樊 攀 謝文寧 張水良 李瀟峰

中交機電工程局有限公司

1 引言

日照港石臼港區(qū)東煤南移工程是將現(xiàn)有日照港石臼港區(qū)一公司的煤炭裝卸設(shè)備搬遷至南區(qū)，將南區(qū)5#～7#泊位改造為專業(yè)化的煤炭泊位，分別為2個5萬t級泊位和1個10萬t級泊位，設(shè)計年吞吐量為出口煤炭一期為2 500萬t，二期達到4 000萬t。此工程涉及5臺堆料機(S1-S5)、8臺取料機(R1-R4,R5,R7-R9)共計13臺大型港口機械設(shè)備的改造任務(wù)。13臺機械設(shè)備涉及80、90、00三個年代6種不同機型，改造過程中面臨圖紙缺失、新舊板材焊接、智能化升級改造等多項難題[1]。

2 超齡服役港口機械設(shè)備結(jié)構(gòu)缺陷修復(fù)技術(shù)

日照港石臼港區(qū)東作業(yè)區(qū)目前13臺大機需要搬遷至南作業(yè)區(qū)進行改造升級，以S1堆料機為例，S1堆料機于1986年投產(chǎn)，距今已經(jīng)運行33年，機身結(jié)構(gòu)老舊，臂架左側(cè)銷軸無潤滑，銷軸與銅套卡死，銷軸麻面、點蝕情況嚴重，臂架根部鋼結(jié)構(gòu)銹蝕、變形嚴重。吊卸時，該側(cè)銷軸無法從L架鉸點支座抽出，需將鉸點支座割斷使臂架與L架分離，待臂架落地后使用除銹、打磨、撞錘等手段，才將銷軸抽出。經(jīng)觀察，內(nèi)部沒有潤滑，銷軸與銅套結(jié)合面麻面、點蝕嚴重，無法繼續(xù)使用，此處鉸點鋼結(jié)構(gòu)銹蝕嚴重。因此在實施改造前，必須先對此種結(jié)構(gòu)故障缺陷部位進行受力狀態(tài)的采集及檢測，然后根據(jù)檢測結(jié)果進行結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評估并提出解決方案，最終通過焊縫的外觀檢測、無損檢測試驗[2]及使用中的動應(yīng)力測試來確認其維修效果是否安全可靠。

2.1 結(jié)構(gòu)故障缺陷的部位、類型及受力狀態(tài)的釆集及檢測

通過現(xiàn)場調(diào)研及現(xiàn)場測量，解決以下問題：

(1)構(gòu)件裂紋類型的檢測與分析。

(2)構(gòu)件腐蝕情況的檢測與分析。

(3)構(gòu)件銹蝕情況的檢測與分析。

(4)其他類型缺陷的檢測與確定。

2.2 結(jié)構(gòu)健康狀況評價及維修方法決策

通過理論分析及計算，解決以下問題：

(1)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)指標及評價體系。

(2)結(jié)構(gòu)失效模式及影響分析。

(3)主要維修項目的確定方法。

(4)日照港堆取料機結(jié)構(gòu)缺陷評價及維修決策。

2.3 新舊材料的成分與性能分析

通過材料成分光譜分析及機械性能拉伸試驗，解決以下問題：

(1)需要更換或修復(fù)部位的舊材料成分分析。

(2)舊材料機械性能分析。

(3)新構(gòu)件材料的成分與機械性能分析。

(4)焊材的選定與性能分析。

2.4 修復(fù)工藝方案

根據(jù)試驗結(jié)果及理論分析，提出維修工藝方案。

2.4.1 根據(jù)構(gòu)件的故障缺陷部位與類型，確認維修方案

(1)構(gòu)件裂紋的維修。根據(jù)構(gòu)件現(xiàn)場裂紋情況(如貫穿性裂紋、局部淺表裂紋以及裂紋尺寸等)確定不同的維修方案(如切除后更換新構(gòu)件、或清除裂紋后焊補等)。

(2)構(gòu)件腐蝕的維修。根據(jù)構(gòu)件現(xiàn)場腐蝕情況(如腐蝕坑的形狀、大小、深度及分布情況等)確定不同的維修方案(如切除后更換新構(gòu)件、或清理后進行焊補等)。

(3)構(gòu)件銹蝕的維修。根據(jù)構(gòu)件現(xiàn)場銹蝕情況(如銹蝕深度及分布情況等)確定不同的維修方案(如切除后更換新構(gòu)件、或清理后進行焊補等)。

2.4.2 焊接修復(fù)工藝的優(yōu)化與工藝文件制定

(1)建立局部修復(fù)部位數(shù)學(xué)模型。

(2)對需要切除的構(gòu)件進行切除時溫度場、應(yīng)力場及變形情況進行分析，確定合理的切除工藝方案。

(3)分析焊接時溫度場、應(yīng)力場及焊接變形情況，優(yōu)化焊接工藝方案。

(4)制定焊接工藝文件。

2.5 維修效果檢測

通過焊縫的外觀檢測、無損檢測試驗及使用中的動應(yīng)力測試，解決以下問題：

(1)對維修后焊接接頭的部位與焊補部位進行檢測與分析，確認維修質(zhì)量。

(2)對維修后使用過程中維修部位及危險部位結(jié)構(gòu)的動應(yīng)力狀態(tài)進行檢測，確認維修質(zhì)量。

3 超齡服役港口機械設(shè)備智能潤滑系統(tǒng)改造技術(shù)

堆料機、取料機智能潤滑系統(tǒng)是現(xiàn)代電腦信息技術(shù)、控制技術(shù)、大數(shù)據(jù)采集分析技術(shù)和現(xiàn)代潤滑技術(shù)的結(jié)合[3]。智能潤滑系統(tǒng)優(yōu)劣的關(guān)鍵在于其控制系統(tǒng)的可靠、簡明和其對系統(tǒng)各種運行數(shù)據(jù)強大的記錄、分析處理方法。取料機和堆料機每臺機安裝2套獨立的智能潤滑系統(tǒng)，裝船機安裝3套獨立的智能潤滑系統(tǒng)，所有設(shè)備的所有潤滑點都納入了智能潤滑系統(tǒng)當中，由智能潤滑系統(tǒng)自動潤滑。每套智能潤滑系統(tǒng)都帶有本地電控箱，每個電控箱都帶有觸屏工控電腦，可以獨立工作，在本地觸摸屏上就地設(shè)置、操作，同時可按照預(yù)先設(shè)定的打油周期和打油量自動打油。每一潤滑支路的打油量和打油周期均可任意設(shè)定。各潤滑泵站獨立工作，互不影響，會詳細記錄打油和故障情況。每個泵站附帶多個電磁閥模組(3口、4口、5口或6口)。電磁閥模組出來的油脂經(jīng)過遞進式分配器等量或按比例分配后，再輸送到各潤滑點。所有分配器均裝有動作監(jiān)測開關(guān)。主管路發(fā)生漏油，或者任何一個潤滑點發(fā)生堵塞，潤滑系統(tǒng)都會發(fā)出報警信號。智能潤滑系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 智能潤滑系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

3.1 系統(tǒng)組成及工作原理

堆料機、取料機智能潤滑系統(tǒng)主要由潤滑泵站、主管路、電磁閥模組、分支管路、遞進式分配器及智能潤滑控制系統(tǒng)組成。泵站輸出潤滑脂，通過主管路到達各處電磁閥模組的進油口，這時如果某一路電磁閥打開，油脂則從相應(yīng)的分支管路加注到相應(yīng)的潤滑點(或遞進式分配器，經(jīng)分配器按比例精確分配后再送往潤滑點)。實踐中1個泵站同一時間只開啟1個電磁閥，所以每一路打油與其他油路無關(guān)，相互獨立。

本系統(tǒng)各設(shè)備的智能潤滑控制路徑采用工業(yè)控制平板電腦和485總線采集控制模塊實現(xiàn)分布式采集和控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對各個加油點定時定量加油，能檢測到系統(tǒng)各加油點的工作狀況，產(chǎn)生詳細的日志記錄，同時當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能提供報警，確保加油點能按時加入足夠的潤滑油。同時系統(tǒng)具有自動重啟功能，當工控電腦與485數(shù)據(jù)采集控制模塊通訊中斷(超過20 s)時，電腦供電自動切斷，過10 s再次供電，以保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定工作。

整個系統(tǒng)分為電控子系統(tǒng)和潤滑油脂供給子系統(tǒng)。電控子系統(tǒng)泵站本地電控箱和485總線采集控制模塊。每個電控箱內(nèi)主要包含高性能工業(yè)控制平板電腦，485總線采集控制模塊和邏輯電路。泵站外的每個電磁閥箱內(nèi)包含485采集控制模塊，電磁閥以及接近開關(guān)。每個遞進式分配器上安裝的動作指示接近開關(guān)，可以在分配器不動作時將信號反饋給主控系統(tǒng)，從而發(fā)出報警信號。

3.2 堆料機、取料機及裝船機智能潤滑系統(tǒng)的特點

(1) 智能潤滑系統(tǒng)適應(yīng)性非常強，在大部分港口大機應(yīng)用場景下完全可以取代雙線和單線潤滑系統(tǒng)。1套智能潤滑系統(tǒng)可以給以潤滑泵為中心的半徑100 m范圍內(nèi)的數(shù)千個潤滑點供油。電磁閥模組可以設(shè)置在主管路和電纜可以到達的任何地方，電磁閥后面可以直接接潤滑點，也可以接遞進式分配器。電磁閥模組設(shè)置在防護等級達到IP55的防護箱內(nèi)，可經(jīng)受任意旋轉(zhuǎn)甚至強度范圍內(nèi)的高速轉(zhuǎn)動。

(2) 智能潤滑系統(tǒng)可根據(jù)用戶要求來設(shè)計操作界面、命名潤滑部位。用戶的一些使用習(xí)慣、潤滑管理規(guī)定(例如定時要求操作者打油，到時候沒打油可以發(fā)送報警信號到管理者的電腦)等，均可在軟件中按要求編制。系統(tǒng)采用與具體設(shè)備布局一致的操作界面，操作簡單、直觀(見圖1)。

圖1 智能潤滑系統(tǒng)操作界面

(3)系統(tǒng)主控采用ARM系列工控電腦、WINCE操作系統(tǒng)和485總線控制構(gòu)架，設(shè)置了壓力、動作等多種檢測反饋裝置。軟件使用直觀的圖形界面和清楚的文字菜單相配合，使客戶能夠望文生義。同時，有著嚴密的后臺監(jiān)控和運行數(shù)據(jù)分析，如果運行數(shù)據(jù)異常，系統(tǒng)即進入精細運行模式，進行詳細的自動測試和修復(fù)，如果確認有故障，則發(fā)出報警信號。

(4)詳細的日志記錄功能。日志分級顯示，涵蓋加油記錄、運行記錄、故障記錄、動作壓力時序記錄等，供系統(tǒng)維護、生產(chǎn)管理查詢之用，積累的數(shù)據(jù)還可通過統(tǒng)計分析來提高潤滑系統(tǒng)的使用效率。

(5)智能潤滑系統(tǒng)沒有背壓，也沒有母分配器的阻力，潤滑泵提供的壓力可直接作用于潤滑點(或末端分配器)，而且管路壓力可隨阻力的增減而自適應(yīng)。即溫度降低時管路壓力會自然上升，而溫度上升時管路壓力自然會降下來。因此相同條件下溫度、距離適用性更好。

4 超齡服役港口機械設(shè)備智能灑水除塵噴淋抑塵系統(tǒng)改造技術(shù)

堆料機、取料機智能灑水除塵噴淋抑塵系統(tǒng)由上水裝置、水箱、空壓機、水泵、管路、噴嘴、手動閥、電磁閥、單向閥、自動泄水閥、過濾器、壓力表、流量計、水位計、電伴熱和保溫系統(tǒng)等組成[4]。地面上水栓供水，機上用水既可直接從地面供水，也可用機上水泵從水箱供水。可實現(xiàn)遠程自動和本地手動控制，自動模式下可在司機室啟停系統(tǒng)，手動模式下可在水泵附近的本地操作箱上手動啟停水泵和電磁閥。司機室操作面板和本地操作箱均設(shè)水泵運行指示燈和液位指示燈，司機可根據(jù)物料含水量、氣候條件及揚塵情況控制灑水量，以滿足環(huán)保要求。智能灑水除塵噴淋系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 智能灑水除塵噴淋系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

4.1 耗水量及主要設(shè)備配置

堆料機智能灑水除塵噴淋抑塵系統(tǒng)耗水量見表3，取料機智能灑水除塵噴淋抑塵系統(tǒng)耗水量見表4。

表3 堆料機智能灑水除塵噴淋抑塵系統(tǒng)耗水量

表4 取料機智能灑水除塵噴淋抑塵系統(tǒng)耗水量

堆料機智能灑水除塵噴淋抑塵系統(tǒng)主要設(shè)備配置見表5，取料機智能灑水除塵噴淋抑塵系統(tǒng)主要設(shè)備配置見表6。

表5 堆料機智能灑水除塵噴淋抑塵系統(tǒng)主要設(shè)備配置

表6 取料機智能灑水除塵噴淋抑塵系統(tǒng)主要設(shè)備配置

4.2 供水及泄水

(1)大機由地面上水栓供水，上水栓設(shè)上水口接頭，大機門腿處行走臺車設(shè)水管卷盤。機上除塵用水既可直接從地面供水，也可用機上水泵從水箱供水，并設(shè)置相應(yīng)的切換閥門，司機可根據(jù)實際情況不定期地人工連接給水箱供水。

(2)回轉(zhuǎn)平臺、中心漏斗、懸臂頭部漏斗周圍設(shè)高壓沖洗，預(yù)留管道接口，并帶20 m高壓軟管。

(3)水泵和管道低點均設(shè)自動泄水閥，停止噴水后可自動泄水。

5 結(jié)語

系統(tǒng)分析了超齡服役港口機械設(shè)備結(jié)構(gòu)缺陷修復(fù)技術(shù)的研究思路，總結(jié)了超齡服役堆料機、取料機智能潤滑系統(tǒng)和智能灑水除塵系統(tǒng)改造技術(shù)經(jīng)驗。

(1)通過對機械結(jié)構(gòu)缺陷分析及新舊材料焊接關(guān)鍵技術(shù)研究，實現(xiàn)超齡服役大型港口堆料機、取料機結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評估，確定修復(fù)工藝方案，并對結(jié)構(gòu)缺陷維修部位進行效果檢測。

(2)針對超齡服役堆料機、取料機原有潤滑系統(tǒng)缺陷，開展相關(guān)設(shè)計工作，將大機由手動潤滑改造為智能潤滑系統(tǒng)，提升系統(tǒng)的智能化水平。

(3)核實超齡服役堆料機、取料機灑水噴淋現(xiàn)狀，對其進行再設(shè)計，將大機由只含沖洗功能改造為智能灑水噴淋抑塵系統(tǒng)，改善了港口環(huán)境質(zhì)量，增強了節(jié)能降耗效果。

(4)能有效延長超齡服役港口機械設(shè)備在正常工況下的使用壽命，降低單位能耗，提高生產(chǎn)效率，符合國家智慧港口建設(shè)發(fā)展戰(zhàn)略。