一、立项背景

我国港口吊运纸浆目前使用的纸浆工属具主要有桥式起重机专用组合吊具、单支挂钩等工具。其中专用组合吊具只能应用于专业化大型船舶作业，结构复杂，维护成本较高，对船舶形式、起重机规格、动力源等有专门的要求，有一定的局限性。大部分纸浆装卸作业仍需使用单支纸浆挂钩等小型工具。作业时工人爬到纸浆上使用挂钩钩头挂在纸浆的捆绑铁丝上起吊，然后落到规定位置时，工人再爬到纸浆上面人工摘掉钩头。由于纸浆的高度较高，需要频繁使用梯子爬上爬下，存在一定的安全隐患，并且耗时时间较长，生产效率不高。

纸浆货种是青岛港的主要货种之一，青岛前湾西港联合码头有限责任公司作为青岛港纸浆货种的主要作业码头，需要持续提高装卸生产的效率和质量，提升核心竞争力。

目前国内外港口的纸浆装卸主要使用以氮气作为动力源的自动摘钩控制系统，系统设计比较复杂，需要有电磁控制、氮气管路、氮气瓶等装置，钩头开合采用遥控控制。但是由于该气动吊钩属于小众产品，均为国外进口，购买成本较高，所以自主研制自动摘钩设备可以节支降耗，节约成本，还可以促进提升团队的创新能力。

二、主要做法、原理

为提高纸浆装卸作业效率、降低安全风险、减少人工成本，以自动脱钩为方向，设计制作可以自动脱钩的吊具。主要技术创新内容有以下几点：

一是采用电磁驱动技术研究，设计电磁驱动的自动脱钩吊钩，实现纸浆吊具吊钩的自动开闭，解决了目前使用的氮气气源动力吊具存在结构复杂、使用维护成本大、危险性高的问题。此技术必须做到纸浆落钩到指定位置后，在机械钩头起升时钩头完全脱离纸浆的捆绑铁丝，采用电动驱动，可以通过一定的控制回路将钩头的开关打开，实现脱钩。

二是利用力学结构计算研究，在电磁驱动吊钩内部设计了防脱钩保护销。在钩头受力达到一定数值的情况下，即使是得到开启吊钩的指令信号，吊钩也不会开启动作，这一设计可以有效的解决误动作和二次起吊过程中的需要重新挂钩的问题，实现了生产作业的本质安全，提高作业效率。

采用上述两种技术，设计制作了电磁式自动脱钩吊钩，配合电池组、吊梁框架、吊索、电控装置等组合成电磁式自动摘钩吊具。为了在吊装货物时实现良好地防脱效果，在吊钩连接座的容置腔内安装了推拉式电磁铁，在推拉式电磁铁断电时，利用推拉式电磁铁上伸出于容置腔的限位杆与钩体的限位槽形成插装配合，在限制连接座、钩体之间相对转动的同时还使得钩体牢牢地处在其钩槽口斜向上的防脱位置，被吊装的货物受自身重力无法从斜向上的钩槽口处脱出，因而能够确保吊运过程中的可靠性、安全性。

三是利用偏重结构和力矩的计算研究，设计制作了无动力源的自动脱钩吊钩。采用偏重式机械结构，配合弹性碰珠机构，在挂钩后起升时通过受力点与钩头吊点间的偏心力矩作用，钩头与碰珠脱离；落钩时，吊钩无货物重力作用，在钩头的偏重和自身重力作用下，钩头倒置翻转，自动从纸浆捆绑铁丝吊系中脱出，实现自动脱钩的效果。

无源式机械自动脱钩吊具由自动吊钩、链条等组合而成。工人作业时挂上钩后，吊到规定位置，机械钩头下落时，钩头可以自动从捆绑铁丝中脱出，不需要工人再去摘钩。自动脱钩钩头采用偏重式机械结构，利用偏重以及力矩原理，配合弹性碰珠机构，在挂钩后起升时通过受力点与钩头吊点间的力矩作用，钩头与碰珠脱离；落钩时利用钩头的偏重原理，钩头倒置，放下纸浆后起升时钩头从纸浆捆绑铁丝内脱出，实现自动脱钩的效果。

三、创新亮点

纸浆自动摘卸设备的研制成功，减少了纸浆装卸作业环节，减轻了工人劳动强度，降低了作业安全风险，提高了作业生产效率,进一步提高了装卸作业自动化程度。

四、应用效益情况

纸浆作业的过程大体可分为挂钩、吊运、摘钩三个步骤，实现了自动摘钩，省掉了人工摘钩的作业环节，每条作业线减少了一名作业人员投入，累计节约人工成本约45.5万元；减少了工人登高上下垛环节，降低了作业安全风险，降低工人劳动强度25%；提升了作业效益，效率提高30%，能耗降低23%以上，增收680万元以上。

该成果的推广应用有助于逐步实现件杂货作业的“人机、人货分离”，促进港口安全发展和经济运行，具有良好的社会效益。

五、可推广应用范围

现在国内尚无此类采用电磁技术以及无源偏重式结构实现自动脱钩的设备，尤其是无源机械式自脱吊具，结构简单，制作成本低，实用性较好，具备极高的推广价值，后期可推广应用于袋装类、捆扎类件杂货货物的装卸作业中，大大提高货物的装卸作业效率，降低作业安全风险，保障现场作业安全。