李 靜 李益琴 張德文

交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院

1 引言

隨著港口碼頭生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大型化、高效化是港口起重機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)。起重機(jī)械的裝卸安全生產(chǎn)成為港口生產(chǎn)管理的重點(diǎn)，在起重機(jī)上裝設(shè)稱重保護(hù)系統(tǒng)可以在實(shí)現(xiàn)起重物料稱重的同時(shí)提供一定的安全保護(hù)作用，減少和避免超載作業(yè)的發(fā)生。實(shí)現(xiàn)起重機(jī)起重量的準(zhǔn)確稱重，準(zhǔn)確標(biāo)定起重機(jī)稱重設(shè)備及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)“滿載不超載”安全作業(yè)，對(duì)于提高起重機(jī)作業(yè)的可靠性、安全性、高效性具有重要的意義。

2 港口起重量稱重技術(shù)及其主要問(wèn)題分析

2.1 港口起重量稱重技術(shù)

在起重機(jī)起吊過(guò)程中完成裝卸物料的稱重計(jì)量，是起重機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)比較常用的一種形式。隨著起重機(jī)的自動(dòng)化發(fā)展，相關(guān)稱重技術(shù)也在不斷發(fā)展和進(jìn)步。目前港口起重機(jī)起重量稱重的裝置及系統(tǒng)主要包括以下3種形式。

2.1.1 電子吊鉤稱

電子吊鉤稱是一種直接懸掛在起重機(jī)吊鉤上的電子稱量設(shè)備，與起重機(jī)吊鉤滑輪組設(shè)計(jì)成一個(gè)整體,采用無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄⒎Q重的物料重量信息傳輸?shù)降孛婊蛩緳C(jī)室。起重荷載直接作用于稱重傳感器上,不受其他受力機(jī)構(gòu)分流，稱重精度相對(duì)較高。但吊鉤秤自身的長(zhǎng)度會(huì)隨起重量的增大而增長(zhǎng)，當(dāng)其作用于吊鉤時(shí)會(huì)影響起重機(jī)的有效起升高度，使其起重量受限，且其自身的安全可靠性不高，主要用于件雜貨裝卸，港口起重機(jī)械較少使用該稱重設(shè)備。

2.1.2 測(cè)力計(jì)重稱重系統(tǒng)

隨著起重機(jī)稱重技術(shù)發(fā)展及港口作業(yè)的需求，起重機(jī)超載保護(hù)裝置應(yīng)運(yùn)而生。起重機(jī)超載保護(hù)裝置包括起重量限制器和起重力矩限制器。起重機(jī)超載保護(hù)裝置能在起重設(shè)備起吊、振動(dòng)等各種復(fù)雜的情況下直接顯示被測(cè)起重量[1]，發(fā)出超載報(bào)警信號(hào)。早期的超載保護(hù)裝置稱重方法采用測(cè)力傳感器采集數(shù)據(jù)推算起重量。

稱重系統(tǒng)主要由稱重傳感器、控制器和儀表構(gòu)成。當(dāng)起重機(jī)起吊物料時(shí)，稱重傳感器產(chǎn)生變化，相關(guān)變量通過(guò)放大器經(jīng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，信號(hào)經(jīng)處理后換算成重量。測(cè)力式超載保護(hù)裝置目前應(yīng)用較為廣泛，其自身的精度較高，但在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，通過(guò)傳感器取力的方式易受現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境及動(dòng)態(tài)作業(yè)過(guò)程影響，系統(tǒng)穩(wěn)定性不佳，可靠性較差。

2.1.3 電量計(jì)重稱重系統(tǒng)

近年來(lái)，通過(guò)電量推算起重量的稱重技術(shù)得到了發(fā)展。不同于利用稱重傳感器的形變來(lái)?yè)Q算重量，電量計(jì)重稱重技術(shù)是通過(guò)電流互感器和電壓傳感器采集起升機(jī)構(gòu)電機(jī)的電流、電壓變化，間接推算起重機(jī)所起吊的重量[2]。它主要是由智能電量稱重分析儀及電流互感器、電壓采集器(如果需要)等組成。智能電量稱重分析儀通過(guò)電流互感器、電壓采集器采集起重機(jī)電機(jī)的電流、電壓信息，結(jié)合起重機(jī)參數(shù)通過(guò)專用算法進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，計(jì)算出起重機(jī)的負(fù)載重量。

該種稱重方式由于沒(méi)有測(cè)力元器件，并且安裝于機(jī)器房?jī)?nèi)，受環(huán)境影響小，電動(dòng)機(jī)電性能也基本穩(wěn)定，故其精度高且十分穩(wěn)定。目前，部分設(shè)計(jì)單位及廠家基于此種稱重技術(shù)開發(fā)了便于在線實(shí)時(shí)精確計(jì)量的安全稱重保護(hù)系統(tǒng)，并在港口起重機(jī)上得到了推廣應(yīng)用。

2.2 稱重系統(tǒng)使用中存在的主要問(wèn)題

通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，港口作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)在使用相關(guān)稱重保護(hù)裝置時(shí)主要存在4個(gè)方面問(wèn)題：

(1)為控制投入成本，部分單位會(huì)選擇低價(jià)位的稱重保護(hù)裝置，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證，從而造成起重機(jī)可靠性較低。

(2)稱重設(shè)備及系統(tǒng)標(biāo)定不準(zhǔn)確，在作業(yè)過(guò)程中起重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于或高于額定起重量，導(dǎo)致部分起重量損失的現(xiàn)象，降低了起重作業(yè)效率，或喪失了設(shè)備的安全性。

(3)稱重設(shè)備用戶重生產(chǎn)，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)未及時(shí)作準(zhǔn)確校核，在誤差很大甚至裝置失靈的環(huán)境下作業(yè)[3]。

(4)為提高工作效率，起重機(jī)作業(yè)超載超速運(yùn)行，作業(yè)人員拆除相關(guān)裝置，稱重保護(hù)裝置并未被正常使用。

3 港口起重機(jī)起重量的標(biāo)定方法分析

因稱重系統(tǒng)一般都兼顧超載保護(hù)功能，如不能準(zhǔn)確地測(cè)量重物的重量，系統(tǒng)將無(wú)法真正投入使用，而稱重計(jì)量裝置裝機(jī)后的調(diào)試及檢驗(yàn)則是保證準(zhǔn)確測(cè)量至關(guān)重要的一步。系統(tǒng)過(guò)大的正誤差會(huì)使起重機(jī)損失相應(yīng)的工作能力，過(guò)大的負(fù)誤差容易造成傾翻，甚至引起重大事故。以起重機(jī)超載限制器為例，如其已超載而不報(bào)警，將會(huì)影響起重機(jī)的作業(yè)安全，嚴(yán)重者將危及參與作業(yè)人員的人身安全；如出現(xiàn)報(bào)警不準(zhǔn)確，則會(huì)嚴(yán)重影響起重機(jī)的作業(yè)效率，導(dǎo)致稱重裝置被人為關(guān)閉或拆除。因此，各稱重裝置和系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)確保調(diào)試結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，而要校準(zhǔn)這些稱重裝置，準(zhǔn)確標(biāo)定起重量是基礎(chǔ)。

在起重機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)需要一定標(biāo)定量的試驗(yàn)載荷進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)或起重量稱重裝置校準(zhǔn)時(shí)，大多采用水泥塊、石塊、礦石塊、鑄鋼塊、鋼卷、水箱等材料或過(guò)地磅等方法進(jìn)行標(biāo)定，這些標(biāo)定方法都存在一定的缺陷。

當(dāng)起重荷載采用水泥塊、石塊、礦石塊、鑄鋼塊、鋼卷時(shí)，基本都是現(xiàn)場(chǎng)就地取材，其重量大多是估計(jì)值，載荷數(shù)值模糊，起重量的誤差一般都很大，精確度不高，存在載荷不準(zhǔn)確的問(wèn)題。采用水箱標(biāo)定起重量，標(biāo)定精度相對(duì)石塊等現(xiàn)場(chǎng)取材的標(biāo)定方法略高，但是在標(biāo)定的過(guò)程中儲(chǔ)放水比較耗費(fèi)時(shí)間，浪費(fèi)水資源，且僅適用于裝卸集裝箱的起重機(jī)，不適用于采用抓斗或吊鉤的起重機(jī)。采用過(guò)地磅法，則需要增加現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)流程，裝車過(guò)磅，影響運(yùn)輸生產(chǎn)效率，同時(shí)耗費(fèi)能源，易造成環(huán)境污染，且其稱重精度也依賴于地磅的精度，如地磅誤差較大，其量值就無(wú)法精確保證。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是具有準(zhǔn)確量值的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，具有特定量值的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，現(xiàn)已在環(huán)境分析、食品檢測(cè)、臨床藥品、物理化學(xué)特性檢測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。針對(duì)起重量的準(zhǔn)確標(biāo)定，也可以考慮制作如砝碼一樣具有確定質(zhì)量值的鑄鐵塊標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，使其成系列并通用于多種機(jī)型。合理配置起重量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，是做好起重量現(xiàn)場(chǎng)安全檢定、準(zhǔn)確標(biāo)定的工作基礎(chǔ)，也是保證量值傳遞準(zhǔn)確的有效方法。

4 結(jié)語(yǔ)

稱重設(shè)備及系統(tǒng)的可靠性、有效性是保證起重機(jī)高效安全作業(yè)的基礎(chǔ)。港口作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)重缺乏可靠的起重量標(biāo)準(zhǔn)物，研究制定起重吊具通用且成系列的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，是準(zhǔn)確標(biāo)定稱重設(shè)備及系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是提高起重機(jī)稱重計(jì)量水平的重要途徑。