李 靜 李益琴 張德文

交通運輸部水運科學(xué)研究院

1 引言

隨著港口碼頭生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，大型化、高效化是港口起重機械的發(fā)展趨勢。起重機械的裝卸安全生產(chǎn)成為港口生產(chǎn)管理的重點，在起重機上裝設(shè)稱重保護系統(tǒng)可以在實現(xiàn)起重物料稱重的同時提供一定的安全保護作用，減少和避免超載作業(yè)的發(fā)生。實現(xiàn)起重機起重量的準(zhǔn)確稱重，準(zhǔn)確標(biāo)定起重機稱重設(shè)備及系統(tǒng)，實現(xiàn)起重機“滿載不超載”安全作業(yè)，對于提高起重機作業(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)及其主要問題分析

2.1 港口起重量稱重技術(shù)

在起重機起吊過程中完成裝卸物料的稱重計量，是起重機作業(yè)現(xiàn)場比較常用的一種形式。隨著起重機的自動化發(fā)展，相關(guān)稱重技術(shù)也在不斷發(fā)展和進步。目前港口起重機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吊鉤上的電子稱量設(shè)備，與起重機吊鉤滑輪組設(shè)計成一個整體,采用無線傳輸?shù)姆绞綄⒎Q重的物料重量信息傳輸?shù)降孛婊蛩緳C室。起重荷載直接作用于稱重傳感器上,不受其他受力機構(gòu)分流，稱重精度相對較高。但吊鉤秤自身的長度會隨起重量的增大而增長，當(dāng)其作用于吊鉤時會影響起重機的有效起升高度，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，港口起重機械較少使用該稱重設(shè)備。

2.1.2 測力計重稱重系統(tǒng)

隨著起重機稱重技術(shù)發(fā)展及港口作業(yè)的需求，起重機超載保護裝置應(yīng)運而生。起重機超載保護裝置包括起重量限制器和起重力矩限制器。起重機超載保護裝置能在起重設(shè)備起吊、振動等各種復(fù)雜的情況下直接顯示被測起重量[1]，發(fā)出超載報警信號。早期的超載保護裝置稱重方法采用測力傳感器采集數(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)起重機起吊物料時，稱重傳感器產(chǎn)生變化，相關(guān)變量通過放大器經(jīng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，信號經(jīng)處理后換算成重量。測力式超載保護裝置目前應(yīng)用較為廣泛，其自身的精度較高，但在實際作業(yè)過程中，通過傳感器取力的方式易受現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境及動態(tài)作業(yè)過程影響，系統(tǒng)穩(wěn)定性不佳，可靠性較差。

2.1.3 電量計重稱重系統(tǒng)

近年來，通過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換算重量，電量計重稱重技術(shù)是通過電流互感器和電壓傳感器采集起升機構(gòu)電機的電流、電壓變化，間接推算起重機所起吊的重量[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電流互感器、電壓采集器采集起重機電機的電流、電壓信息，結(jié)合起重機參數(shù)通過專用算法進行實時分析，計算出起重機的負載重量。

該種稱重方式由于沒有測力元器件，并且安裝于機器房內(nèi)，受環(huán)境影響小，電動機電性能也基本穩(wěn)定，故其精度高且十分穩(wěn)定。目前，部分設(shè)計單位及廠家基于此種稱重技術(shù)開發(fā)了便于在線實時精確計量的安全稱重保護系統(tǒng)，并在港口起重機上得到了推廣應(yīng)用。

2.2 稱重系統(tǒng)使用中存在的主要問題

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，港口作業(yè)現(xiàn)場在使用相關(guān)稱重保護裝置時主要存在4個方面問題：

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

(2)稱重設(shè)備及系統(tǒng)標(biāo)定不準(zhǔn)確，在作業(yè)過程中起重量遠遠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)場未及時作準(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，起重機作業(yè)超載超速運行，作業(yè)人員拆除相關(guān)裝置，稱重保護裝置并未被正常使用。

3 港口起重機起重量的標(biāo)定方法分析

因稱重系統(tǒng)一般都兼顧超載保護功能，如不能準(zhǔn)確地測量重物的重量，系統(tǒng)將無法真正投入使用，而稱重計量裝置裝機后的調(diào)試及檢驗則是保證準(zhǔn)確測量至關(guān)重要的一步。系統(tǒng)過大的正誤差會使起重機損失相應(yīng)的工作能力，過大的負誤差容易造成傾翻，甚至引起重大事故。以起重機超載限制器為例，如其已超載而不報警，將會影響起重機的作業(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)報警不準(zhǔn)確，則會嚴(yán)重影響起重機的作業(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)場調(diào)試和檢驗時，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)。

在起重機作業(yè)現(xiàn)場，當(dāng)需要一定標(biāo)定量的試驗載荷進行試驗檢測或起重量稱重裝置校準(zhǔn)時，大多采用水泥塊、石塊、礦石塊、鑄鋼塊、鋼卷、水箱等材料或過地磅等方法進行標(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，基本都是現(xiàn)場就地取材，其重量大多是估計值，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)確的問題。采用水箱標(biāo)定起重量，標(biāo)定精度相對石塊等現(xiàn)場取材的標(biāo)定方法略高，但是在標(biāo)定的過程中儲放水比較耗費時間，浪費水資源，且僅適用于裝卸集裝箱的起重機，不適用于采用抓斗或吊鉤的起重機。采用過地磅法，則需要增加現(xiàn)場作業(yè)流程，裝車過磅，影響運輸生產(chǎn)效率，同時耗費能源，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，其量值就無法精確保證。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是具有準(zhǔn)確量值的測量標(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、臨床藥品、物理化學(xué)特性檢測等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。針對起重量的準(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型。合理配置起重量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，是做好起重量現(xiàn)場安全檢定、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

稱重設(shè)備及系統(tǒng)的可靠性、有效性是保證起重機高效安全作業(yè)的基礎(chǔ)。港口作業(yè)現(xiàn)場嚴(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)，也是提高起重機稱重計量水平的重要途徑。