无锡港通机电设备有限公司

张  华

随着港口装卸设备自动化技术的发展，散料抓斗卸船机（以下简称卸船机）从最初司机手动卸船，发展到后来的半自动卸船，再到今天的全自动卸船，自动化卸船功能的不断完善，为散料码头提高运行效率提供了安全保障。

当前，国家大力倡导2025中国智造，在散料装卸领域，散料堆场自动化已经取得了很大的发展。相比而言，卸船机自动化方面相对滞后，因此卸船机在智能化、无人化技术方面需要有所突破，才能使整个散料装卸系统自动化得到进一步的完善。

卸船机自动化技术，重点在于抓斗从船舱抓取物料到料斗卸料，再回到船舱这个卸船过程的自动化。本文就对的这个过程自动化的现状进行研究，为今后发展提供一些参考。

卸船机自动化技术发展，需要考虑三个方面：安全、效率和操作模式。只有在保障安全前提下，高效率的卸船操作模式，才能在用户中得到广泛应用和推广。

• 卸船机作业安全，有以下几个方面：

• 防碰撞保护：抓斗与船舱、接料板、料斗

自动化系统需要具备在取得卸船机结构，船舱位置数据后，设定防碰撞保护区域，如图：

• 抓斗摆动控制：

卸船机抓斗摆动控制是卸船机自动化作业中关键的技术，在小车行进过程中，小车以特定的加减速方式，抓斗运行过程中不产生摆动，从而使系统能够精确控制抓斗在运行路径中的每一个位置，抓斗按照系统预定的轨迹准确运行，并实时进行监控。

而在飞行卸料的模式下，系统是利用抓斗的摆动实现飞行卸料，达到提高效率的目的。

• 防止洒料：

为防止洒料，需要自动化系统在动态过程中精确控制起升和开闭机构的力矩分配，以及抓斗运行的轨迹和开斗的位置。并且具有力矩记忆功能，保证重载抓斗在空中启动时不产生抓斗向下溜的现象。

• 过载保护：

系统对抓斗抓取量控制，针对不同抓斗、不同物料保证最大抓取量并且不产生过载。抓斗过载时，只能下降；料斗过载时，抓斗不能打开。

• 卸船效率：

• 实现抓斗从船舱抓取物料到料斗卸料，再回到船舱这个卸船过程的自动化，提高卸船效率。
• 针对不同抓斗、不同的物料，灵活调整抓取量，保证每一次抓取量最大并且不产生过载。
• 抓斗满载上升以额定速度运行，空斗下降时以机械允许的最大速度运行，通常这个速度是起升额定速度的1.3～1.5倍。
• 在卸船过程中，小车和起升机构同时运行，抓斗以抛物线的路径运动，缩短循环时间。如图：

• 在卸非粘性物料时，采用飞行卸料的方式，缩短小车行走距离，从而缩短卸船循环时间，提高卸船效率。如上图。

• 卸船操作模式：

一般卸船机有手动、半自动、半自动+、全自动、全自动（3D扫描）和远程等多种操作模式。

•  手动操作：

手动操作的效率和安全完全取决于司机操作，司机在作业时，需要完成抓取、提升、行走、开斗等一系列动作，并且需要时刻掌控抓斗运行路径和开斗时机，确保在卸船过程中不产生碰撞、洒料等安全问题，具有很大的不确定性。并且随着作业时间延长，司机的注意力、效率会有不同程度的下降。

对于新司机，需要较长时间的培训和实践，达到熟练程度。

同时，手动操作容易产生对设备的冲击载荷，对设备产生损害，缩短有效寿命。

• 半自动操作：

    半自动操作实现了抓斗从船舱到料斗之间来回运动的自动控制，优化了卸船作业抓斗运行轨迹，缩短卸船循环时间。

司机主要精力集中在船舱一侧操作，劳动强度有所下降。

但是，在半自动操作时，抓取点调整、松绳、抓取、提升等动作仍然需要由司机手动完成，会影响整个卸船过程动作的连贯性，因此，目前技能熟练的司机大多还是会采用手动模式卸船。另外司机需要预先设定好船舱位置，这种设定好的船舱位置不能及时反映船舱位置的变化，在一定时间卸船作业后，需要司机在系统提醒下重新设定。另外，司机若不能及时准确地调整抓取位置，会影响卸船的效率。

• 半自动+操作

半自动+操作与半自动操作最大的区别是在该操作模式下，司机只需调整抓斗的抓取点，其余动作如抓取、提升、行走、开斗及返回抓取点等均由系统自动完成。司机注意力主要关注船舱内物料情况，利用联动台上微动手柄，结合司机室内监控系统，对抓取点进行调整（下图船舱中方形光标是抓取点位置）。

半自动+操作完全解放了司机的双手，无需主机构手柄操作，极大降低司机的劳动强度，并且消除手动操作带来的机械冲击。

      司机室监控系统

• 全自动操作

全自动操作是在半自动+的基础上，由系统自动以步进的方式调整抓取点的操作模式，司机无需操作微动手柄。实际作业过程中，半自动+和全自动操作模式可以随意切换，给操作带来很大的灵活性。

另外，半自动+和全自动模式可以结合视频监控，即在司机室加装视频显示，司机可以通过视频监视船舱内物料变化来调整抓取点，改变司机长期低头操作模式，有效防止职业病的发生。

目前，半自动+和全自动操作模式循环时间已经能够达到熟练司机的操作水平。

• 全自动（3D扫描）操作

全自动（3D扫描）操作利用3D激光雷达，获得船舱高度、舱口位置，自动设定防撞保护和作业区域，并实时更新。同时，对舱内物料进行扫描，获得物料3D地形图。系统根据实时物料地形图，按设定的卸船策略，自动调整抓取点进行连续卸船作业。该操作模式，可以涵盖大车方向的自动操作，实现对整个船舱全自动作业。

半自动、半自动+、全自动、全自动（3D扫描）操作具有每个循环作业重复性好，可以降低司机劳动强度，减少新司机培训时间，提升卸船作业安全，减小和消除对设备冲击等优点。另外，全自动操作是卸船机远程操作的基本条件。

当前，全自动操作推广还需要解决几个问题：

•    解除用户对全自动操作模式的安全顾虑：全自动卸船操作由于防撞等安全保护均由系统自动实现，安全性要比司机手动操作保护更加全面和有效，能够消除人为判断失误产生的不安全因素。
•    解决特殊模式下卸船流程的安全保障问题，如船舱周围物流抓取，清舱作业等等，需要在实践中寻求实施方案并不断加以完善。
•    激光雷达成套设备的投资成本一定程度上制约了全自动化的推广。但随着其它工业无人化发展，比如汽车无人驾驶技术的快速发展和应用，将极大降低扫描设备的投入成本，使得自动化技术在硬件投资投入大的问题得到解决。

• 远程操作

远程操作简单说是卸船机具备全自动卸船功能后，把卸船机司机室功能转移到地面中控室内，司机的主要工作是对卸船机作业过程进行监控，在必要时进行人工干预和特殊模式下的远程操作。

远程操作模式下，司机可以同时监控多台卸船机作业，将大大减少作业人员配置。

    远程操作系统配置

                     远程操作台

卸船机远程操作模式，以全新的"自动船舱检测"功能，采用激光雷达对船舱进行扫描，自动识别船舱的边缘位置，并动态监视其变化，确保抓斗与船舱不会碰撞，同时按照特定的卸船模式，自动在扫描出的物料轮廓上选择最佳的抓取点，结合卸船机全自动操作模式的"自动抓斗控制"、"抓斗摆动控制"和、"路径优化控制"功能和大车方向的防撞等安全保护功能，以及必要的视频监控，使司机操作更简单，作业环境和劳动强度得到极大改善，作业过程更加安全，一定时间内的连续作业的循环次数明显增加，设备运行更加平稳，有效地提高卸船机作业效率和安全性能。

卸船机远程作业模式符合当今及时发展潮流，随着不断实践的尝试，必将代替现有的操作模式，进一步提升散料装卸的自动化水平。