超期港口機械設備的修復與智能化改造分析

張 林

（天津港第一港埠有限公司，天津 300456）

0 引言

港口中超期服役機器裝備的種類多樣，生產安全隱患大，部分機械裝備有新老焊接材料及單機控制體系不能升級和改造的問題。所以，公司應對超期服役港口機械裝備構造欠缺的修整思路進行剖析，以便機械裝備的使用年限得到科學增長，使港口生產率提高。

1 工程概況

項目計劃將南區5#～7#泊位改建成兩個50 000 t、一個10 000 t 的專業化煤炭泊位，一期出口煤的年設計吞吐量是2500 萬噸，二期可達4000 萬噸。該項目總規模為13 臺的大型港口機械設備的改裝工作，包括編號S1-S5 堆料機5 臺及編號為R1-R4、R5、R7-R9 取料機8 臺。13 臺機器涵蓋3 個時代（分別為80、90、00）6 個型號，在改造期間存在圖紙不足、焊接新老材料等諸多困難。

2 超齡服役港口機械設備現狀

港口施工東區現有大型機器13 臺需移到施工南區升級改造，1986 年S1 堆料機投入使用（圖1），至今已運轉30 余年，左邊臂架銷軸沒有潤滑油，銷軸和銅套卡在一起，銷軸上出現麻點和嚴重孔蝕現象，臂架底部鋼構造有嚴重生銹腐蝕及變形情況。吊卸期間，不能從L 架鉸點支座將側銷軸拔出，應切斷鉸點支座讓臂架和L 架分開，等臂架放到地面后進行去銹、打磨和錘擊等處理，然后拔出銷軸。通過檢查發現無潤滑，銷軸和銅套連接面已出現嚴重麻點和孔蝕，鉸點鋼構造有嚴重的生銹腐蝕。所以改造之前，應先收集和測試這類結構故障欠缺處的受力情況，再按照測試成果測評構造的健康狀況同時給出相應對策，最后對焊縫進行外形測試、無損測試和應用期間的動應力檢測，以判定其修理結果是否安全可靠[1]。

圖1 港口堆料機

3 超齡服役港口機械設備結構弊端修復計劃

3.1 結構欠缺的部位、種類及受力情況的收集和測試

經現場調查和實測，處理問題如下：①測試和分析構件裂痕種類；②檢查和分析構件腐蝕狀況；③檢驗和分析銹蝕狀況；④檢驗和判定其余種類的欠缺。

3.2 構造健康情況測評和修理辦法計劃

經理論分析和運算，處理下面4 個問題：①構造健康狀況指標和測評體系；②分析構造無效形式和影響；③明確重點修理內容的辦法；④港口堆取料機構造欠缺測評和修理計劃。

3.3 修復技術方案

以測試成果和理論研究為基礎，給出修復技術方案。

（1）根據構件的欠缺部位和種類，明確修理計劃：①修理構件裂痕。按照構件現場裂痕狀態（如貫穿性裂痕、部分表面裂痕和裂痕大小等）制定相應修理計劃（如割除改換新構件、去除裂痕后焊接修補等）；②修理構件的腐蝕。按照構件現場腐蝕狀況（如腐蝕坑的樣式、尺寸、厚度和分布狀況等）制定相應的修理計劃（如割除改換新構件、去除裂痕后焊接修補等）；③修理構件的銹蝕。按照構件現場銹蝕狀態（如銹蝕厚度和分布狀況等）制定相應的修理計劃（如割除改換新構件、去除裂痕后焊接修補等）[2]。

（2）焊接修復技術的優化與技術文件擬定：①對部分修復位置進行數學建模；②在割除過程中，分析對應割除構件的溫度場、應力場和變形狀況，制定合適的割除技術計劃；③對焊接過程中溫度場、應力場和焊接變樣狀況進行分析，對焊接技術計劃進行優化；④擬定焊接技術文件。

3.4 修理效果測試

對焊縫進行外形測試、無損測試和應用期間的動應力檢測：①測試和分析修理后焊接接頭的位置和焊接修補位置，保證修理質量；②在完成修理應用時，檢查修理位置和危險位置結構的動應力情況，確保修理質量。

4 超齡服役港口機械設備智能潤滑系統改造

4.1 系統組成及工作原理

當代計算機信息技術、控制技術、大數據收集分析技術及當代潤滑技術組合在一起形成堆料機、取料機智能潤滑系統?？刂葡到y的可靠性和簡潔性及記錄系統各類工作數據、分析解決辦法是影響智能潤滑系統的重要因素。取、堆料機各配置2 套單獨的智能潤滑系統，配置3 套單獨的智能潤滑系統于裝船機，智能潤滑系統包含全部裝備的全部潤滑點，通過智能潤滑系統自行潤滑。各套智能潤滑系統均含有觸摸式工控機的本地電子控制箱，能夠單獨運行，在本地觸摸屏上現場設定和操縱，并根據事先設置的打油時間及數量自行打油。在各潤滑分支上都能設置打油數量及時間。每個潤滑泵站單獨運行，互不干擾，將打油及故障狀況具體記錄下來。各泵站都配有若干電磁閥模組（3 口、4 口、5口或6 口）。電磁閥模組流出的油先按相同數量或成比例通過逐步分配器分配后，然后傳送至各個潤滑點。全部分配器都安裝動作監測按鈕。主管路出現漏油或任一潤滑點出現阻塞，均可引起潤滑系統報警[3]。

堆料機、取料機智能潤滑系統包括：潤滑泵站、主管路、電磁閥模組、分支管路、逐步式分配器和智能潤滑控制體系。泵站送出潤滑油，經主管路輸送到每個電磁閥模組的油入口，此時若開啟其中一個電磁閥，潤滑油由對應的分支管路注入至對應的潤滑點（或逐步式分配器，通過分配器按照一定比例準確分配好然后輸送到潤滑點）。實際工作中，一個泵站同時僅有一個電磁閥打開，因此各條油路都是單獨的，和別的油路互不干擾。

該系統選用工控機與RS485 總線收集控制模組完成對所有裝備的智能潤滑控制線路的分布收集與控制，可以按時、按量給每個加油點加油，可對系統中每個加油點的工作情況進行測試，生成具體的日志記錄，并在系統產生問題時可發出警報，保證準時將充足的潤滑油加到加油點。并且系統具備自動重新啟動性能，在工控機和RS485 數據收集控制模組間通信中止20 s以上后，計算機自動斷電，10 s 后重新送電，以保證系統長久平穩運行。

該系統由電控分系統與潤滑油供應分系統組成。電控分系統包括：泵站當地電控箱、RS485 總線收集控制模組。各電控箱中的主要部分有高性能工控機、RS485 總線收集控制模組及邏輯電路。RS485 收集控制模組、電磁閥和接近開關構成泵站外面的各電磁閥箱。設置在各逐步式分配器上的行動指令接近開關，當分配器不工作時可向主控制系統反應信號，并發出警報。

4.2 堆料機、取料機和裝船機智能潤滑系統的特征

（1）該系統具有極強的適應能力，在多數港口大機械使用場合中能全部替代雙線與單線潤滑系統。1 套智能潤滑系統能向以潤滑泵為圓心的100 m 半徑區域中數以千計潤滑點提供潤滑油。在主管路與電纜能觸及的位置安裝電磁閥模組，能在電磁閥后端與潤滑點相接，還能與逐步式分配器相接。在具有IP55 防護級別的防護箱中安裝電磁閥模組，能承受任何旋轉甚至強度區域中的極速旋轉。

（2）智能潤滑系統能按照用戶需求進行操縱界面的設計和潤滑位置定名。用戶的應用習慣、潤滑管理標準等，都能根據需求在軟件中編寫。系統使用和整個裝備布置相吻合的操作界面，操縱容易、直觀（圖2）。

圖2 智能潤滑系統操作界面

（3）系統主控使用ARM 系列工控機、WINCE 操縱系統及RS485 總線控制構架，安裝壓力、油位等各類測試反饋裝備。軟件采用直觀的圖樣界面，并提供清晰的文本菜單，讓顧客可通過文字理解。同時對后臺進行周密的監測并分析運作數據，在運作數據反常時，系統就會進入精密運作形式，完成具體的自動檢測與維修，當發現有問題時，就會發送警報。

（4）具體的日志記錄功用。日志分級呈現，包含了加油記錄、運作記錄、故障記錄、行動壓力時序記錄等，為修復系統和查找生產管理提供參考，累積的數據也能用來統計分析以增強潤滑系統的利用率。

（5）智能潤滑系統無背壓，無主分配器阻力，潤滑泵能向潤滑點（或終端分配器）施加直接壓力，且管路壓力能隨著阻力的增加或減少而變化。就是隨溫度下降管路壓力自動升高，隨溫度升高管路壓力自動下降。所以在同一要求下溫度和距離有很好的實用性。

5 智能灑水除塵噴淋抑塵系統改造技術

堆、取料機智能灑水除塵噴淋抑塵系統主要包括進水設備、水箱、空壓機、水泵、管路、噴嘴、手動閥、電磁閥、單向閥、自動排水閥、過濾器、壓力計、流量表、液位計、電伴熱和保溫系統等，地面供應水用進水栓，機上用水可由地上提供水源或由水箱用水泵供應。該設備有遠程自動與現場手動兩種功能，自動方式下能在駕駛室開關系統、手動方式下能用水泵周圍的本地操控箱上手動開關水泵和電磁閥。駕駛室操縱臺及現場操縱箱安裝水泵工作指示燈與液面指示燈，駕駛員能按材料含水率、天氣情況和揚塵狀況來調節噴灑水量，達到環境保護要求[4]。

供水及泄水技術如下：①從地面進水栓為大機器給水，進水口接頭布置于上水栓，水管卷盤安裝在大機門腿位置行走臺車上。機上除塵用水由地面直接供應或由水箱用水泵提供，并安裝對應切換閥，駕駛員應按真實狀況不定時人為接通給水箱供應；②將高壓沖刷安裝在旋轉平臺、中央漏斗和懸臂頭部漏斗四周，預先保留管道接口，并配有高壓軟管20 m；③將自動排水閥安裝于水泵及管道底部，結束噴水后可自行排水。

6 結束語

對超期服役港口機械設備構造欠缺修復工藝的研究思路進行系統分析，并對超期服役堆料機、取料機智能潤滑系統及智能灑水除塵系統改造技術進行概括，取得下列論斷：①經分析機械構造欠缺和新老原料焊接主要工藝，完成對超期服役大型港口堆、取料機構造健康情況評價，制定修復技術計劃，并對構造欠缺修復位置實施成果檢驗；②對超期服役堆、取料機舊有潤滑系統存在的不足，進行有關的設計，實現了大機從人工潤滑到智能化的轉變，使系統智能程度提高；③通過對超期服役堆、取料機灑水噴淋情況進行驗證，重新對其設計，完成大機從單一沖刷功用到智能灑水噴淋抑塵系統的轉變，使港口環境品質得到改進，提高節能效益；④在常規工作條件下可有效增加超期服役港口機械設備的使用年限，減少單位能源消耗，提升工作效率，與智慧港口開發策略相一致。