200240, China; 2. Shanghai International Po rt ( Gr oup) Co . , L td, Shang hai 200082, China; 3. Crane & Har bor Systems A BB ( China) L td, Shang hai 200001, China )
3. 3 传统半自动卸船模式的技术瓶颈
目前, 半自动卸船方式主要有 2 个技术瓶颈: ( 1) 需要司机预先设定好船舱的内外侧位置, 半 自动作业的前提是假设这个位置在相当长的时间内 是固定不变的。而在实际情况下, 由于船舱内物料的 变化以及涨潮和落潮的影响, 船身会产生倾斜或上 浮。这时采用半自动方式卸船就存在撞船的危险。 ( 2) 由于舱内散货物料分布不规则, 为了尽量达 到满斗抓料, 避免空抓、少抓以及埋斗等现象, 司机 在启动自动循环时, 需要手动设定下一个循环船舱 上方的返回点。 目前这种半自动控制方式仅限于单个循环内的 有限自动化, 多个循环之间的连接依靠司机的手动 调整, 司机需要经过一段时间的训练才能掌握半自 动控制和手动调整的协调操作。以上 2 个技术瓶颈 在一定程度上限制了半自动方式的应用与普及。
作[ 1, 2] 。 本文通过对物料轮廓自动检测、装备自动控制、
作业策略优化技术展开深入研究, 课题组成功研制 了世界首台全自动作业的抓斗卸船机, 经过近 2 年 的调试和试运行, 2008 年在上海港罗泾港区二期矿 石码头正式投入生产。
第 3 期
王 建, 等: 新型全自动抓斗卸船系统
2 85
2. 2 卸船ຫໍສະໝຸດ Baidu作循环流程
抓斗卸船机的卸船工作循环主要有以下几个步 骤: 小车带动抓斗运动到舱口上方; 抓斗下降至料堆 上; 抓斗闭合抓取物料; 抓斗起升到安全高度; 小车
带动抓斗运动到料斗上方; 抓斗开启卸料。
3 传统抓斗卸船工艺
目前, 国内外的抓斗卸船机具有 2 种作业控制 方式: 手动方式和半自动方式。
桥式抓斗卸船机并没有被连续卸船机所取代或 完全成为连续卸船机完成清舱等工作的辅助设备, 而是在与连续卸船机的竞争中得以存在与发展, 一 方面依赖于其具有的优势适应当前的发展; 另一方 面得益近些年来桥式抓斗卸船机自身的技术进步。
2 抓斗卸船机卸船作业
2. 1 作业进程分解
整个卸船任务进程分为 3 个阶段: 作业准备阶 段、卸船阶段和清舱阶段。
解 放 军 理 工 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版)
第 11 卷
28 6
对司机和设备维护人员提出了更高的要求, 为最大 限度地减少人为因素对作业效率的不利影响, 自动 操作系统应运而生[ 3, 4] 。
在集装箱桥式起重机方面, 全自动化控制技术 已发展多年, 目前已经有一些全自动的岸边集装箱 起重机投入运行[ 5～7] 。通过在桥式抓斗卸船机上增 加传感元件, 来实现部分自动化的系统也有报道, 但 尚未彻底替代司机的手动操作[ 8] 。
3. 1 手动卸船模式
手动方式下, 大车和小车移动、抓斗升降、开闭 斗等动作完全由司机操作。因完全取决于司机的熟 练程度, 卸船效率普遍较低。
3. 2 半自动卸船模式
在半自动方式下, 小车移动和部分抓斗升降、开 闭动作由控制系统程序自动完成, 可以部分消除手 动操作引起的抓斗摇摆和卸料不准等问题, 一定程 度上降低了人为因素的影响, 提高卸船动作的一致 性, 作业效率有所提升。
( 3) 选择“全自动”模式时, 可以运行“全自动”、 “半自动”、“手动”模式。
为了保证系统安全, “全自动”和“半自动”运行 均以司机踩住“自动运行”踏板为条件。司机可以根 据实际情况随时松开踏板, 卸船机机械动作将立即 中断。待司机对设备进行手动操作结束后, 踩下踏板 即可使系统恢复自动卸船作业。在没有司机干预的 情况下, 系统将自动进行卸船作业直至整舱卸船作 业结束。
1 卸船机分类
卸船机的种类较多, 依作业方式可分为连续卸 船机和非连续卸船机。连续卸船机通常是一种专用 的码头装卸设备, 使用不灵活, 如不可卸杂货等, 特 别是对高粘度、大粒度、高含水量、高腐蚀性或高磨 削性的物料进行卸船作业时不宜使用连续卸船机。 在非连续卸船机中主要有门式抓斗起重机、桥式抓 斗卸船机等设备, 在实际对大粒度的煤炭和铁矿石 物料进行卸船作业时, 仍然以桥式抓斗卸船机为主 要装卸装备。
Abstract: In order to solv e a series o f problems such as heav y labo r int ensity and low sy st em mo de securit y and st abilit y, t he f irst full-auto mat ic grab ship-unloading so lut ion in t he w orld w as innovat ed. Solut ions including the operat ion principle, t he pr ocedure and a few st rat eg ies for process opt im izatio n w er e detailed. M eanw hil e, a com prehensive analysis co mpar ed w it h t radit ional processes w as pr esent ed. Aft er light and heavy load t est s f or sev eral m onths, a f ul l-aut om at ic g rab unl oader w as put int o pr act ice in Shanghai L uojing Ore T erminal . Evaluation r esult s pr ove t hat the sy st em prom ot es t he ef ficiency evident ly, alleviates t he labor intensit y dramat ically, and makes a pow er ful g uarantee f or t he operat ing reliabilit y and t he securit y. Key words: f ull-aut om at ic gr ab ship unloader ; process analy sis; str at egies fo r process optim ization; bulk handling equipment aut om at ion; perf ormance evaluat io n
4 全自动卸船工艺
抓斗卸船机平均作业效率还在很大程度上受司 机的操作水平、舱内物料的状况、物料的特性、辅助 作业设备的性能、气象等因素的影响。为有效地提高 桥式抓斗卸船机的作业效率, 除了提高机构速度, 缩 短作业循环中各有关过程的作业时间外, 还有必要 使作业循环中相邻过程交叉重叠地相互衔接。这就