翻車機自動扶鉤裝置

王治偉

（華電國際電力股份有限公司萊城發電廠，山東濟南 271100）

華電國際電力股份有限公司萊城發電廠（以下簡稱“萊城電廠”）裝機總容量為4×335 MW 國產凝汽式燃煤發電機組。工程于1998年3月開工建設，2003年5月全部建成投產，年燃煤量約需300萬t，主要由翻車機完成接卸任務。翻車機是PLC 程序控制，自動化水平較高，但因為摘鉤、扶鉤、車皮余煤清理等部位還需有人工操作，而且該部位環境差，危險性大，不適應智慧電廠的要求，為及早達到華電國際電力股份有限公司無人值守的要求，需對翻車機卸車過程中“人工摘鉤、扶鉤、車皮余煤清理”等問題進行探索、研究。

1 項目概述

燃煤火力發電裝機總量占據著我國發電裝機的主導地位，陸上燃煤電廠大部分是火車來煤，普遍裝備翻車機作為接卸煤炭的設備。翻車機是一種大型、高效的機械化卸車設備，是常用的鐵路敞車卸車設備，其卸車作業的機械化程度高、生產能力大。翻車機卸車作業線是以翻車機為主體，附屬設備包括撥車機、遷車臺、推車機等。萊城電廠使用的C 翻車機系統，設備由大重集團公司（大連）設計制造。翻車機系統卸車線為折返式卸車線，其翻卸形式為轉子式，驅動方式為齒輪傳動，壓車機構為液壓壓車。

翻車機卸車作業是用傾翻車廂的方法將所載貨物從車廂頂部一次卸出的快速卸車方式，其翻轉動作由翻車機轉子來完成。翻車機翻卸敞車車廂時，需要把即將進入翻車機的車廂與整列火車車廂解列，然后撥車機把待翻車廂牽入翻車機，翻車機旋轉翻卸車廂。撥車機將待翻車廂牽入翻車機同時，把已完成卸車的空車車廂推到遷車臺。遷車臺將空車車廂遷移到空車軌道，由推車機推出遷車臺，與上一節空車撞鉤連接。

翻車機翻卸敞車車廂設備運行中，當翻車機翻車時車輛前后鉤頭隨著車輛旋轉產生角度偏斜（角度偏斜是由鉤頭左右活動關節所致），當翻車翻轉回到零位時鉤頭仍然處于偏斜狀態，這時需要人工采用撬棍、木棒、鐵鉤等工具將車輛前后偏斜的鉤頭扶正，然后撥車機才能進入掛鉤繼續撥車至遷車臺位置的運行動作。否則鉤頭在偏斜的狀態下前后車輛將無法連接，有時甚至出現車鉤“抄手”現象，更有甚者還會造成車輛脫線事故。

人工復鉤和扶正作業需要掌握一定的技巧，有一段適應和熟悉的過程，常出現新換人員操作不熟練、不到位，造成系統作業效率降低。此外，人工摘復鉤與翻車機自動化系統交叉動態作業，作業段的人工鉤體扶正和摘復鉤作業在翻車機自動化運行未被中斷的情況下擇機實施，具有非常大的安全隱患，成為翻車機作業區域最大的危險源，近年來國內不斷有電廠在本環節出現人身傷亡事故。目前各廠普遍采用人工完成扶鉤工作，已經顯示出很多缺點，操作工人存在卷入運行設備危險；扶鉤容易出現人身事故；翻車機系統已基本實現自動化，但火車車廂在翻卸車前后，扶鉤動作仍然由人工完成，影響翻卸車效率。針對上述情況，為降低人員安全風險，改善工作環境，提高卸煤生產線的自動控制水平，降低故障發生率，保證系統安全穩定運行，對翻車機摘復系統進行探討改造，進一步提升翻車機系統自動化智能化水平，降低人工成本，避免摘復鉤工位的安全隱患；提出了翻車機翻車自動扶鉤裝置研究課題，為將來實現卸煤系統無人化和自動化奠定基礎。

2 翻車機自動扶鉤裝置工作原理

（1）翻車機壓車梁前梁下端平臺兩端（車輛進出端）位置安裝自動扶鉤裝置行走軌道（車輛進車端軌道長度為2 m，車輛出端軌道長度為1 m）。

（2）自動扶鉤裝置行走軌道上安裝扶鉤擺動桿、扶鉤接手、關節機器人、驅動減速機等執行部件。另扶鉤裝置還裝有激光檢測儀、高清攝像頭等檢測、識別裝置。

（3）該扶鉤裝置包括驅動件和與該驅動件連接的扶桿，驅動件用于驅動扶桿，圍繞扶桿的一端轉動，以使得扶桿在初始位置和工作位置之間運動。當扶桿處于所述工作位置時，扶桿的另一端頂住翻車機所要翻轉的火車車廂的車鉤，當扶桿處于初始位置時，扶桿的水平不受力。

（4）車輛兩端自動扶鉤裝置所有動作在翻車機本體靠車板、壓車梁動作時間內完成。自動扶鉤裝置動作如下：當車輛進入翻車機平臺后，翻車機內定位信號及車機重鉤舍開到位的信號到來后。兩套裝置移動到設定車輛兩端鉤頭近距位置，擺動桿水平方向旋轉90°，同時延圓周旋轉90°，扶鉤接手固定車輛前后鉤頭。翻車機本體平臺上的自動扶鉤裝置隨車輛同步、同角度一體翻轉，從而保持翻車過程鉤頭始終處于翻車前原始平正狀態。當翻車機到達165°并翻車機零位信號到來后，翻車結束后自動扶鉤裝置擺動桿、搖動桿、扶鉤接手恢復作業前狀態。

3 翻車機自動扶鉤裝置研究內容

（1）針對車鉤類型的復雜多樣，設計一款可在車廂車鉤360°空間內任意運動的自動扶鉤裝置，實現根據車箱車鉤不同近距離移動，位置調整和扶鉤動作。該設備集合了車廂車號識別系統、高精度檢測系統、動態感知及智能算法等技術，能夠快速識別、定位并實施扶鉤動作，對不同類型的車鉤、變形手柄適應性強。主要車輛技術參數如表1所示。

表1 翻車機卸車主型敞車技術參數表

（3）車號識別。萊城電廠敞車主要車廂類型有C60、C70和C80系列。3個系列的車廂車鉤的位置高度一樣，只是車廂長短有所不同，因而就造成了車輛車鉤位置在翻車機平臺上位置距離的不同。因此扶鉤裝置需要在翻車機平臺上能夠前后移動，需要圖像識別技術，識別各列車廂編號，提前明確扶鉤裝置動作，在后續扶鉤時只需要核對精調。

采用基于計算機視覺技術的貨運列車車號自動識別系統，首先利用硬件系統，采集列車通過時的實時清晰視頻。之后處理采集到的視頻。最后實現列車車號的識別。

列車編號識別系統布置示意如圖1所示，安裝支架用于穩固地安裝所有攝像機和補光燈陣列；補光燈陣列負責在光照度不足的情況下，給車號攝像機和啟停攝像機提供燈光補償；啟停攝像機拍攝鐵軌，監控火車狀態，判斷火車是否靜止，控制車號相機視頻圖像采集狀態的開閉；車號攝像機用于獲取車號視頻圖像；高速數據采集系統用于實時采集并存取車號攝像機獲取的車號視頻圖像；高速數據處理工作站用于對采集到的視頻圖像進行分析和處理。

圖1 列車編號識別系統布置

（4）圖像識別技術。扶鉤裝置機器人作業需要精確找到車輛車鉤位置，以實施扶鉤動作。但周圍由于光線強度、車輛車鉤表面附著煤灰，顏色等影響圖像識別，圖像識別技術需要逐一克服困難。

（5）扶鉤動作技術。不同類型的車輛車鉤在翻車機平臺上的長度不一致，扶鉤動作并不相同。扶鉤機器人并不能精確定位車鉤，而是通過平行與列車軌道方向的運動和豎直運動的圓弧插補完成扶鉤動作。對于需要扶鉤的鉤頭，應先移動到車鉤下方無卡阻狀態再固定扶鉤，以防車鉤歪斜。

（6）扶鉤接手。扶鉤接手應能滿足扶鉤過程中對載荷的要求，同時又要有一定自由度的釋放，以足夠力矩扶住車鉤。但在釋放自由度時，也要滿足固定車鉤的載荷要求。

4 翻車機自動扶鉤裝置優點

在翻車機自動化作業中，原先人工干預的摘復鉤作業和鉤體扶正作業等危險位置，由翻車機自動扶鉤裝置完成，翻車機系統自動化運行更容易保證，將徹底避免人身傷害事故?？朔谁h境差，空間小的不足；減輕了勞動強度，提高了自動化水平。翻車時煤炭沖擊煤斗產生大面積粉塵，加裝自動扶鉤裝置可以極大降低手動扶鉤對操作者帶來的職業健康危害；自動扶鉤裝置可以減輕操作人員的勞動強度，提高作業效率。采用自動扶鉤裝置，操作人員可以手持遙控器實施遠程監控，避開翻車危險作業區域，對消除人身安全隱患將起到積極作用。

5 翻車機自動扶鉤裝置及無人值守發展方向

隨著智能控制技術，通信技術，數據分析挖掘方法，可靠的工藝設備，眾多現場標準的統一等作為強大的支撐，實現電廠真正的智能化、數字化、透明化進一步成為可能。目前，燃料接卸輸送系統，建設了數字化煤場及煤場內部設備無人值守系統，輸煤皮帶智能巡檢機器人，入廠煤采制化智能系統的建立，在區域級、廠級、機組（車間）級和現場設備級基本實現了數字化監測和管理，翻車機摘鉤、扶鉤機械裝置必將更加完善可靠，翻車機無人值守將是今后的研究發展方向。

6 結束語

作業自動化通過將自動化控制、全球定位系統技術、差分定位技術等先進信息與自動化技術應用于主要作業設備及程控系統中，構建滿足接卸、存放、輸送各環節智能化作業要求。翻車自動扶鉤裝置設計簡便、通用、小巧，有效減少或避免人員操作過程中的人身安全問題，實現了本質安全；可有效推進電廠智能化建設、翻車機自動化運行水平及電廠管理水平。