实际船型散货卸船生产率测算研究

陈曦 牛运可

摘 要：桥式抓斗卸船机额定生产率一般定义为港机每小时的机械作业能力，反映了工艺装备的作业生产能力，一般对应设计船型的作业能力。实际生产组织中，码头靠泊船型时常与设计船型存在偏差，出厂设计能力参考有限。本研究以抓斗抓取工况、循环周期及货物物理特性为基准，结合实际船型尺度影响，构建了主力船型卸船生产率测算模型，可为港机能力评估、卸船生产组织和辅料进厂进度预判提供有益参考和决策支持。

关键词：卸船工艺;散货物料;船型匹配;生产率

引 言

受限于货物源点、区域运力船型分布等因素，码头实际靠泊船型常与设计船型存在偏差，较小的船型尺度对于装备能力发挥有一定的影响，舱口尺寸直接限制了抓斗的运动空间，较窄的舱口也会对司机造成操作压力，影响作业速度。在卸船机《生产率及结构计算书》中，一般只针对设计船型进行了生产率计算，且计算中抓斗运动模式与实际情况有较大的差别，未考虑其他靠泊船型的差异，对实际作业指导有限，不利于生产组织计划的编制和现场作业管控。

本文通过分解卸船机抓斗运动，结合船型尺度、靠泊状态和港机结构布置，辨识小车及抓斗运行轨迹，测算出主力船型的抓斗循环时间。考虑作业品种物理特性和抓斗容量、港机起重能力及抓取工艺，构建卸船生产率计算模型，获得实际船型生产率参数。本研究可为实船作业装备能力评估、卸船生产组织和辅料进厂进度预判提供有益参考。

1  卸船生产率模型

卸船生产率一般指统抓阶段港机每小时的机械作业能力。通过结合主力船型尺度、码头高程、靠泊状态、港机结构布置、设备机械运作能力和电气控制程序，根据抓斗运动特性进行轨迹分解，测算出抓斗完成一次卸船动作的循环时间。结合港机起重能力、抓斗技术参数和物料物理特性，构建卸船生产率测算模型，获得实际船型统抓阶段的作业效率。

1.1 抓斗运动分解

以空斗在料斗上方处于打开状态为起点，抓斗完成一次卸船动作需经过小车向海测运行、抓斗下降、抓斗闭合、抓斗起升、小车向陆侧运行和抓斗打开放料数个过程（见图1）。港机设备具有手动及半自动操作模式，在实际生产作业中，考虑操作负荷和，司机一般采用半自动模式，即在舱口上方设置半自动设定点，抓斗从该点自动返回料斗上方打开放料，再返回该点，即全过程中除了抓斗在舱内抓取阶段，其余阶段为自动运行。

在《生产率计算书》中，考虑最大效率，默认为手动操作模式，且计算船型尺度大，操作空间宽裕，舱口至料斗之间抓斗以抛物线轨迹运动往返，距离短，速度快，运行平滑，抓斗的循环周期大幅减少。在实际生产半自动作业模式下，抓斗由设定点垂直上升完毕后小车才会水平运行回料斗，或小车水平运行完毕后抓斗才垂直下降回舱口上方设定点。当中运行机构经历多次加减速和停止动作，运作生硬，循环周期长。根据抓斗运动特性，本研究将抓斗运动分解简化为舱内抓取、垂向提升、小车往返及垂向下降4个过程。

1.2 循环时间

循环时间指抓斗完成一次抓取动作所消耗的时间，也代表着作业速度及效率，是生产率计算中最关键的参数。模型根据运动学定理计算作业循环时间。同时可结合实际作业记录，获得统抓阶段的作业记录，通过实动时间和实动效率反推和验证平均循环时间。

1.3 物料抓取工艺

在构建生产率测算模型时，抓取物料的物理特性、舱内料面形状和抓斗抓取状态都有十分重要的关联，这些技术特性统称为物料抓取工艺。例如由于块状物对于抓斗下沉有十分明显的阻碍作用，因此抓斗一般较难处于满斗的状态，通过现场估算和经验判断确定斗容利用率、结合货物容重，可测算每斗货物重量。

1.4 实际生产率测算模型建立

通过上述分析辨识的抓斗运动分解、作业循环周期和物料抓取工艺，以每斗货物的抓取重量和循环周期为核心，构建卸船机实际生产率测算模型（见如下公式所示）。

其中，R为港机生产率，t/h;D为作业品种容重（或称堆密度），t/m3;V为抓斗容积，m3;R为抓斗填充率，%;T为循环时间，s;t为计算船型;c为作业货种;h为抓取状态;S为抓斗阶段运动耗时，s;p为抓斗运动轨迹;d为港機结构布置。

2  卸船生产率模型应用

以某码头辅料卸船机为例，模型中参数取值为：白云石、石灰石和大灰石货物平均容重取1.6、1.6和1.5t/m3，抓斗填充率分别为90%、90%和85%，以5000吨级散货船舶组织生产，卸船工艺为1200t/h桥式抓斗卸船机。实际生产率测算结果如下：白云石和石灰石货种实际作业生产率测算为1016.92t/h，大灰石为900.40t/h，通过现场验证与模型测算基本相符。

卸船机《生产率及结构计算书》中设计船型为3.5万吨散货船，对应理论生产率为1200t/h，同货种情况下使用5000吨级船舶实际生产率约为设计值的85%。

3 结束语

本文研究了卸船工艺生产率测算机理。通过抓斗运动分解，结合港机操作模式，辨识出循环作业周期中的控制环节。考虑作业物料物理性质、散货物料抓取工艺状态，建立了辅料码头主力船型卸船生产率测算模型，并进行应用和验证，尺度较小船舶对于卸船机能力发挥影响明显，主要影响了抓斗操作，进而影响了作业循环时间，降低了作业效率。本文研究是对实船生产率测算模型的一次探索展望，其初步结果较为贴合实际生产情况，有助于合理判断实际船型下卸船能力，为卸船生产组织、物料进厂进度预判提供有益参考和决策依据。

参考文献：

[1]朱也夫. 抓斗卸船机抓斗轨迹优化及控制策略的研究[D]. 大连海事大学， 2010.

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