李鑫 李紀勇

天津作為我國北方地區(qū)重要的工業(yè)城市，是高端制造業(yè)的主要發(fā)展基地。隨著空客天津組裝基地的落成，接卸大型空客組件成為天津港的重要任務，而作為天津港最大集裝箱碼頭的天津港太平洋國際集裝箱碼頭公司（以下簡稱“太平洋國際集裝箱碼頭”）全力投入承接空客組件接卸項目。

空客組件有著相當嚴格甚至近乎苛刻的接卸要求，加之太平洋國際集裝箱碼頭采用棧橋式岸線設計形式，這使整個接卸吊裝工藝面臨相當大的挑戰(zhàn)，對作為主要接卸設備的岸橋和吊具提出更高要求。鑒于此，太平洋國際集裝箱碼頭針對空客組件接卸要求，對岸橋吊具和旋轉吊架實施一系列改造。截至目前，太平洋國際集裝箱碼頭已順利接卸百余架次空客飛機組件。

1 空客組件貨物規(guī)模及接卸工藝要求

空客組件基本為標準貨物，有固定可靠的緊固方式和船上擺放加固方式，由于其尺寸大多超長，在船上基本橫向垂直于船身方向放置，最大質(zhì)量（包含自重約11.13 t的專用吊裝裝置）為35 t左右。對于普通碼頭，可以在岸橋后大梁下部空間完成空客組件接卸工作，具體操作如下：將空客組件吊運至岸橋后大梁直接放在垂直于岸線停放的專用拖車上完成接卸，接卸過程須保證吊裝穩(wěn)定、無油污且無雜物墜落。對于棧橋式碼頭，由于空間距離受限，專用拖車無法?？吭诎稑蚝蟠罅汉蟛?，這對接卸工作形成挑戰(zhàn)。如果利用旋轉吊架配合常規(guī)吊具，可以在岸橋的下平衡梁區(qū)域旋轉空客組件至平行于岸線方向后，再將其放至專用拖車上。然而，由于空客組件質(zhì)量過大（遠超出旋轉吊架配合常規(guī)吊具的最大載荷），存在嚴重安全隱患，此方案不可行。

總的來看，在實施空客組件接卸設備優(yōu)化改造的過程中，需要重點關注以下空客組件接卸作業(yè)特點：（1）貨物必須經(jīng)過1次90靶饕擔米饕敵朧褂瞇跫埽？）;（2）貨物質(zhì)量比較大，最大質(zhì)量約，未超過常規(guī)單箱吊具起吊質(zhì)量40 t，但旋轉吊架配合常規(guī)吊具使用模式（見圖2）則無法滿足起吊質(zhì)量要求;（3）貨物及其吊點形式固定，所有貨物的吊裝吊點均符合20英尺標準集裝箱尺寸要求，且貨物吊點距地面的凈空高度不高，只有2 m左右。

2 針對空客組件接卸的岸橋旋轉吊架與吊具配合作業(yè)基本原理及工況

旋轉吊架是一種特殊的吊具，其不具有獨立的動力和控制機構，無法單獨完成吊裝作業(yè)，需要配合吊具使用。岸橋司機可通過控制旋轉吊架實現(xiàn)吊具旋轉90凹捌揭？00 mm。岸橋旋轉吊架與吊具配合作業(yè)基本原理及工況如下。

（1）旋轉吊架沒有獨立的動力單元，由下方配合作業(yè)吊具液壓系統(tǒng)為其提供動力源。旋轉吊架上設有單獨的進出油路接口，與下方吊具上預留的油路輸出接口連接后可為旋轉吊架提供液壓動力源。

（2）在電氣連接方面，吊具垂纜先與旋轉吊架相連接，再由旋轉吊架預留的垂纜與下方吊具相連接。

（3）在控制方面，旋轉吊架的3個Slave模塊采用執(zhí)行器-傳感器接口（actuator-sensor interface，ASI）雙線模式聯(lián)入整個吊具系統(tǒng)組態(tài)[1]，吊具可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）一旦檢測出新的Slave模塊組態(tài)，將確認旋轉吊架連接，并根據(jù)岸橋PLC的指令分析計算，然后通過Slave模塊輸出控制，實現(xiàn)對旋轉吊架旋轉和平移及下方常規(guī)吊具動作的控制。

（4）主要負責承重的岸橋起升鋼絲繩在載荷上增加旋轉吊架自重。由于旋轉吊架必須配合常規(guī)吊具使用，旋轉吊架和常規(guī)吊具的載荷只有29 t。

可見，在設計針對空客組件接卸的岸橋旋轉吊架和吊具優(yōu)化改造方案時，除了須考慮空客組件旋轉作業(yè)工況外，重點應從吊具吊裝載荷方面入手，即只要滿足吊裝空客組件所需的最大載荷35 t，即可滿足空客組件接卸要求。

3 針對空客組件接卸的岸橋旋轉吊架及吊具優(yōu)化改造方案

3.1 優(yōu)化改造思路

在設計岸橋旋轉吊架及吊具優(yōu)化改造方案時，主要考慮增加旋轉吊架及吊具吊裝載荷能力，以便滿足實施空客組件90靶饕狄螅迪只蹺鎘胱ㄓ猛銑抵淶南謂印L岣叩蹙叩踝霸睪勺鈧苯擁姆椒ㄊ羌跚岬蹙吆托跫艿淖苤柿浚壞蹙呤羌苫璞福跚岬蹙咧柿康墓こ譚乘鑾夜こ塘拷洗螅殺疽材巖鑰刂??？

根據(jù)空客組件接卸工況的特點，空客組件的質(zhì)量和加固方式確定統(tǒng)一且吊點固定，與20英尺標準集裝箱的接卸工況一致。這意味著吊具吊裝作業(yè)無須執(zhí)行伸縮和中鎖動作，僅采用20英尺單箱作業(yè)模式即可滿足空客組件吊裝要求，加之吊點位置不高，作業(yè)人員利用工具便可夠到吊點位置。鑒于此，可以將吊具改裝成特殊的專用吊架，固定為20英尺標準集裝箱尺寸，開閉鎖改為手動操作模式，從而大大減輕吊具質(zhì)量，進而達到減輕吊具和旋轉吊架總質(zhì)量以提高吊裝載荷的目的。

由于旋轉吊架的動力和控制均需要常規(guī)吊具配合實現(xiàn)，在改裝吊具之后，還需要改造旋轉吊架。旋轉吊架的機構和控制均相對簡單，可考慮為旋轉吊架配置獨立的液壓動力機構和電氣控制機構。經(jīng)過分析，該方法是可行的，而且成本較為合理，改動最為有效，由此引發(fā)的故障點隨之減少，吊裝的穩(wěn)定性也有所提高。

綜上所述，岸橋旋轉吊架及吊具優(yōu)化改造主要集中在以下方面：（1）將吊具改造為簡單的固定式手動吊具，配合旋轉吊架使用;（2）改造旋轉吊架，使其可以獨立工作而不再依賴常規(guī)吊具的配合;（3）考慮整體安全性，使整體吊裝工況更加安全可靠。

3.2 吊具改造

吊具改造相對簡單，除了部分鋼結構設計制作和試驗[2]外，增加固定手動旋鎖組件配合連接限位及開閉鎖檢測限位即可?，F(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)，將所有控制信號集中在旋轉吊架，再通過垂纜將其與岸橋相連接的改造模式（見圖3）更為合理、簡單。

3.3 旋轉吊架改造

3.3.1 液壓動力系統(tǒng)

將常規(guī)吊具的液壓動力系統(tǒng)安裝至旋轉吊架，同時將吊具上的減壓流量控制閥組機構移至旋轉吊架，并縮小液壓油箱。旋轉吊架上的液壓控制系統(tǒng)無須作太大改動，僅須根據(jù)需要刪減旋轉吊架的平移系統(tǒng)（見圖4），并固定旋轉吊架伸縮平移機構。

3.3.2 控制和通信系統(tǒng)

原旋轉吊架采用ASI雙線控制，其主要功能須與吊具配合完成。若對旋轉吊架的旋轉功能和安全檢測采用單一控制方式并使用ASI通信系統(tǒng)，則會造成控制冗余[3];此外，吊具PLC組態(tài)問題容易引發(fā)故障。鑒于此，考慮到設備垂纜備芯滿足通信系統(tǒng)設計需求，可直接采用點對點的方式，跳過吊具PLC組態(tài)[4]，使旋轉吊架直接與岸橋主PLC組態(tài)和通信。

通過固定檢測點檢測旋轉吊架通信連接情況，增加司機選擇旋轉吊架的撥鈕選擇信號，同時檢測原有常規(guī)吊具連接信號。如果岸橋主PLC檢測到旋轉吊架連接信號和司機選擇信號，而原有吊具連接信號丟失，則岸橋主PLC判斷連接旋轉吊架作業(yè);反之，若吊具PLC信號組態(tài)正常，則岸橋主PLC默認為常規(guī)吊具作業(yè)。

旋轉吊架控制采用岸橋原有油泵控制系統(tǒng)，同時將簡化改造后的吊具與旋轉吊架連接信號引入連鎖控制回路。在吊具起升控制方面，將旋轉吊架組態(tài)完成及改造后吊具的開閉鎖信號引入控制回路。為了確保吊裝安全性，對允許輸出的起升速度進行20%限速。將吊具上架與旋轉吊架的連接限位信號、旋轉吊架與簡化吊具的開閉鎖檢測信號、旋轉吊架的左右旋轉保護信號、旋轉吊架的連接信號、常規(guī)吊具的連接信號等全部引入控制系統(tǒng)，作為主要控制檢測點，以確保吊裝作業(yè)安全可靠。

4 針對空客組件接卸的岸橋旋轉吊架及吊具日常使用維護

簡化改造后的吊具自重僅約4.3 t，從而成功將旋轉吊架及吊具的載荷提升至39.0 t，完全滿足空客組件接卸要求。不過，在岸橋旋轉吊架及吊具日常使用過程中，應注重對旋轉吊架及吊具的完善優(yōu)化和保養(yǎng)維護。

（1）旋轉吊架在吊裝空客組件的過程中旋轉過快，在鋼絲繩撓性擾動[5]及旋轉力矩反作用的影響下，空客組件在旋轉過程中出現(xiàn)輕微晃動。鑒于此，增加旋轉吊架減壓系統(tǒng)并調(diào)整系統(tǒng)流量，并適度調(diào)整旋轉力矩，實現(xiàn)空客組件平穩(wěn)快速旋轉。

（2）在油泵電機側加設電流實時測量裝置，確保旋轉吊架及常規(guī)吊具油泵工作正常。

（3）只須更換旋轉吊架與吊具上架的連接便可實現(xiàn)對旋轉吊架的更換，既有利于節(jié)省更換時間和提高空客組件接卸作業(yè)效率，又能提高設備的穩(wěn)定性。由于旋轉吊架凈空高度較高，更換旋轉吊架時需要人員高空作業(yè)。鑒于此，在旋轉吊架上安裝固定式維修平臺，既便于日常維修保養(yǎng)，又能保障作業(yè)人員安全。

（4）制作手動操作吊具開閉鎖機構的專用扶梯，避免操作中碰撞貨物，實現(xiàn)快速有效地完成開閉鎖操作。

5 結束語

隨著空客組件接卸作業(yè)量的增加以及集裝箱碼頭自動化和工業(yè)智能化的推進，接卸空客組件的岸橋設備在很多方面將不斷優(yōu)化和完善，其中包括遠程近距離無線操控開閉鎖、遠程近距離操作旋轉吊架等。未來，在線無人實時監(jiān)測技術將隨著智能化的推進而不斷發(fā)展，這對設備使用和維護技術人員提出新的挑戰(zhàn)。此外，隨著“一帶一路”的發(fā)展推進，船舶大型化及航運貨類多樣化趨勢日益明顯，這對集裝箱碼頭接卸工藝及設備提出更高要求?？偠灾?，未來時代和技術的發(fā)展將給集裝箱碼頭作業(yè)工藝及設備帶來巨大革新。

參考文獻：

[1] 陳一雷. ASI總線的研究和系統(tǒng)設計[D]. 清華大學，2002.

[2] 李方慧，田春竹. 鋼結構設計課程實踐教學方法探討[J]. 高等建筑教育，2011，20（1）：135-137.

[3] 王彥廣. 控制冗余圖象數(shù)據(jù)的EQT方法[J]. 中國空間科學技術，1987（6）：23-31.

[4] 劉善增. PLC控制系統(tǒng)的可靠性設計[J]. 工業(yè)控制計算機，2004（7）：37-39.

[5] 馬軍，葛世榮，張德坤. 鋼絲繩股內(nèi)鋼絲的載荷分布[J]. 機械工程學報，2009，45（4）：259-264.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2019-12-15）