超龄服役港口机械设备结构缺陷修复及智能化改造技术研究

2021-07-01 03:20谢文宁张水良李潇峰

港口装卸 2021年3期

樊攀谢文宁张水良李潇峰

中交机电工程局有限公司

1 引言

日照港石臼港区东煤南移工程是将现有日照港石臼港区一公司的煤炭装卸设备搬迁至南区，将南区5#～7#泊位改造为专业化的煤炭泊位，分别为2个5万t级泊位和1个10万t级泊位，设计年吞吐量为出口煤炭一期为2 500万t，二期达到4 000万t。此工程涉及5台堆料机(S1-S5)、8台取料机(R1-R4,R5,R7-R9)共计13台大型港口机械设备的改造任务。13台机械设备涉及80、90、00三个年代6种不同机型，改造过程中面临图纸缺失、新旧板材焊接、智能化升级改造等多项难题[1]。

2 超龄服役港口机械设备结构缺陷修复技术

日照港石臼港区东作业区目前13台大机需要搬迁至南作业区进行改造升级，以S1堆料机为例，S1堆料机于1986年投产，距今已经运行33年，机身结构老旧，臂架左侧销轴无润滑，销轴与铜套卡死，销轴麻面、点蚀情况严重，臂架根部钢结构锈蚀、变形严重。吊卸时，该侧销轴无法从L架铰点支座抽出，需将铰点支座割断使臂架与L架分离，待臂架落地后使用除锈、打磨、撞锤等手段，才将销轴抽出。经观察，内部没有润滑，销轴与铜套结合面麻面、点蚀严重，无法继续使用，此处铰点钢结构锈蚀严重。因此在实施改造前，必须先对此种结构故障缺陷部位进行受力状态的采集及检测，然后根据检测结果进行结构健康状态评估并提出解决方案，最终通过焊缝的外观检测、无损检测试验[2]及使用中的动应力测试来确认其维修效果是否安全可靠。

2.1 结构故障缺陷的部位、类型及受力状态的釆集及检测

通过现场调研及现场测量，解决以下问题：

(1)构件裂纹类型的检测与分析。

(2)构件腐蚀情况的检测与分析。

(3)构件锈蚀情况的检测与分析。

(4)其他类型缺陷的检测与确定。

2.2 结构健康状况评价及维修方法决策

通过理论分析及计算，解决以下问题：

(1)结构健康状态指标及评价体系。

(2)结构失效模式及影响分析。

(3)主要维修项目的确定方法。

(4)日照港堆取料机结构缺陷评价及维修决策。

2.3 新旧材料的成分与性能分析

通过材料成分光谱分析及机械性能拉伸试验，解决以下问题：

(1)需要更换或修复部位的旧材料成分分析。

(2)旧材料机械性能分析。

(3)新构件材料的成分与机械性能分析。

(4)焊材的选定与性能分析。

2.4 修复工艺方案

根据试验结果及理论分析，提出维修工艺方案。

2.4.1 根据构件的故障缺陷部位与类型，确认维修方案

(1)构件裂纹的维修。根据构件现场裂纹情况(如贯穿性裂纹、局部浅表裂纹以及裂纹尺寸等)确定不同的维修方案(如切除后更换新构件、或清除裂纹后焊补等)。

(2)构件腐蚀的维修。根据构件现场腐蚀情况(如腐蚀坑的形状、大小、深度及分布情况等)确定不同的维修方案(如切除后更换新构件、或清理后进行焊补等)。

(3)构件锈蚀的维修。根据构件现场锈蚀情况(如锈蚀深度及分布情况等)确定不同的维修方案(如切除后更换新构件、或清理后进行焊补等)。

2.4.2 焊接修复工艺的优化与工艺文件制定

(1)建立局部修复部位数学模型。

(2)对需要切除的构件进行切除时温度场、应力场及变形情况进行分析，确定合理的切除工艺方案。

(3)分析焊接时温度场、应力场及焊接变形情况，优化焊接工艺方案。

(4)制定焊接工艺文件。

2.5 维修效果检测

通过焊缝的外观检测、无损检测试验及使用中的动应力测试，解决以下问题：

(1)对维修后焊接接头的部位与焊补部位进行检测与分析，确认维修质量。

(2)对维修后使用过程中维修部位及危险部位结构的动应力状态进行检测，确认维修质量。

3 超龄服役港口机械设备智能润滑系统改造技术

堆料机、取料机智能润滑系统是现代电脑信息技术、控制技术、大数据采集分析技术和现代润滑技术的结合[3]。智能润滑系统优劣的关键在于其控制系统的可靠、简明和其对系统各种运行数据强大的记录、分析处理方法。取料机和堆料机每台机安装2套独立的智能润滑系统，装船机安装3套独立的智能润滑系统，所有设备的所有润滑点都纳入了智能润滑系统当中，由智能润滑系统自动润滑。每套智能润滑系统都带有本地电控箱，每个电控箱都带有触屏工控电脑，可以独立工作，在本地触摸屏上就地设置、操作，同时可按照预先设定的打油周期和打油量自动打油。每一润滑支路的打油量和打油周期均可任意设定。各润滑泵站独立工作，互不影响，会详细记录打油和故障情况。每个泵站附带多个电磁阀模组(3口、4口、5口或6口)。电磁阀模组出来的油脂经过递进式分配器等量或按比例分配后，再输送到各润滑点。所有分配器均装有动作监测开关。主管路发生漏油，或者任何一个润滑点发生堵塞，润滑系统都会发出报警信号。智能润滑系统设计参数见表1。

表1 智能润滑系统设计参数

3.1 系统组成及工作原理

堆料机、取料机智能润滑系统主要由润滑泵站、主管路、电磁阀模组、分支管路、递进式分配器及智能润滑控制系统组成。泵站输出润滑脂，通过主管路到达各处电磁阀模组的进油口，这时如果某一路电磁阀打开，油脂则从相应的分支管路加注到相应的润滑点(或递进式分配器，经分配器按比例精确分配后再送往润滑点)。实践中1个泵站同一时间只开启1个电磁阀，所以每一路打油与其他油路无关，相互独立。

本系统各设备的智能润滑控制路径采用工业控制平板电脑和485总线采集控制模块实现分布式采集和控制，能够实现对各个加油点定时定量加油，能检测到系统各加油点的工作状况，产生详细的日志记录，同时当系统出现故障时能提供报警，确保加油点能按时加入足够的润滑油。同时系统具有自动重启功能，当工控电脑与485数据采集控制模块通讯中断(超过20 s)时，电脑供电自动切断，过10 s再次供电，以保证系统长期稳定工作。

整个系统分为电控子系统和润滑油脂供给子系统。电控子系统泵站本地电控箱和485总线采集控制模块。每个电控箱内主要包含高性能工业控制平板电脑，485总线采集控制模块和逻辑电路。泵站外的每个电磁阀箱内包含485采集控制模块，电磁阀以及接近开关。每个递进式分配器上安装的动作指示接近开关，可以在分配器不动作时将信号反馈给主控系统，从而发出报警信号。

3.2 堆料机、取料机及装船机智能润滑系统的特点

(1) 智能润滑系统适应性非常强，在大部分港口大机应用场景下完全可以取代双线和单线润滑系统。1套智能润滑系统可以给以润滑泵为中心的半径100 m范围内的数千个润滑点供油。电磁阀模组可以设置在主管路和电缆可以到达的任何地方，电磁阀后面可以直接接润滑点，也可以接递进式分配器。电磁阀模组设置在防护等级达到IP55的防护箱内，可经受任意旋转甚至强度范围内的高速转动。

(2) 智能润滑系统可根据用户要求来设计操作界面、命名润滑部位。用户的一些使用习惯、润滑管理规定(例如定时要求操作者打油，到时候没打油可以发送报警信号到管理者的电脑)等，均可在软件中按要求编制。系统采用与具体设备布局一致的操作界面，操作简单、直观(见图1)。

图1 智能润滑系统操作界面

(3)系统主控采用ARM系列工控电脑、WINCE操作系统和485总线控制构架，设置了压力、动作等多种检测反馈装置。软件使用直观的图形界面和清楚的文字菜单相配合，使客户能够望文生义。同时，有着严密的后台监控和运行数据分析，如果运行数据异常，系统即进入精细运行模式，进行详细的自动测试和修复，如果确认有故障，则发出报警信号。

(4)详细的日志记录功能。日志分级显示，涵盖加油记录、运行记录、故障记录、动作压力时序记录等，供系统维护、生产管理查询之用，积累的数据还可通过统计分析来提高润滑系统的使用效率。

(5)智能润滑系统没有背压，也没有母分配器的阻力，润滑泵提供的压力可直接作用于润滑点(或末端分配器)，而且管路压力可随阻力的增减而自适应。即温度降低时管路压力会自然上升，而温度上升时管路压力自然会降下来。因此相同条件下温度、距离适用性更好。

4 超龄服役港口机械设备智能洒水除尘喷淋抑尘系统改造技术

堆料机、取料机智能洒水除尘喷淋抑尘系统由上水装置、水箱、空压机、水泵、管路、喷嘴、手动阀、电磁阀、单向阀、自动泄水阀、过滤器、压力表、流量计、水位计、电伴热和保温系统等组成[4]。地面上水栓供水，机上用水既可直接从地面供水，也可用机上水泵从水箱供水。可实现远程自动和本地手动控制，自动模式下可在司机室启停系统，手动模式下可在水泵附近的本地操作箱上手动启停水泵和电磁阀。司机室操作面板和本地操作箱均设水泵运行指示灯和液位指示灯，司机可根据物料含水量、气候条件及扬尘情况控制洒水量，以满足环保要求。智能洒水除尘喷淋系统设计参数见表2。