青島前灣智能集裝箱碼頭有限公司

張連鋼　鄒子青　張　衛(wèi)　呂向東　修方強(qiáng)　張　鵬

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“一鍵錨定”新型自動(dòng)防風(fēng)錨定系統(tǒng)在自動(dòng)化碼頭堆場的應(yīng)用

青島前灣智能集裝箱碼頭有限公司

張連鋼鄒子青張衛(wèi)呂向東修方強(qiáng)張鵬

摘要：大型機(jī)械的快速防風(fēng)錨定是事關(guān)生產(chǎn)設(shè)備和操作人員安全的關(guān)鍵問題。全自動(dòng)集裝箱堆垛機(jī)(ASC)的無人化自動(dòng)錨定、多機(jī)同時(shí)錨定和防瞬間強(qiáng)風(fēng)錨定一直是困擾業(yè)界的三大難題。結(jié)合青島自動(dòng)化碼頭設(shè)計(jì)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，提出了一套全新的ASC自動(dòng)防風(fēng)錨定系統(tǒng)水平布置模式，實(shí)現(xiàn)了ASC防風(fēng)錨定的自動(dòng)無人化、操作簡易化和安全標(biāo)準(zhǔn)化。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)錨定； 自動(dòng)化； 集裝箱堆場； 無人化

1前言

自動(dòng)化集裝箱碼頭堆場通常采用全自動(dòng)集裝箱堆垛機(jī)(簡稱ASC)進(jìn)行堆存作業(yè)，而青島自動(dòng)化碼頭采用的ASC屬于無外懸臂式End Load型ASC，堆場集裝箱的交互在海/陸兩側(cè)，ASC需要更多地承擔(dān)堆場集裝箱堆碼與水平運(yùn)輸任務(wù)，所以自動(dòng)化碼頭ASC配置數(shù)量比傳統(tǒng)碼頭堆場機(jī)械配置數(shù)量更多。同時(shí)，傳統(tǒng)碼頭堆場機(jī)械是有人駕駛的，防風(fēng)錨定時(shí)依靠大量人員手動(dòng)錨固，而自動(dòng)化堆場是無人化操作，加之更多的ASC配置數(shù)量，在防風(fēng)錨定(尤其是防瞬間大風(fēng))時(shí)，難以在短時(shí)間內(nèi)調(diào)動(dòng)大量人員介入防風(fēng)錨固。為解決困擾業(yè)界的大型機(jī)械無人化自動(dòng)錨定、多機(jī)同時(shí)錨定和防瞬間強(qiáng)風(fēng)錨定的三大難題，設(shè)計(jì)了用于自動(dòng)化碼頭堆場ASC的“一鍵錨定”新型自動(dòng)防風(fēng)錨定系統(tǒng)。

所謂“一鍵錨定”，是對ASC的新型自動(dòng)防風(fēng)錨定系統(tǒng)及其操作控制過程的簡稱，是根據(jù)自動(dòng)化碼頭無人堆場的特點(diǎn)，利用自動(dòng)化控制和定位技術(shù)，不僅使用單個(gè)錨定裝置即滿足ASC防風(fēng)/防傾覆的多種需求，而且使ASC的防風(fēng)(尤其是防瞬間大風(fēng))錨定實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)、快速地錨固操作。在ASC上設(shè)計(jì)的水平布置模式自動(dòng)防風(fēng)錨定及其操作控制系統(tǒng)，簡稱“一鍵錨定”新型自動(dòng)防風(fēng)錨定系統(tǒng)。

2當(dāng)前常用的大型裝卸機(jī)械防風(fēng)錨定裝置

目前，港口大型裝卸機(jī)械通常采取垂直方式的防風(fēng)錨定安裝形式，錨定板使用柱銷固定。

錨定流程為：制動(dòng)器打開-電機(jī)旋轉(zhuǎn)-帶動(dòng)絲杠下降把錨定板插入錨定孔。

解錨流程為：制動(dòng)器打開-電機(jī)旋轉(zhuǎn)-帶動(dòng)絲杠上升把錨定板抬起離開錨定孔后機(jī)械開始作業(yè)。

此類防風(fēng)錨定裝置存在以下弊端：

(1)易發(fā)生錨定板墜落的安全隱患。在機(jī)械作業(yè)過程中存在因各類故障造成錨定板墜落(如柱銷松脫、制動(dòng)器未抱緊等)的問題，給裝卸機(jī)械運(yùn)行帶來安全隱患。

(2)錨定裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各部分防風(fēng)、防傾覆功能單一。為了滿足機(jī)械防風(fēng)/防傾覆的多種需求，此類錨定裝置分兩部分，一部分采用錨定板，實(shí)現(xiàn)在機(jī)械水平方向進(jìn)行防風(fēng)錨定，另一部分采用防風(fēng)拉鎖，在機(jī)械大車臺(tái)車的四角有多根防風(fēng)拉鎖，防風(fēng)時(shí)由操作人員把防風(fēng)拉鎖逐根固定在地錨處，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械在豎直和前后方向上的防風(fēng)錨固，但是防風(fēng)拉鎖裝置粗大笨重，定位準(zhǔn)確性差，操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

(3)防瞬間強(qiáng)風(fēng)不力。大型機(jī)械在進(jìn)入防風(fēng)操作后，必需依靠大量現(xiàn)場人員介入，耗費(fèi)一定時(shí)間才能完成防風(fēng)安全停車狀態(tài)，無法防范緊急瞬間強(qiáng)風(fēng)。

因此，傳統(tǒng)大型裝卸機(jī)械防風(fēng)錨定裝置無法滿足自動(dòng)化集裝箱碼頭堆場ASC的防風(fēng)/防傾覆需求。

3ASC“一鍵錨定”系統(tǒng)主要構(gòu)成

新型ASC自動(dòng)防風(fēng)錨定系統(tǒng)在碼頭出現(xiàn)大風(fēng)尤其是出現(xiàn)瞬間大風(fēng)時(shí)能自動(dòng)、快速地對碼頭設(shè)備進(jìn)行錨固，僅利用單個(gè)錨定裝置即可滿足機(jī)械在三維方向上的防風(fēng)/防傾覆需求，解決了以前的防風(fēng)安全保護(hù)裝置功能單一的弊端，完全適應(yīng)ASC在集裝箱自動(dòng)化堆場高速運(yùn)行、無人化操作和安全可靠性要求高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了ASC防風(fēng)錨定的自動(dòng)無人化、操作簡易化和安全標(biāo)準(zhǔn)化。

3.1自動(dòng)防風(fēng)錨定裝置

自動(dòng)防風(fēng)錨定裝置的安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為抵抗環(huán)境最大風(fēng)速55 m/s。ASC自動(dòng)化堆場“一鍵錨定”裝置如圖1所示。

1.防傾覆裝置支座　2.電動(dòng)螺桿支　3.座電動(dòng)螺桿　4.伸縮錨定銷　5、6.檢測限位　7.限位板　8.地面錨定支座　9、10.地面進(jìn)銷檢測限位圖1　ASC自動(dòng)化堆場“一鍵錨定”示意圖

“一鍵錨定”裝置具有雙重功能。該裝置采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋絲杠，帶動(dòng)錨定銷移動(dòng)，利用行程開關(guān)自動(dòng)定位，具有自鎖功能，集防風(fēng)錨定/防傾覆雙重作用于一身。

錨定裝置安裝在每臺(tái)ASC剛性腿和柔性腿橫梁的中間位置，在自動(dòng)化堆塊海/陸兩側(cè)維修區(qū)地面上各安裝1組錨定座。

3.2自動(dòng)防風(fēng)錨定裝置布置模式

自動(dòng)防風(fēng)錨定裝置采用水平布置模式。

(1)ASC伸縮錨定銷采用水平布置，能夠完全避免錨定裝置垂直布置的傳統(tǒng)碼頭機(jī)械因螺桿損壞或固定銷松脫而造成的錨定銷墜落安全隱患。

(2)電動(dòng)螺桿水平安裝可降低電機(jī)出力，從而減少功率。

(3)結(jié)構(gòu)緊湊簡單，便于檢查、保養(yǎng)，維護(hù)，且安裝方便。

(4)地面錨定支座安裝在高于地面的位置，可有效防止錨定孔積水、結(jié)冰，且便于清理。

(5)ASC錨定裝置安全穩(wěn)定，可靠性高，維護(hù)成本低。

3.3 “一鍵錨定”自動(dòng)防風(fēng)錨定控制

ASC自動(dòng)防風(fēng)裝置控制系統(tǒng)能夠?qū)Χ褕鋈緼SC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，使其各自進(jìn)入錨定位置。ASC接收到防風(fēng)錨定指令后，能夠通過定位系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別ASC的錨定位置，自動(dòng)進(jìn)入堆場海側(cè)或陸側(cè)的指定位置進(jìn)行錨定。在ASC工作運(yùn)行過程中，控制系統(tǒng)使錨定裝置始終處于鎖定狀態(tài)，不會(huì)給ASC大車高速運(yùn)行帶來任何安全隱患。

ASC執(zhí)行錨定指令時(shí)，采用2種方法對錨定位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位。

(1)利用transponder定位技術(shù)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的位移編碼器進(jìn)行大車位置檢測實(shí)現(xiàn)精確定位，在ASC運(yùn)行中不斷檢測并向設(shè)備控制系統(tǒng)反饋大車的實(shí)時(shí)位置，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)大車的位置，計(jì)算與地面錨定位置的距離并控制ASC自動(dòng)減速，最終精準(zhǔn)定位至地面錨定位置(海側(cè)或陸側(cè)安全停車位置)，然后進(jìn)行自動(dòng)錨固操作。

(2)物理定位方法是在堆場維修區(qū)的外側(cè)安裝2套與錨定支座銷孔一樣大小的定位塊，ASC左右臺(tái)車的外側(cè)安裝檢測限位對準(zhǔn)定位塊，由該限位最終控制電動(dòng)伸縮螺桿或電動(dòng)液壓油缸驅(qū)動(dòng)自動(dòng)伸出錨定銷，使錨定裝置進(jìn)入最終錨定、防傾覆狀態(tài)。

3.4“一鍵錨定”系統(tǒng)的運(yùn)行模式

(1)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行模式的操作過程。碼頭調(diào)度系統(tǒng)(TOS)發(fā)送作業(yè)指令,ASC設(shè)備控制系統(tǒng)自動(dòng)控制ASC完成相應(yīng)的裝卸任務(wù)，當(dāng)ASC完成裝卸生產(chǎn)所有指令后,操作員根據(jù)后續(xù)裝卸生產(chǎn)情況， 決定ASC是否需運(yùn)行到指定的停車位置，需要停車時(shí)按錨定鍵即可自動(dòng)控制ASC進(jìn)入防風(fēng)錨定位置。如果ASC在自動(dòng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)錨定不到位的情況，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，再由操作員遠(yuǎn)程控制ASC，使其調(diào)整到位，ASC錨定到位后其狀態(tài)信息自動(dòng)反饋至碼頭調(diào)度系統(tǒng)。

(2)大風(fēng)預(yù)警時(shí)的操作過程。在遠(yuǎn)程控制室操作員接到防風(fēng)命令后，由操作員啟動(dòng)防風(fēng)錨定控制指令程序，通過“一鍵錨定”控制系統(tǒng)發(fā)出ASC錨定指令，堆場ASC將吊具起升至最高位置，將小車機(jī)構(gòu)運(yùn)行至大梁重心位置，ASC驅(qū)動(dòng)大車機(jī)構(gòu)運(yùn)行至錨定位置處精確對位停止(海側(cè)ASC停車點(diǎn)在海側(cè)維修區(qū)，陸側(cè)ASC停車點(diǎn)在陸側(cè)維修區(qū))，然后自動(dòng)進(jìn)行錨定。錨定到位后有相應(yīng)限位檢測ASC“一鍵錨定”裝置到位情況，所有ASC的錨定銷狀態(tài)在RCMS屏幕上實(shí)時(shí)顯示，并將ASC錨定信號反饋至遠(yuǎn)程控制中心。控制中心監(jiān)視屏上顯示相應(yīng)的防風(fēng)錨定停車位置狀態(tài)。

4結(jié)語

“一鍵錨定”系統(tǒng)是一套新型的ASC自動(dòng)防風(fēng)錨定系統(tǒng)，采用簡單可靠的裝置，擺脫了傳統(tǒng)依賴人工完成ASC防風(fēng)錨定和防傾覆的工作模式?！耙绘I錨定”系統(tǒng)優(yōu)化了ASC錨定裝置設(shè)計(jì)，使堆場作業(yè)的ASC能夠自動(dòng)準(zhǔn)確、及時(shí)地進(jìn)入安全停車位置，完成安全停車。它具備了一鍵同時(shí)錨定多個(gè)機(jī)械和防強(qiáng)風(fēng)瞬間錨定功能，實(shí)現(xiàn)了ASC防風(fēng)錨定標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、無人化和自動(dòng)化，從根本上解決了傳統(tǒng)碼頭防風(fēng)錨定的人工參與，無法多機(jī)同時(shí)錨定和無法應(yīng)對瞬時(shí)強(qiáng)風(fēng)的三大弊端，是自動(dòng)化碼頭堆場ASC理想的防風(fēng)錨定系統(tǒng)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]羅世東. 門式起重機(jī)小車自動(dòng)錨定裝置設(shè)計(jì)[J]. 港口裝卸, 2011(4):29-30.

[2]白鵬. 港口大型設(shè)備防風(fēng)探討[J]. 價(jià)值工程, 2012,(03):31.

[3]秦耀剛. 海港碼頭大型起重機(jī)械的防風(fēng)問題[J].港口裝卸, 1998,(119)5:1-5.

Application of the New Type One Key Anchoring System on Automatic Terminal Storage Yard

Qingdao Qianwan Intelligent Container Terminal Co.,LTD.

Zhang LiangangZou ZiqingZhang WeiLu XiangdongXiu FangqiangZhang Peng

Abstract:The quick anti-wind anchor of large equipments is the core issue for the safety of production equipments and working staff. The unmanned automatic anchor, simultaneous multi-crane anchor and anti instantaneous strong wind of automatic container stacking cranes are the three major problems baffling the industry. With the design and construction experience of Qingdao Automated Terminal, this paper proposes a new horizontal arranged automatic anti-wind anchor system to realize the unmanned automation, user-friendly control and safety standardization of ASC anti-wind anchor.

Key words:automatic anchor; automation; container yard; unmanned

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.02.007

收稿日期：2015-11-20

張連鋼： 266000, 山東省青島市保稅區(qū)同江路567號