史程斌+謝逸

碼頭設(shè)備更新主要有以下基本類型：（1）以擴(kuò)大設(shè)備擁有量為主；（2）以更新設(shè)備為主；（3）更新設(shè)備和擴(kuò)大設(shè)備擁有量并舉。不斷優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備，改善設(shè)備性能并提高設(shè)備生產(chǎn)率是提高碼頭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。碼頭設(shè)備技術(shù)改造需要花費(fèi)大量資金和時(shí)間，而小型技術(shù)改造則可以達(dá)到利用有限的資金和時(shí)間實(shí)現(xiàn)利益最大化的效果。本文以寧波遠(yuǎn)東碼頭經(jīng)營(yíng)有限公司（以下簡(jiǎn)稱遠(yuǎn)東碼頭）為例，提出碼頭設(shè)備小型技術(shù)改造方案，并介紹改造情況及效果，以期為其他港口碼頭類似小型技術(shù)改造提供借鑒。

1 岸橋吊具感應(yīng)限位壽命監(jiān)視系統(tǒng)

1.1 改造前存在的問(wèn)題

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在對(duì)岸橋吊具感應(yīng)限位實(shí)施技術(shù)改造前，遠(yuǎn)東碼頭岸橋吊具限位故障每月平均修理時(shí)間超過(guò)，受此影響，岸橋每月平均作業(yè)時(shí)間減少以上。此外，岸橋吊具感應(yīng)限位故障是岸橋故障率偏高的主要原因。

遠(yuǎn)東碼頭設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：岸橋吊具感應(yīng)限位故障較為嚴(yán)重，吊具感應(yīng)限位老化問(wèn)題較為突出；雖然吊具感應(yīng)限位故障處理耗時(shí)不長(zhǎng)，但其高發(fā)性的特點(diǎn)使故障率直線上升，總體對(duì)船期影響較大。采用要因確認(rèn)的方法，確定造成岸橋吊具限位故障頻發(fā)及限位損壞的主要原因是限位使用年限將滿，但由于產(chǎn)品批次不同，難以統(tǒng)一處理。雖然采用大批量更換的方式能徹底解決此問(wèn)題，但成本過(guò)高，而且會(huì)造成資源浪費(fèi)。為此，有必要在技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性分析的基礎(chǔ)上，對(duì)岸橋吊具感應(yīng)限位實(shí)施小型技術(shù)改造，以減少資源浪費(fèi)，節(jié)約碼頭成本。

1.2 改造方案

（1）對(duì)吊具西門子程序進(jìn)行編程，并制作便攜式讀取器。對(duì)遠(yuǎn)東碼頭20臺(tái)RAM吊具內(nèi)部西門子程序進(jìn)行添加，并改造觸摸屏，使其能夠方便、快捷地讀出各限位的使用次數(shù)；定期統(tǒng)計(jì)各限位使用次數(shù)，報(bào)廢使用年限已滿的限位，從而避免發(fā)生限位故障。

（2）通過(guò)討論、分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查相結(jié)合的方法，更新吊具保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格執(zhí)行。吊具保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新和完善有利于降低限位損壞概率，延長(zhǎng)限位使用壽命。

1.3 改造實(shí)施

為便于維修人員操作，系統(tǒng)采用普洛菲斯可編程人機(jī)界面作為便攜式讀取器，讀取吊具各感應(yīng)限位開關(guān)的使用次數(shù)，從而獲得感應(yīng)限位開關(guān)的極限使用次數(shù)，以便預(yù)防因感應(yīng)限位開關(guān)損壞而引發(fā)的各類故障。觸摸屏界面編寫力求簡(jiǎn)潔，以便維修人員現(xiàn)場(chǎng)操作。觸摸屏上設(shè)有感應(yīng)開關(guān)位置鍵、邊鎖限位鍵、中部限位鍵、尺寸限位鍵、數(shù)據(jù)清零鍵、主界面返回鍵等。

同時(shí)，對(duì)吊具的西門子程序進(jìn)行優(yōu)化：增加40個(gè)限位計(jì)數(shù)功能塊；使用通信數(shù)據(jù)連接線，9針側(cè)插入S7-300可編程邏輯控制器中央處理器上的多點(diǎn)通信接口，開啟電源后即可實(shí)現(xiàn)西門子可編程邏輯控制器與觸摸屏之間的連接，讀取需要的限位使用次數(shù)。

1.4 改造效果

遠(yuǎn)東碼頭自應(yīng)用岸橋吊具感應(yīng)限位壽命監(jiān)視系統(tǒng)以來(lái)，檢測(cè)出一批老化的限位并及時(shí)更換；同時(shí)，由于保養(yǎng)方式得以優(yōu)化，使吊具感應(yīng)限位使用壽命延長(zhǎng)，設(shè)備故障率下降至原來(lái)的30%。

2 岸橋俯仰鋼絲繩松繩限位防卡裝置

2.1 改造前存在的問(wèn)題

岸橋作業(yè)時(shí)，俯仰鋼絲繩松繩機(jī)構(gòu)頻發(fā)限位電氣故障，導(dǎo)致裝卸作業(yè)效率下降，嚴(yán)重影響船期及設(shè)備完好率。俯仰鋼絲繩松繩檢測(cè)機(jī)構(gòu)由1對(duì)機(jī)械式杠桿及2個(gè)機(jī)械式行程限位組成。由于工作環(huán)境較為惡劣（如油污嚴(yán)重等），導(dǎo)致俯仰鋼絲繩松繩檢測(cè)機(jī)構(gòu)元件故障頻發(fā)，具體表現(xiàn)為限位易在某個(gè)工作角度卡住而無(wú)法自動(dòng)回位，導(dǎo)致俯仰機(jī)構(gòu)不能正常運(yùn)行。

2.2 故障原因分析

（1）俯仰鋼絲繩松繩檢測(cè)裝置處于岸橋最高處的A字梁平臺(tái)，容易受外界環(huán)境的影響，由于海邊空氣中的鹽分較多，加之長(zhǎng)期受灰塵侵蝕，導(dǎo)致機(jī)械限位不靈活而出現(xiàn)卡死的情況。

（2）岸橋正常作業(yè)時(shí)，俯仰機(jī)構(gòu)下放至水平位置，此時(shí)鋼絲繩處于松繩狀態(tài)，機(jī)械式杠桿壓在松繩限位上；伴隨作業(yè)時(shí)鋼絲繩的晃動(dòng)，機(jī)械式杠桿連帶松繩限位以30～40次/min的頻率浮動(dòng)，使松繩限位的機(jī)械壽命受到極大損耗。

（3）雖然故障修復(fù)較容易，但修復(fù)耗時(shí)較長(zhǎng)。由于故障點(diǎn)在A字梁平臺(tái)上，上下平臺(tái)耗時(shí)較長(zhǎng)，若遇惡劣天氣，攀登維修作業(yè)存在人身安全隱患，同時(shí)會(huì)影響橋吊作業(yè)。

2.3 改造方案

俯仰鋼絲繩松繩檢測(cè)裝置參與俯仰鋼絲繩收放工況控制，并對(duì)俯仰鋼絲繩收放起到安全保護(hù)作用；因此，俯仰鋼絲繩松繩限位防卡改造方案需要兼顧機(jī)構(gòu)的安全性和可靠性，同時(shí)還要考慮成本因素。此外，由于俯仰鋼絲繩松繩檢測(cè)裝置是機(jī)械式杠桿與電氣元件的組合，改造方案不得損害原設(shè)計(jì)的完整性，以保證其應(yīng)有的功能，降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還須滿足維修便捷、成本低廉的工程要求。

根據(jù)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局特種設(shè)備安全監(jiān)察局的明文規(guī)定，設(shè)備的重要保護(hù)裝置必須采用機(jī)械式行程限位。為此，在不改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的前提下，設(shè)計(jì)俯仰鋼絲繩松繩機(jī)械行程限位連帶部件（即松繩限位防卡裝置，見圖1）。將松繩限位防卡裝置的主體固定于機(jī)械式杠桿的擋板上，工作部件套于行程限位桿頂端的滾軸上，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械式杠桿對(duì)行程限位的連帶拉動(dòng)。在松繩限位機(jī)械卡死的情況下，可用機(jī)械式橫桿的復(fù)位帶動(dòng)松繩限位復(fù)位來(lái)消除故障。

以遠(yuǎn)東碼頭的2號(hào)岸橋?yàn)槔?，在加裝松繩限位防卡裝置前，其原松繩限位已處于嚴(yán)重磨損狀態(tài)，技術(shù)人員在不更換元器件的前提下，為其安裝松繩限位防卡裝置（見圖2）。該岸橋正常作業(yè)3個(gè)月來(lái)，未發(fā)生一起由松繩限位引起的俯仰機(jī)構(gòu)故障。

2.4 改造效果

遠(yuǎn)東碼頭岸橋?qū)嵤└┭鲣摻z繩松繩限位防卡裝置改造后，年均節(jié)約成本達(dá)數(shù)萬(wàn)元人民幣，由松繩限位引起的岸橋俯仰機(jī)構(gòu)故障下降70%，對(duì)提升碼頭作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)效益的效果顯著。

3 變頻器電容快速放電

3.1 改造前存在的問(wèn)題

橋吊變頻器發(fā)生故障時(shí)，大多需要更換變頻器控制板及接觸器。更換這些元器件需要將變頻器直流母排電容放完電后才能進(jìn)行，由于放電一般需要15～，嚴(yán)重影響維修效率，進(jìn)而對(duì)碼頭作業(yè)效率造成影響。為此，有必要制作大容量電容快速放電裝置，實(shí)現(xiàn)變頻器直流母排電容快速放電，以縮短維修時(shí)間。

3.2 改造方案

3.2.1 放電電阻選型

以遠(yuǎn)東碼頭安川H5系列功率單元為例：其單個(gè)電容的容量C=8 200 F，一相配備4個(gè)電容，總共為12個(gè)。

電容帶電荷量Q=CU，式中：Q為電容充滿電的電荷量，C；C為電容的容量， F；U為直流電壓，V。經(jīng)計(jì)算，電容帶電荷量為63.96 C。

單位時(shí)間通過(guò)導(dǎo)體的電流I=Q/t。按放電時(shí)間t=計(jì)算，單位時(shí)間通過(guò)導(dǎo)體的電流為0.355 A/s。

進(jìn)一步計(jì)算得出直流電路電阻為1 830 ，電阻器（純電阻電路）的功率為。

經(jīng)過(guò)分析，選擇電阻為、功率為250 W的電阻器及電阻為、功率為的電阻器協(xié)同放電，通過(guò)帶繼電器輸出的電壓表進(jìn)行放電電阻器切換（見圖3）。

3.2.2 放電裝置應(yīng)用

電壓表連接電源后，將高壓放電夾夾在變頻器直流母排的正負(fù)兩極上，接著合上總閥的開關(guān)，的電阻器開始放電；當(dāng)直流母排電壓達(dá)到設(shè)定的時(shí)，電壓表內(nèi)輸出繼電器動(dòng)作，放電電阻器切換到小電阻器進(jìn)行放電。該放電裝置從安裝到耗盡剩余電量的時(shí)間不超過(guò)，大大節(jié)省變頻器修理時(shí)間，對(duì)確保碼頭生產(chǎn)效率具有積極意義。

4 結(jié)束語(yǔ)

港口碼頭設(shè)備的技術(shù)狀況是影響港口碼頭企業(yè)生產(chǎn)效率、能源消耗和經(jīng)濟(jì)效益的重要因素，碼頭設(shè)備技術(shù)改造和更新速度也是影響港口碼頭企業(yè)技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)開拓的重要因素。碼頭設(shè)備小型技術(shù)改造有利于降低碼頭生產(chǎn)成本，若加以有效利用，可以產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)備小型技術(shù)改造可以利用有限成本獲得可觀效益，滿足碼頭生產(chǎn)成本與效益協(xié)調(diào)發(fā)展的需求，值得港口碼頭企業(yè)推廣應(yīng)用。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-08-28）

碼頭設(shè)備更新主要有以下基本類型：（1）以擴(kuò)大設(shè)備擁有量為主；（2）以更新設(shè)備為主；（3）更新設(shè)備和擴(kuò)大設(shè)備擁有量并舉。不斷優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備，改善設(shè)備性能并提高設(shè)備生產(chǎn)率是提高碼頭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。碼頭設(shè)備技術(shù)改造需要花費(fèi)大量資金和時(shí)間，而小型技術(shù)改造則可以達(dá)到利用有限的資金和時(shí)間實(shí)現(xiàn)利益最大化的效果。本文以寧波遠(yuǎn)東碼頭經(jīng)營(yíng)有限公司（以下簡(jiǎn)稱遠(yuǎn)東碼頭）為例，提出碼頭設(shè)備小型技術(shù)改造方案，并介紹改造情況及效果，以期為其他港口碼頭類似小型技術(shù)改造提供借鑒。

1 岸橋吊具感應(yīng)限位壽命監(jiān)視系統(tǒng)

1.1 改造前存在的問(wèn)題

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在對(duì)岸橋吊具感應(yīng)限位實(shí)施技術(shù)改造前，遠(yuǎn)東碼頭岸橋吊具限位故障每月平均修理時(shí)間超過(guò)，受此影響，岸橋每月平均作業(yè)時(shí)間減少以上。此外，岸橋吊具感應(yīng)限位故障是岸橋故障率偏高的主要原因。

遠(yuǎn)東碼頭設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：岸橋吊具感應(yīng)限位故障較為嚴(yán)重，吊具感應(yīng)限位老化問(wèn)題較為突出；雖然吊具感應(yīng)限位故障處理耗時(shí)不長(zhǎng)，但其高發(fā)性的特點(diǎn)使故障率直線上升，總體對(duì)船期影響較大。采用要因確認(rèn)的方法，確定造成岸橋吊具限位故障頻發(fā)及限位損壞的主要原因是限位使用年限將滿，但由于產(chǎn)品批次不同，難以統(tǒng)一處理。雖然采用大批量更換的方式能徹底解決此問(wèn)題，但成本過(guò)高，而且會(huì)造成資源浪費(fèi)。為此，有必要在技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性分析的基礎(chǔ)上，對(duì)岸橋吊具感應(yīng)限位實(shí)施小型技術(shù)改造，以減少資源浪費(fèi)，節(jié)約碼頭成本。

1.2 改造方案

（1）對(duì)吊具西門子程序進(jìn)行編程，并制作便攜式讀取器。對(duì)遠(yuǎn)東碼頭20臺(tái)RAM吊具內(nèi)部西門子程序進(jìn)行添加，并改造觸摸屏，使其能夠方便、快捷地讀出各限位的使用次數(shù)；定期統(tǒng)計(jì)各限位使用次數(shù)，報(bào)廢使用年限已滿的限位，從而避免發(fā)生限位故障。

（2）通過(guò)討論、分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查相結(jié)合的方法，更新吊具保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格執(zhí)行。吊具保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新和完善有利于降低限位損壞概率，延長(zhǎng)限位使用壽命。

1.3 改造實(shí)施

為便于維修人員操作，系統(tǒng)采用普洛菲斯可編程人機(jī)界面作為便攜式讀取器，讀取吊具各感應(yīng)限位開關(guān)的使用次數(shù)，從而獲得感應(yīng)限位開關(guān)的極限使用次數(shù)，以便預(yù)防因感應(yīng)限位開關(guān)損壞而引發(fā)的各類故障。觸摸屏界面編寫力求簡(jiǎn)潔，以便維修人員現(xiàn)場(chǎng)操作。觸摸屏上設(shè)有感應(yīng)開關(guān)位置鍵、邊鎖限位鍵、中部限位鍵、尺寸限位鍵、數(shù)據(jù)清零鍵、主界面返回鍵等。

同時(shí)，對(duì)吊具的西門子程序進(jìn)行優(yōu)化：增加40個(gè)限位計(jì)數(shù)功能塊；使用通信數(shù)據(jù)連接線，9針側(cè)插入S7-300可編程邏輯控制器中央處理器上的多點(diǎn)通信接口，開啟電源后即可實(shí)現(xiàn)西門子可編程邏輯控制器與觸摸屏之間的連接，讀取需要的限位使用次數(shù)。

1.4 改造效果

遠(yuǎn)東碼頭自應(yīng)用岸橋吊具感應(yīng)限位壽命監(jiān)視系統(tǒng)以來(lái)，檢測(cè)出一批老化的限位并及時(shí)更換；同時(shí)，由于保養(yǎng)方式得以優(yōu)化，使吊具感應(yīng)限位使用壽命延長(zhǎng)，設(shè)備故障率下降至原來(lái)的30%。

2 岸橋俯仰鋼絲繩松繩限位防卡裝置

2.1 改造前存在的問(wèn)題

岸橋作業(yè)時(shí)，俯仰鋼絲繩松繩機(jī)構(gòu)頻發(fā)限位電氣故障，導(dǎo)致裝卸作業(yè)效率下降，嚴(yán)重影響船期及設(shè)備完好率。俯仰鋼絲繩松繩檢測(cè)機(jī)構(gòu)由1對(duì)機(jī)械式杠桿及2個(gè)機(jī)械式行程限位組成。由于工作環(huán)境較為惡劣（如油污嚴(yán)重等），導(dǎo)致俯仰鋼絲繩松繩檢測(cè)機(jī)構(gòu)元件故障頻發(fā)，具體表現(xiàn)為限位易在某個(gè)工作角度卡住而無(wú)法自動(dòng)回位，導(dǎo)致俯仰機(jī)構(gòu)不能正常運(yùn)行。

2.2 故障原因分析

（1）俯仰鋼絲繩松繩檢測(cè)裝置處于岸橋最高處的A字梁平臺(tái)，容易受外界環(huán)境的影響，由于海邊空氣中的鹽分較多，加之長(zhǎng)期受灰塵侵蝕，導(dǎo)致機(jī)械限位不靈活而出現(xiàn)卡死的情況。

（2）岸橋正常作業(yè)時(shí)，俯仰機(jī)構(gòu)下放至水平位置，此時(shí)鋼絲繩處于松繩狀態(tài)，機(jī)械式杠桿壓在松繩限位上；伴隨作業(yè)時(shí)鋼絲繩的晃動(dòng)，機(jī)械式杠桿連帶松繩限位以30～40次/min的頻率浮動(dòng)，使松繩限位的機(jī)械壽命受到極大損耗。

（3）雖然故障修復(fù)較容易，但修復(fù)耗時(shí)較長(zhǎng)。由于故障點(diǎn)在A字梁平臺(tái)上，上下平臺(tái)耗時(shí)較長(zhǎng)，若遇惡劣天氣，攀登維修作業(yè)存在人身安全隱患，同時(shí)會(huì)影響橋吊作業(yè)。

2.3 改造方案

俯仰鋼絲繩松繩檢測(cè)裝置參與俯仰鋼絲繩收放工況控制，并對(duì)俯仰鋼絲繩收放起到安全保護(hù)作用；因此，俯仰鋼絲繩松繩限位防卡改造方案需要兼顧機(jī)構(gòu)的安全性和可靠性，同時(shí)還要考慮成本因素。此外，由于俯仰鋼絲繩松繩檢測(cè)裝置是機(jī)械式杠桿與電氣元件的組合，改造方案不得損害原設(shè)計(jì)的完整性，以保證其應(yīng)有的功能，降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還須滿足維修便捷、成本低廉的工程要求。

根據(jù)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局特種設(shè)備安全監(jiān)察局的明文規(guī)定，設(shè)備的重要保護(hù)裝置必須采用機(jī)械式行程限位。為此，在不改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的前提下，設(shè)計(jì)俯仰鋼絲繩松繩機(jī)械行程限位連帶部件（即松繩限位防卡裝置，見圖1）。將松繩限位防卡裝置的主體固定于機(jī)械式杠桿的擋板上，工作部件套于行程限位桿頂端的滾軸上，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械式杠桿對(duì)行程限位的連帶拉動(dòng)。在松繩限位機(jī)械卡死的情況下，可用機(jī)械式橫桿的復(fù)位帶動(dòng)松繩限位復(fù)位來(lái)消除故障。

以遠(yuǎn)東碼頭的2號(hào)岸橋?yàn)槔诩友b松繩限位防卡裝置前，其原松繩限位已處于嚴(yán)重磨損狀態(tài)，技術(shù)人員在不更換元器件的前提下，為其安裝松繩限位防卡裝置（見圖2）。該岸橋正常作業(yè)3個(gè)月來(lái)，未發(fā)生一起由松繩限位引起的俯仰機(jī)構(gòu)故障。

2.4 改造效果

遠(yuǎn)東碼頭岸橋?qū)嵤└┭鲣摻z繩松繩限位防卡裝置改造后，年均節(jié)約成本達(dá)數(shù)萬(wàn)元人民幣，由松繩限位引起的岸橋俯仰機(jī)構(gòu)故障下降70%，對(duì)提升碼頭作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)效益的效果顯著。

3 變頻器電容快速放電

3.1 改造前存在的問(wèn)題

橋吊變頻器發(fā)生故障時(shí)，大多需要更換變頻器控制板及接觸器。更換這些元器件需要將變頻器直流母排電容放完電后才能進(jìn)行，由于放電一般需要15～，嚴(yán)重影響維修效率，進(jìn)而對(duì)碼頭作業(yè)效率造成影響。為此，有必要制作大容量電容快速放電裝置，實(shí)現(xiàn)變頻器直流母排電容快速放電，以縮短維修時(shí)間。

3.2 改造方案

3.2.1 放電電阻選型

以遠(yuǎn)東碼頭安川H5系列功率單元為例：其單個(gè)電容的容量C=8 200 F，一相配備4個(gè)電容，總共為12個(gè)。

電容帶電荷量Q=CU，式中：Q為電容充滿電的電荷量，C；C為電容的容量， F；U為直流電壓，V。經(jīng)計(jì)算，電容帶電荷量為63.96 C。

單位時(shí)間通過(guò)導(dǎo)體的電流I=Q/t。按放電時(shí)間t=計(jì)算，單位時(shí)間通過(guò)導(dǎo)體的電流為0.355 A/s。

進(jìn)一步計(jì)算得出直流電路電阻為1 830 ，電阻器（純電阻電路）的功率為。

經(jīng)過(guò)分析，選擇電阻為、功率為250 W的電阻器及電阻為、功率為的電阻器協(xié)同放電，通過(guò)帶繼電器輸出的電壓表進(jìn)行放電電阻器切換（見圖3）。

3.2.2 放電裝置應(yīng)用

電壓表連接電源后，將高壓放電夾夾在變頻器直流母排的正負(fù)兩極上，接著合上總閥的開關(guān)，的電阻器開始放電；當(dāng)直流母排電壓達(dá)到設(shè)定的時(shí)，電壓表內(nèi)輸出繼電器動(dòng)作，放電電阻器切換到小電阻器進(jìn)行放電。該放電裝置從安裝到耗盡剩余電量的時(shí)間不超過(guò)，大大節(jié)省變頻器修理時(shí)間，對(duì)確保碼頭生產(chǎn)效率具有積極意義。

4 結(jié)束語(yǔ)

港口碼頭設(shè)備的技術(shù)狀況是影響港口碼頭企業(yè)生產(chǎn)效率、能源消耗和經(jīng)濟(jì)效益的重要因素，碼頭設(shè)備技術(shù)改造和更新速度也是影響港口碼頭企業(yè)技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)開拓的重要因素。碼頭設(shè)備小型技術(shù)改造有利于降低碼頭生產(chǎn)成本，若加以有效利用，可以產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)備小型技術(shù)改造可以利用有限成本獲得可觀效益，滿足碼頭生產(chǎn)成本與效益協(xié)調(diào)發(fā)展的需求，值得港口碼頭企業(yè)推廣應(yīng)用。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-08-28）

碼頭設(shè)備更新主要有以下基本類型：（1）以擴(kuò)大設(shè)備擁有量為主；（2）以更新設(shè)備為主；（3）更新設(shè)備和擴(kuò)大設(shè)備擁有量并舉。不斷優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備，改善設(shè)備性能并提高設(shè)備生產(chǎn)率是提高碼頭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。碼頭設(shè)備技術(shù)改造需要花費(fèi)大量資金和時(shí)間，而小型技術(shù)改造則可以達(dá)到利用有限的資金和時(shí)間實(shí)現(xiàn)利益最大化的效果。本文以寧波遠(yuǎn)東碼頭經(jīng)營(yíng)有限公司（以下簡(jiǎn)稱遠(yuǎn)東碼頭）為例，提出碼頭設(shè)備小型技術(shù)改造方案，并介紹改造情況及效果，以期為其他港口碼頭類似小型技術(shù)改造提供借鑒。

1 岸橋吊具感應(yīng)限位壽命監(jiān)視系統(tǒng)

1.1 改造前存在的問(wèn)題

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在對(duì)岸橋吊具感應(yīng)限位實(shí)施技術(shù)改造前，遠(yuǎn)東碼頭岸橋吊具限位故障每月平均修理時(shí)間超過(guò)，受此影響，岸橋每月平均作業(yè)時(shí)間減少以上。此外，岸橋吊具感應(yīng)限位故障是岸橋故障率偏高的主要原因。

遠(yuǎn)東碼頭設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：岸橋吊具感應(yīng)限位故障較為嚴(yán)重，吊具感應(yīng)限位老化問(wèn)題較為突出；雖然吊具感應(yīng)限位故障處理耗時(shí)不長(zhǎng)，但其高發(fā)性的特點(diǎn)使故障率直線上升，總體對(duì)船期影響較大。采用要因確認(rèn)的方法，確定造成岸橋吊具限位故障頻發(fā)及限位損壞的主要原因是限位使用年限將滿，但由于產(chǎn)品批次不同，難以統(tǒng)一處理。雖然采用大批量更換的方式能徹底解決此問(wèn)題，但成本過(guò)高，而且會(huì)造成資源浪費(fèi)。為此，有必要在技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性分析的基礎(chǔ)上，對(duì)岸橋吊具感應(yīng)限位實(shí)施小型技術(shù)改造，以減少資源浪費(fèi)，節(jié)約碼頭成本。

1.2 改造方案

（1）對(duì)吊具西門子程序進(jìn)行編程，并制作便攜式讀取器。對(duì)遠(yuǎn)東碼頭20臺(tái)RAM吊具內(nèi)部西門子程序進(jìn)行添加，并改造觸摸屏，使其能夠方便、快捷地讀出各限位的使用次數(shù)；定期統(tǒng)計(jì)各限位使用次數(shù)，報(bào)廢使用年限已滿的限位，從而避免發(fā)生限位故障。

（2）通過(guò)討論、分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查相結(jié)合的方法，更新吊具保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格執(zhí)行。吊具保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新和完善有利于降低限位損壞概率，延長(zhǎng)限位使用壽命。

1.3 改造實(shí)施

為便于維修人員操作，系統(tǒng)采用普洛菲斯可編程人機(jī)界面作為便攜式讀取器，讀取吊具各感應(yīng)限位開關(guān)的使用次數(shù)，從而獲得感應(yīng)限位開關(guān)的極限使用次數(shù)，以便預(yù)防因感應(yīng)限位開關(guān)損壞而引發(fā)的各類故障。觸摸屏界面編寫力求簡(jiǎn)潔，以便維修人員現(xiàn)場(chǎng)操作。觸摸屏上設(shè)有感應(yīng)開關(guān)位置鍵、邊鎖限位鍵、中部限位鍵、尺寸限位鍵、數(shù)據(jù)清零鍵、主界面返回鍵等。

同時(shí)，對(duì)吊具的西門子程序進(jìn)行優(yōu)化：增加40個(gè)限位計(jì)數(shù)功能塊；使用通信數(shù)據(jù)連接線，9針側(cè)插入S7-300可編程邏輯控制器中央處理器上的多點(diǎn)通信接口，開啟電源后即可實(shí)現(xiàn)西門子可編程邏輯控制器與觸摸屏之間的連接，讀取需要的限位使用次數(shù)。

1.4 改造效果

遠(yuǎn)東碼頭自應(yīng)用岸橋吊具感應(yīng)限位壽命監(jiān)視系統(tǒng)以來(lái)，檢測(cè)出一批老化的限位并及時(shí)更換；同時(shí)，由于保養(yǎng)方式得以優(yōu)化，使吊具感應(yīng)限位使用壽命延長(zhǎng)，設(shè)備故障率下降至原來(lái)的30%。

2 岸橋俯仰鋼絲繩松繩限位防卡裝置

2.1 改造前存在的問(wèn)題

岸橋作業(yè)時(shí)，俯仰鋼絲繩松繩機(jī)構(gòu)頻發(fā)限位電氣故障，導(dǎo)致裝卸作業(yè)效率下降，嚴(yán)重影響船期及設(shè)備完好率。俯仰鋼絲繩松繩檢測(cè)機(jī)構(gòu)由1對(duì)機(jī)械式杠桿及2個(gè)機(jī)械式行程限位組成。由于工作環(huán)境較為惡劣（如油污嚴(yán)重等），導(dǎo)致俯仰鋼絲繩松繩檢測(cè)機(jī)構(gòu)元件故障頻發(fā)，具體表現(xiàn)為限位易在某個(gè)工作角度卡住而無(wú)法自動(dòng)回位，導(dǎo)致俯仰機(jī)構(gòu)不能正常運(yùn)行。

2.2 故障原因分析

（1）俯仰鋼絲繩松繩檢測(cè)裝置處于岸橋最高處的A字梁平臺(tái)，容易受外界環(huán)境的影響，由于海邊空氣中的鹽分較多，加之長(zhǎng)期受灰塵侵蝕，導(dǎo)致機(jī)械限位不靈活而出現(xiàn)卡死的情況。

（2）岸橋正常作業(yè)時(shí)，俯仰機(jī)構(gòu)下放至水平位置，此時(shí)鋼絲繩處于松繩狀態(tài)，機(jī)械式杠桿壓在松繩限位上；伴隨作業(yè)時(shí)鋼絲繩的晃動(dòng)，機(jī)械式杠桿連帶松繩限位以30～40次/min的頻率浮動(dòng)，使松繩限位的機(jī)械壽命受到極大損耗。

（3）雖然故障修復(fù)較容易，但修復(fù)耗時(shí)較長(zhǎng)。由于故障點(diǎn)在A字梁平臺(tái)上，上下平臺(tái)耗時(shí)較長(zhǎng)，若遇惡劣天氣，攀登維修作業(yè)存在人身安全隱患，同時(shí)會(huì)影響橋吊作業(yè)。

2.3 改造方案

俯仰鋼絲繩松繩檢測(cè)裝置參與俯仰鋼絲繩收放工況控制，并對(duì)俯仰鋼絲繩收放起到安全保護(hù)作用；因此，俯仰鋼絲繩松繩限位防卡改造方案需要兼顧機(jī)構(gòu)的安全性和可靠性，同時(shí)還要考慮成本因素。此外，由于俯仰鋼絲繩松繩檢測(cè)裝置是機(jī)械式杠桿與電氣元件的組合，改造方案不得損害原設(shè)計(jì)的完整性，以保證其應(yīng)有的功能，降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還須滿足維修便捷、成本低廉的工程要求。

根據(jù)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局特種設(shè)備安全監(jiān)察局的明文規(guī)定，設(shè)備的重要保護(hù)裝置必須采用機(jī)械式行程限位。為此，在不改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的前提下，設(shè)計(jì)俯仰鋼絲繩松繩機(jī)械行程限位連帶部件（即松繩限位防卡裝置，見圖1）。將松繩限位防卡裝置的主體固定于機(jī)械式杠桿的擋板上，工作部件套于行程限位桿頂端的滾軸上，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械式杠桿對(duì)行程限位的連帶拉動(dòng)。在松繩限位機(jī)械卡死的情況下，可用機(jī)械式橫桿的復(fù)位帶動(dòng)松繩限位復(fù)位來(lái)消除故障。

以遠(yuǎn)東碼頭的2號(hào)岸橋?yàn)槔诩友b松繩限位防卡裝置前，其原松繩限位已處于嚴(yán)重磨損狀態(tài)，技術(shù)人員在不更換元器件的前提下，為其安裝松繩限位防卡裝置（見圖2）。該岸橋正常作業(yè)3個(gè)月來(lái)，未發(fā)生一起由松繩限位引起的俯仰機(jī)構(gòu)故障。

2.4 改造效果

遠(yuǎn)東碼頭岸橋?qū)嵤└┭鲣摻z繩松繩限位防卡裝置改造后，年均節(jié)約成本達(dá)數(shù)萬(wàn)元人民幣，由松繩限位引起的岸橋俯仰機(jī)構(gòu)故障下降70%，對(duì)提升碼頭作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)效益的效果顯著。

3 變頻器電容快速放電

3.1 改造前存在的問(wèn)題

橋吊變頻器發(fā)生故障時(shí)，大多需要更換變頻器控制板及接觸器。更換這些元器件需要將變頻器直流母排電容放完電后才能進(jìn)行，由于放電一般需要15～，嚴(yán)重影響維修效率，進(jìn)而對(duì)碼頭作業(yè)效率造成影響。為此，有必要制作大容量電容快速放電裝置，實(shí)現(xiàn)變頻器直流母排電容快速放電，以縮短維修時(shí)間。

3.2 改造方案

3.2.1 放電電阻選型

以遠(yuǎn)東碼頭安川H5系列功率單元為例：其單個(gè)電容的容量C=8 200 F，一相配備4個(gè)電容，總共為12個(gè)。

電容帶電荷量Q=CU，式中：Q為電容充滿電的電荷量，C；C為電容的容量， F；U為直流電壓，V。經(jīng)計(jì)算，電容帶電荷量為63.96 C。

單位時(shí)間通過(guò)導(dǎo)體的電流I=Q/t。按放電時(shí)間t=計(jì)算，單位時(shí)間通過(guò)導(dǎo)體的電流為0.355 A/s。

進(jìn)一步計(jì)算得出直流電路電阻為1 830 ，電阻器（純電阻電路）的功率為。

經(jīng)過(guò)分析，選擇電阻為、功率為250 W的電阻器及電阻為、功率為的電阻器協(xié)同放電，通過(guò)帶繼電器輸出的電壓表進(jìn)行放電電阻器切換（見圖3）。

3.2.2 放電裝置應(yīng)用

電壓表連接電源后，將高壓放電夾夾在變頻器直流母排的正負(fù)兩極上，接著合上總閥的開關(guān)，的電阻器開始放電；當(dāng)直流母排電壓達(dá)到設(shè)定的時(shí)，電壓表內(nèi)輸出繼電器動(dòng)作，放電電阻器切換到小電阻器進(jìn)行放電。該放電裝置從安裝到耗盡剩余電量的時(shí)間不超過(guò)，大大節(jié)省變頻器修理時(shí)間，對(duì)確保碼頭生產(chǎn)效率具有積極意義。

4 結(jié)束語(yǔ)

港口碼頭設(shè)備的技術(shù)狀況是影響港口碼頭企業(yè)生產(chǎn)效率、能源消耗和經(jīng)濟(jì)效益的重要因素，碼頭設(shè)備技術(shù)改造和更新速度也是影響港口碼頭企業(yè)技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)開拓的重要因素。碼頭設(shè)備小型技術(shù)改造有利于降低碼頭生產(chǎn)成本，若加以有效利用，可以產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)備小型技術(shù)改造可以利用有限成本獲得可觀效益，滿足碼頭生產(chǎn)成本與效益協(xié)調(diào)發(fā)展的需求，值得港口碼頭企業(yè)推廣應(yīng)用。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-08-28）