取料機(jī)斗輪啃地預(yù)防性措施及檢測技術(shù)研究

潘肖宵

（國能黃驊港務(wù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)一部，河北 滄州 061113）

1 研究背景

斗輪取料機(jī)，是一種在貯料場側(cè)軌道上運(yùn)行，貫穿料場帶式輸送機(jī)中可通過斗輪取料、帶式輸送機(jī)輸送物料的設(shè)備。取料機(jī)作為取裝流程的源頭設(shè)備，其狀態(tài)好壞決定整條流程的作業(yè)效率。2016年，黃驊港取料機(jī)自動作業(yè)模式全面推廣，操作人員工作地點(diǎn)由原來單機(jī)司機(jī)室轉(zhuǎn)移至遠(yuǎn)程集控室，通過集控室監(jiān)控界面結(jié)合視頻完成對現(xiàn)場單機(jī)的操作和監(jiān)控。取料機(jī)作業(yè)過程中，由于煤垛垛底設(shè)置厚度過小、堆場地面高低不平、大量流壓低臂架、臂架自落等各種原因，取料機(jī)在堆垛、作業(yè)過程中，均出現(xiàn)過斗輪啃地問題。現(xiàn)階段，集控室操作人員作業(yè)模式為“一對多”，即一人控制一條流程中的多臺單機(jī)設(shè)備。取料機(jī)斗輪啃地時，遠(yuǎn)程集控室無實(shí)時檢測報警，只能通過視頻系統(tǒng)判斷是否啃地，多數(shù)斗輪啃地問題無法被操作人員及時發(fā)現(xiàn)。長時間啃地導(dǎo)致輪斗變形，嚴(yán)重時可造成輪斗斷裂、脫落，甚至影響單機(jī)拉桿、司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)等壽命，存在較大的機(jī)損隱患，極大地影響作業(yè)效率。后期維修過程中，平均每個輪斗維修至少需要維修人員4人，維修時間4h以及叉車配合，占用較多的維修資源。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

黃驊港一期堆場共有6臺取料機(jī)和1臺堆取料機(jī)，均為斗輪式回轉(zhuǎn)、行走取料，7臺單機(jī)共取料作業(yè)58個場垛。作業(yè)過程中，7臺單機(jī)均出現(xiàn)過斗輪啃地問題，且單機(jī)不具備斗輪啃地檢測，實(shí)時報警功能。取料機(jī)斗輪啃地造成的主要問題為輪斗開裂、輪齒變形、輪斗脫落以及螺栓松動，長時間斗輪啃地會造成單機(jī)司機(jī)室、臂架斜拉梁等鋼結(jié)構(gòu)震動、晃動，影響鋼結(jié)構(gòu)壽命，存在較大機(jī)損隱患。統(tǒng)計(jì)2021年10月～2022年3月現(xiàn)場檢查人員發(fā)現(xiàn)的斗輪損壞（見圖1）及維修情況，共計(jì)上報斗輪問題35次，開展維修次數(shù)12次，維修時間約48h。目前，取料機(jī)作業(yè)時斗輪啃地問題發(fā)生較為頻繁，且啃地造成的斗輪問題較多，維修時間較長。

圖1 2021、2022年一期堆場斗輪損壞情況統(tǒng)計(jì)

3 原因分析及目標(biāo)確定

針對近兩年取料機(jī)斗輪啃地問題進(jìn)行收集分析，造成取料機(jī)斗輪損壞的主要原因?yàn)槿×献鳂I(yè)過程中斗輪啃地，而造成取料機(jī)斗輪啃地的原因主要有堆場地面不平整、取料底層煤垛垛底較薄、取料機(jī)臂架自落等3個原因。

取料機(jī)臂架自落常見的原因主要有4個方面：（1）液壓缸密封不良造成內(nèi)泄；（2）油管或者油缸有氣體，重載作業(yè)時造成臂架自落；（3）液控單向閥損壞或者雜質(zhì)卡住閥芯，導(dǎo)致無法進(jìn)行自鎖；（4）無桿腔溢流閥老化或壓力調(diào)定較小，負(fù)載過大造成無桿腔油缸溢流。如果俯仰液壓系統(tǒng)有泄漏，油缸就無法使臂架保持在固定的位置。

近5年內(nèi)，一期堆場7臺取料、堆取料機(jī)，平均每年出現(xiàn)臂架自落問題2次，均由于液控單向閥損壞和溢流閥老化造成，在不作業(yè)時也會出現(xiàn)臂架自落問題，設(shè)備管理人員可隨時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行處理。臂架自落問題發(fā)生概率小，且隨時發(fā)現(xiàn)隨時處理，其導(dǎo)致的斗輪啃地問題基本可控。

取料機(jī)斗輪啃地發(fā)生于作業(yè)底層時，為確保作業(yè)效率且兼顧流機(jī)攢垛需求，一般要求煤垛垛底厚度在40cm以下，對應(yīng)取料機(jī)俯仰角度為0.4度左右。自動取料作業(yè)時，俯仰角度和目標(biāo)位置的閾值為0.2度，造成俯仰最終停機(jī)位置距離地面高度和實(shí)際設(shè)定有誤差。根據(jù)前期數(shù)據(jù)收集，由于堆場不平整、取料機(jī)底層煤垛垛底較薄相結(jié)合因素造成取料機(jī)作業(yè)底層斗輪啃地問題所占比例高達(dá)80以上，由此確定取料機(jī)斗輪啃地主要原因?yàn)槿×隙獾纵^薄、堆場不平等現(xiàn)場和設(shè)備因素，結(jié)合集控室無斗輪啃地報警信號，無法及時發(fā)現(xiàn)、處理等人為因素，最終導(dǎo)致斗輪受損傷。

根據(jù)前期調(diào)查及分析，制定以下3個目標(biāo)：

（1）在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，研究減少由于普遍性問題造成的斗輪啃地次數(shù)。

（2）設(shè)計(jì)斗輪啃地檢測裝置，實(shí)時檢測斗輪啃地狀態(tài)，并將故障信號傳輸至遠(yuǎn)程集控室。

（3）檢測斗輪啃地時，自動抬臂架，減少斗輪受損情況。

4 斗輪啃地預(yù)防性措施研究

堆場不平整和取料機(jī)作業(yè)底層垛底較薄是造成斗輪啃地的主要因素，從這兩個方面著手研究，制定預(yù)防斗輪啃地的措施。堆場由于煤垛堆存時間、堆存重量不同，普遍存在首位兩端的堆場比中間堆場高，同一個垛位內(nèi)外兩側(cè)比中間位置高的問題。從2016年開始，黃驊港一期堆場陸續(xù)開展維修，堆場底部平整度明顯提升。取料機(jī)自動作業(yè)時，以壩基為基準(zhǔn)線，每臺取料機(jī)控制程序中，均有一個垛底厚度調(diào)整參數(shù)，一般為-2.1～-2.4，當(dāng)該參數(shù)調(diào)整時，取料機(jī)對應(yīng)所有垛位的垛底厚度均會發(fā)生變動，造成垛底厚度高低不同。設(shè)置垛底參數(shù)過小，部分垛位取料作業(yè)時會出現(xiàn)斗輪啃地問題，設(shè)置垛底參數(shù)過大，部分垛位底層作業(yè)完畢后垛底厚度超過40cm較多，對后續(xù)流機(jī)攢垛帶來一定困難。設(shè)備維護(hù)人員針對該問題編寫了分場垛垛底厚度調(diào)整程序（見圖2），取料機(jī)對應(yīng)每個場垛均有一套獨(dú)立垛底厚度參數(shù)和俯仰下軟限參數(shù)，當(dāng)取料機(jī)對應(yīng)某個場垛作業(yè)時，控制程序能夠定位場垛信息，獲取取料機(jī)取料該場垛作業(yè)時的垛底厚度參數(shù)以及俯仰下軟限位參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了取料機(jī)不同場垛作業(yè)不同垛底厚度的功能。控制程序編寫完成后，取料機(jī)對每個垛位進(jìn)行測試，記錄作業(yè)每個垛位的最優(yōu)參數(shù)，取料機(jī)再次進(jìn)行作業(yè)時，能夠按照最優(yōu)參數(shù)自動作業(yè)。通過以上兩個措施，取料機(jī)斗輪啃地次數(shù)大幅度減少。

圖2 分場垛垛底厚度調(diào)整程序

5 取料機(jī)斗輪啃地檢測裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用

取料機(jī)斗輪啃地預(yù)防性措施實(shí)施完畢，設(shè)備維修人員研究設(shè)計(jì)斗輪啃地檢測裝置，用于檢測實(shí)際斗輪啃地時，將信號傳輸至遠(yuǎn)程集控室并自動進(jìn)行臂架上仰動作，減少斗輪啃地造成的鋼結(jié)構(gòu)損傷。

在取料機(jī)上進(jìn)行斗輪啃地測試，測試實(shí)際啃地過程中設(shè)備各機(jī)構(gòu)狀態(tài)。測試取料機(jī)作業(yè)過程中和對垛過程中兩種常見的啃地狀況，得出最終結(jié)論為斗輪啃地時，臂架大幅度晃動、振動，左右不規(guī)律晃動，實(shí)際取料機(jī)行走、回轉(zhuǎn)、俯仰動作及取料過程中，無明顯晃動、振動情況。根據(jù)測試結(jié)果，確定通過檢測晃動及振動情況來實(shí)現(xiàn)斗輪啃地檢測。制作合適的斗輪啃地檢測裝置，共測試兩種裝置。

裝置一由底座、合頁以及擋板組成，將底座安裝于取料機(jī)司機(jī)室內(nèi)部，當(dāng)取料機(jī)斗輪啃地時，整套裝置隨著臂架晃動，振動強(qiáng)度不足以觸發(fā)擋板。裝置二（見圖3）由滾珠、滾珠承載平臺、漏斗、檢測限位、滾珠收集盒等組成，將接近開關(guān)安裝于漏斗路由出口位置，用于檢測滾珠信號，接近開關(guān)檢測信號接入取料機(jī)控制系統(tǒng)中，能夠讀取接近開關(guān)實(shí)時信號。滾珠共計(jì)8顆，直徑為12mm，滾珠承載平臺直徑為6mm，將該裝置安裝于司機(jī)室斜拉梁上，當(dāng)斗輪啃地時，裝置隨斜拉梁上下晃動，滾珠從承載平臺掉落，通過漏斗下部路由進(jìn)入收集盒，在程序中成功讀取到滾珠掉落信號，該信號可作為斗輪啃地報警信號。

圖3 斗輪啃地檢測裝置二

根據(jù)實(shí)際需求編寫程序、遠(yuǎn)程集控室畫面及報警功能。程序編寫主要完成以下對滾珠信號采集及處理、斗輪啃地檢測裝置投入/切除、設(shè)定檢測裝置啟動條件、裝置誤報警檢測、滾珠重置提醒功能、斗輪啃地檢測報警以及檢測啃地自動抬臂架功能（見圖4）。程序編寫完畢，斗輪啃地檢測裝置具備檢測各個方向傳來的震動信號，能夠?qū)缶盘杺鬏斨吝h(yuǎn)程集控室，并及時控制臂架上仰，避免長時間啃地造成機(jī)損。測試斗輪啃地檢測裝置穩(wěn)定性及報警信號。取料機(jī)正常回轉(zhuǎn)、俯仰及作業(yè)過程中，滾珠無掉落情況，斗輪啃地時，啃地檢測裝置遠(yuǎn)程能夠報出“取料機(jī)斗輪啃地報警，請現(xiàn)場核實(shí)”報警信息（見圖5）且臂架自動上漲2度。斗輪啃地檢測裝置投入使用后，和分場垛垛底調(diào)整系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)連鎖，底層取料作業(yè)過程中，如出現(xiàn)檢測到斗輪啃地報警信號，則將當(dāng)前垛底厚度增加0.1度進(jìn)行鎖存，取料機(jī)在當(dāng)前場垛進(jìn)行第二次作業(yè)時，自動通過調(diào)整后的垛底參數(shù)進(jìn)行對垛，實(shí)現(xiàn)堆場垛底厚度自動調(diào)整功能。

圖4 斗輪啃地檢測裝置功能圖

圖5 遠(yuǎn)程集控界面斗輪啃地報警及臂架自動上仰

6 結(jié)語

取料機(jī)斗輪啃地檢測及垛底調(diào)整系統(tǒng)投入使用后，運(yùn)行情況良好，斗輪啃地次數(shù)下降明顯，取料機(jī)鋼結(jié)構(gòu)得到有效保護(hù)。斗輪啃地檢測裝置的基本原理為檢測斗輪啃地時引發(fā)的設(shè)備振動，可以研究更為便捷、以數(shù)據(jù)判斷為主斗輪啃地檢測系統(tǒng)，例如，加速度傳感器和應(yīng)變傳感器是機(jī)械結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中普遍使用的振動傳感器，其作為診斷機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)損傷的工具，能夠精確收集機(jī)械裝備運(yùn)行過程中的振動信號，通過傳感器測試振動曲線，設(shè)置斗輪啃地報警條件，可減少硬件系統(tǒng)安裝與人為干預(yù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，更多高科技產(chǎn)品能夠運(yùn)用于取料機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中，提前預(yù)警減少取料機(jī)鋼結(jié)構(gòu)損傷，避免出現(xiàn)顛覆性機(jī)損事件。