蔡菁躋

（上海振華重工股份有限公司，上海 200125）

近年來(lái)，我國(guó)的制造業(yè)技術(shù)發(fā)展取得了舉世矚目的成就，尤其是大型和超大型機(jī)械裝備制造業(yè)突出，已擁有產(chǎn)量、質(zhì)量和工期短的三重優(yōu)勢(shì)，憑借堅(jiān)固可靠耐用的產(chǎn)品品質(zhì)和處處為客戶著想的售后服務(wù)品質(zhì)，迅速獲得了國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力并大量占領(lǐng)國(guó)際制造業(yè)裝備出口市場(chǎng)份額。斗輪堆取料機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于干散貨碼頭的物料堆場(chǎng)的重型機(jī)械設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)堆料進(jìn)場(chǎng)流程和取料出場(chǎng)流程兩大功能。本文將以干散貨碼頭最常見(jiàn)的斗輪堆取料機(jī)為實(shí)例，重點(diǎn)分析俯仰和回轉(zhuǎn)兩大主機(jī)構(gòu)的調(diào)試過(guò)程。

1 俯仰和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的概述

在干散貨碼頭的生產(chǎn)過(guò)程中，需要先從船、火車、汽車上卸下原料，通過(guò)卸船機(jī)、翻車機(jī)等將物料從船、車上轉(zhuǎn)移到地面廊道皮帶輸送機(jī)，再通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)站和其他皮帶機(jī)流程，轉(zhuǎn)移到斗輪堆取料機(jī)上，將物料堆放到堆場(chǎng)上，然后按照生產(chǎn)加工計(jì)劃，通過(guò)斗輪堆取料機(jī)從堆場(chǎng)上抓取物料，通過(guò)地面廊道流程轉(zhuǎn)移到裝船機(jī)、裝車機(jī)，裝船、裝車，或轉(zhuǎn)移到原料初加工車間，進(jìn)入生產(chǎn)步驟。要實(shí)現(xiàn)物料從地面廊道堆料到廊道左右兩側(cè)的堆場(chǎng)，或從堆場(chǎng)取料到廊道地面皮帶機(jī)上，主要是通過(guò)斗輪堆取料機(jī)上最主要的兩大動(dòng)作機(jī)構(gòu)，即俯仰機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

2 斗輪堆取料機(jī)俯仰和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的主要工況

2.1 俯仰機(jī)構(gòu)

俯仰機(jī)構(gòu)是控制堆取料機(jī)前臂架上升下降到各種不同角度的機(jī)構(gòu)，目前最主流的機(jī)械結(jié)構(gòu)，是前臂架和后臂架通過(guò)鉸點(diǎn)連接中間立柱，然后通過(guò)三角架及連桿和撐桿等連接前后臂架，前臂架下部通過(guò)兩個(gè)可伸縮的液壓油缸連接立柱底部，通過(guò)液壓站系統(tǒng)控制油缸伸縮，從而控制前臂架和后臂架的上仰和下俯動(dòng)作，前臂架上安裝有物料輸送系統(tǒng)，包括液壓系統(tǒng)，斗輪機(jī)構(gòu)，臂架皮帶機(jī)構(gòu)等等，后臂架上則安裝有配重塊，以實(shí)現(xiàn)前后臂架重量接近平衡，液壓油缸只需要較小的力就可以控制臂架動(dòng)作，油缸伸出，則前臂架上仰后，臂架同時(shí)下俯，油缸縮回，則前臂架下俯，同時(shí)后臂架上仰。

2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是控制堆取料機(jī)上半部分旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，目前最主流的機(jī)械結(jié)構(gòu)，下部是門座架，門座架以下連接大車行走機(jī)構(gòu)，門座架以上安裝回轉(zhuǎn)大軸承和大齒圈，大齒圈上安裝立柱和回轉(zhuǎn)平臺(tái)，上電氣房在回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，前后臂架以及俯仰機(jī)構(gòu)都安裝在立柱上。通過(guò)回轉(zhuǎn)減速箱和連接大齒圈的齒輪，回轉(zhuǎn)電機(jī)得以驅(qū)動(dòng)整個(gè)堆取料機(jī)上半部分，包括立柱、臂架俯仰機(jī)構(gòu)和物料輸送機(jī)構(gòu)及回轉(zhuǎn)平臺(tái)和上電氣房一起在水平方向上左右旋轉(zhuǎn)。

2.3 跨地面廊道保護(hù)功能及俯仰回轉(zhuǎn)之間互鎖保護(hù)

因?yàn)榈孛胬鹊篮投讶×蠙C(jī)軌道地基是高于左右兩邊堆場(chǎng)的，而前臂架下俯最低是低于地面廊道皮帶機(jī)和軌道地基的，所以在俯仰機(jī)構(gòu)低于水平，前臂架角度處于負(fù)角度到一定程度時(shí)，回轉(zhuǎn)角度有限制范圍，以防止斗輪機(jī)構(gòu)或前臂架撞地面廊道皮帶機(jī)或軌道地基，或者回轉(zhuǎn)當(dāng)前角度前臂架在地面廊道或軌道地基正上方范圍內(nèi)，俯仰機(jī)構(gòu)前臂架下俯有限制范圍，以防止斗輪或前臂架撞上地面廊道皮帶機(jī)或軌道地基，這樣就形成了一個(gè)俯仰機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)之間互相連鎖的保護(hù)。一般常規(guī)的連鎖保護(hù)有，回轉(zhuǎn)左右跨廊道限位和俯仰跨廊道限位，可以防止斗輪和前臂架碰撞地面廊道皮帶機(jī)或軌道地基，防止后臂架和配重塊碰撞尾車。

3 俯仰和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)調(diào)試過(guò)程的分析

3.1 俯仰機(jī)構(gòu)的速度給定、動(dòng)作反饋和連鎖功能

堆取料機(jī)總裝在未調(diào)試俯仰機(jī)構(gòu)之前，后臂架是先不上配重塊的，前臂架是支撐在地面托架上的，需要等液壓系統(tǒng)正式打壓力到油缸，按照油缸上壓力表讀數(shù)，逐步加后臂架配重塊，同時(shí)油缸逐步加壓力，前臂架逐步慢速上仰脫離地面托架。俯仰機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)，通過(guò)主令手柄加格雷碼編碼器的組合來(lái)控制速度給定值，然后按照收到的給定速度控制上下電磁閥，并同時(shí)控制比例閥的輸出流量的比例，從而實(shí)現(xiàn)油缸的變速伸縮動(dòng)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)俯仰機(jī)構(gòu)變速上下運(yùn)行動(dòng)作。在俯仰機(jī)構(gòu)調(diào)試之前，應(yīng)先對(duì)液壓系統(tǒng)、油缸及所有油路進(jìn)行電動(dòng)沖洗過(guò)濾，然后更換新的液壓油，再對(duì)油缸進(jìn)行排氣，完成沖洗排氣后才能開(kāi)始調(diào)試俯仰。調(diào)試俯仰機(jī)構(gòu)的時(shí)候，先查線對(duì)信號(hào)，確認(rèn)所有連鎖保護(hù)功能信號(hào)和程序?qū)?yīng)點(diǎn)位正確一致，并手動(dòng)模擬各連鎖信號(hào)動(dòng)作狀態(tài)，檢查確認(rèn)程序?qū)?yīng)點(diǎn)位變化正確一致，所有連鎖保護(hù)信號(hào)都正確后，點(diǎn)動(dòng)試轉(zhuǎn)液壓油泵電機(jī)，修正電機(jī)轉(zhuǎn)向正確，試轉(zhuǎn)強(qiáng)制冷卻風(fēng)機(jī)，修正電機(jī)轉(zhuǎn)向，手動(dòng)模擬溫度傳感器數(shù)值，從而模擬試驗(yàn)冷卻風(fēng)機(jī)高溫自動(dòng)啟動(dòng)低溫自動(dòng)停止的功能，再測(cè)試液壓系統(tǒng)加熱器功能正常，然后按順序強(qiáng)制吸合每個(gè)電磁閥，試驗(yàn)電磁閥功能正常，帶調(diào)速比例閥的系統(tǒng)需要在程序軟件中強(qiáng)制給定模擬量試驗(yàn)比例閥功能正常。然后使用主令手柄控制俯仰機(jī)構(gòu)，同時(shí)一邊觀察液壓油缸壓力表讀數(shù)，一邊給后臂架逐步安裝配重塊，通過(guò)壓力表讀數(shù)和換算計(jì)算，達(dá)到前后臂架重量接近，前臂架少量離開(kāi)地面托架懸空，在此狀態(tài)下保持不動(dòng)，靜態(tài)觀察12～24h，驗(yàn)證液壓系統(tǒng)和油缸的保壓狀況。在驗(yàn)證保壓安全后，使用角度儀標(biāo)定俯仰絕對(duì)值編碼器角度位置，使PLC程序軟件內(nèi)角度值符合實(shí)際機(jī)械角度位置，一般以前臂架水平位置為俯仰0度標(biāo)準(zhǔn)位置，從0度向上仰為正角度，向下俯為負(fù)角度。然后按照機(jī)械結(jié)構(gòu)的俯仰工作范圍角度，安裝上下停止限位和極限限位，俯仰編碼器位置檢測(cè)限位。一般比較常用的是編碼器位置檢測(cè)限位是感應(yīng)接近限位，上下停止極限是機(jī)械限位，然后在PLC程序中設(shè)置軟件停止位置，從而達(dá)到編碼器軟件停止和機(jī)械限位硬件停止雙重保護(hù)功能，然后在軟件中設(shè)置自動(dòng)減速區(qū)域角度范圍，一般是在接近停止位置之前3度設(shè)置自動(dòng)減速區(qū)域。最后由操作員在堆取料機(jī)司機(jī)室聯(lián)動(dòng)臺(tái)操作俯仰機(jī)構(gòu)做全程動(dòng)作，驗(yàn)證自動(dòng)減速自動(dòng)停止各功能正常，并檢查拖領(lǐng)和蕩絲電纜安全狀況。

3.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的速度給定、動(dòng)作反饋和連鎖功能

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是由主令手柄和格雷碼編碼器的組合來(lái)控制速度給定值，程序軟件接收到手柄速度給定后通過(guò)換算計(jì)算后將得出的向左或向右命令以及速度給定值傳輸給回轉(zhuǎn)變頻器，同時(shí)控制回轉(zhuǎn)高速制動(dòng)器的電動(dòng)打開(kāi)關(guān)閉，變頻器按照方向命令和速度給定值控制電機(jī)轉(zhuǎn)向和速度，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)變速向左或向右旋轉(zhuǎn)。調(diào)試回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的時(shí)候，先要脫開(kāi)電機(jī)和減速箱之間的聯(lián)軸節(jié)，設(shè)置變頻器的電機(jī)動(dòng)態(tài)自整定參數(shù)，做完電機(jī)自整定后，設(shè)置變頻器的電機(jī)測(cè)速編碼器擴(kuò)展模塊參數(shù)，連接電機(jī)速度脈沖編碼器，然后修正電機(jī)轉(zhuǎn)向符合回轉(zhuǎn)實(shí)際轉(zhuǎn)向，然后修正編碼器檢測(cè)方向和電機(jī)轉(zhuǎn)向一致，完成電機(jī)閉環(huán)控制回路，如果是噸位比較大的堆取料機(jī)型，是雙變頻器或多變頻器，還要設(shè)置變頻器主從模式，連接主從通訊線，設(shè)置主變頻器和從變頻器參數(shù)。隨后測(cè)試回轉(zhuǎn)電機(jī)強(qiáng)制風(fēng)冷，修正風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向。

隨后測(cè)試回轉(zhuǎn)制動(dòng)器電動(dòng)打開(kāi)，檢測(cè)電動(dòng)打開(kāi)檢測(cè)限位反饋信號(hào)，然后在空載狀態(tài)下測(cè)試從司機(jī)室聯(lián)動(dòng)臺(tái)主令手柄操作模擬回轉(zhuǎn)動(dòng)作并測(cè)試變速，測(cè)試完空載狀態(tài)后，聯(lián)接電機(jī)和減速箱的聯(lián)軸節(jié)，帶回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)試。隨后標(biāo)定回轉(zhuǎn)絕對(duì)值編碼器角度位置數(shù)值，使PLC程序軟件內(nèi)角度值符合實(shí)際機(jī)械角度位置，一般以前臂架順著門座架大車向前方向與地面軌道平行為回轉(zhuǎn)0度標(biāo)準(zhǔn)位置，從0度以面向前臂架方向，向左旋轉(zhuǎn)為負(fù)角度，以面向前臂架方向，向右旋轉(zhuǎn)為正角度。然后按照機(jī)械結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)工作角度范圍，安裝回轉(zhuǎn)錨定限位，回轉(zhuǎn)左右減速、停止、極限限位，回轉(zhuǎn)編碼器位置檢測(cè)限位。一般比較常用的是錨定安全限位是機(jī)械限位，編碼器位置檢測(cè)限位是感應(yīng)接近限位，減速、停止、極限限位使用凸輪限位，通過(guò)變比齒輪和回轉(zhuǎn)大赤圈連接，調(diào)凸輪限位時(shí)，需要注意凸輪片旋轉(zhuǎn)方向和回轉(zhuǎn)實(shí)際動(dòng)作轉(zhuǎn)向符合一致，一般減速范圍設(shè)置5度，停止和極限之間相差1度，然后設(shè)置PLC程序內(nèi)軟件減速、停止、極限位置，達(dá)到軟硬件雙重連鎖保護(hù)功能。如果是雙變頻器或多變頻器，還需要測(cè)試應(yīng)急模式下切換缺某一變頻器狀態(tài)下慢速動(dòng)作功能。最后在司機(jī)室聯(lián)動(dòng)操作回轉(zhuǎn)全速全程動(dòng)作，驗(yàn)證所有自動(dòng)減速停止功能，并檢查所有拖領(lǐng)和蕩絲電纜安全性。

3.3 跨廊道保護(hù)俯仰回轉(zhuǎn)互鎖功能

在調(diào)試跨廊道保護(hù)功能之前，必須用角度儀或激光測(cè)距儀等標(biāo)尺工具，測(cè)量校準(zhǔn)俯仰和回轉(zhuǎn)絕對(duì)值編碼器的位置角度值，通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)的測(cè)量，以及軟件程序中的計(jì)算換算的系數(shù)修正，達(dá)到程序內(nèi)計(jì)算所得角度位置和實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)角度位置完全一致，嚴(yán)格驗(yàn)證軟硬件角度位置一致性。隨后安裝俯仰跨廊道限位，一般使用常開(kāi)型號(hào)的感應(yīng)接近限位，一般按照在回轉(zhuǎn)在0度位置下，上仰時(shí)后臂架配重塊到尾車之間有足夠安全距離不碰撞，下俯時(shí)斗輪最低點(diǎn)到地面廊道皮帶機(jī)有足夠安全距離不碰撞，最常見(jiàn)的是按照從-1～7度，按照俯仰在這個(gè)角度范圍內(nèi)，俯仰跨廊道限位全都感應(yīng)到，保持有信號(hào)，除此之外的其他所有角度范圍，撫養(yǎng)跨廊道限位全都不能感應(yīng)到，保持無(wú)信號(hào)。然后開(kāi)始調(diào)回轉(zhuǎn)左右跨廊道限位，一般使用凸輪限位，須要使用常閉點(diǎn)，需要注意的是，一般凸輪限位的凸輪片的寬度出廠都是標(biāo)準(zhǔn)寬度的，無(wú)法正好覆蓋回轉(zhuǎn)左右跨廊道所需要的角度范圍，所以往往需要用銼刀修正凸輪片的寬度，以達(dá)到符合所需要的覆蓋角度范圍，一般以前臂架最前端以及斗輪最外側(cè)，在俯仰下俯到最下位置下，離地面廊道和軌道地基足夠安全距離不碰撞為準(zhǔn)，最常見(jiàn)的是回轉(zhuǎn)左側(cè)跨廊道限位需要覆蓋的角度是-16～1度，右側(cè)跨廊道限位覆蓋范圍-1～19度，一般斗輪安裝在前臂架最前端左側(cè)面，所以兩側(cè)跨廊道范圍角度不對(duì)稱，右側(cè)會(huì)多幾度。

4 調(diào)試過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題及一些解決思路

4.1 俯仰液壓系統(tǒng)故障

液壓系統(tǒng)故障，一般需要檢查液壓系統(tǒng)的安全連鎖，常見(jiàn)的低油位故障需要檢查油位標(biāo)尺，考慮補(bǔ)加液壓油，高油溫故障，需要檢查強(qiáng)制風(fēng)冷功能是否正常，電機(jī)熱保護(hù)故障，需要檢查電機(jī)絕緣性能，過(guò)濾堵塞故障，需要更換過(guò)濾器濾芯，油缸壓力故障，需要檢查液壓系統(tǒng)各節(jié)電壓力值，檢查油路密閉性能，檢查各液壓元器件密封圈是否滲漏需要更換。如果是遇到無(wú)任何故障而俯仰無(wú)動(dòng)作，則需要檢查電磁閥和比例閥的輸入輸出狀態(tài)是否正常。

4.2 回轉(zhuǎn)制動(dòng)器故障或變頻器故障

制動(dòng)器故障一般需要檢查制動(dòng)器電動(dòng)打開(kāi)檢測(cè)限位信號(hào)是否正常，檢測(cè)制動(dòng)器磨損檢測(cè)限位狀態(tài)并檢查摩擦片是否磨損，檢查制動(dòng)器對(duì)中、間隙、力矩值等狀態(tài)是否正常。變頻器故障一般需要調(diào)處故障記錄，按照故障代碼，查變頻器手冊(cè)，找到故障代碼對(duì)應(yīng)的故障說(shuō)明，按照手冊(cè)說(shuō)明來(lái)排查故障原因并處理。

4.3 編碼器位置檢測(cè)故障

絕對(duì)值編碼器位置檢測(cè)限位，一般使用感應(yīng)接近限位，一般在機(jī)構(gòu)掃過(guò)0度位置時(shí)掃過(guò)小感應(yīng)塊瞬間感應(yīng)一次，檢測(cè)程序中從編碼器所得位置數(shù)值和實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)位置之間的誤差，一般會(huì)設(shè)置誤差范圍，當(dāng)超過(guò)誤差范圍，就會(huì)報(bào)故障，連鎖機(jī)構(gòu)停止，如果發(fā)生這個(gè)故障，需要先檢查絕對(duì)值編碼器通訊聯(lián)接情況，再檢查編碼器和變速比齒輪之間聯(lián)軸節(jié)是否松動(dòng)，或者重新標(biāo)定修正PLC程序里角度計(jì)算值。

5 結(jié)語(yǔ)

物料堆場(chǎng)上的物料輸送堆料進(jìn)場(chǎng)和取料出場(chǎng)流程是干散貨碼頭企業(yè)的經(jīng)營(yíng)和產(chǎn)能核心，斗輪堆取料機(jī)是最常用的機(jī)型，俯仰和回轉(zhuǎn)兩大主要?jiǎng)幼鳈C(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)堆料進(jìn)場(chǎng)和取料出場(chǎng)的關(guān)鍵，分析各機(jī)構(gòu)調(diào)試過(guò)程，不僅影響企業(yè)制定生產(chǎn)計(jì)劃關(guān)乎經(jīng)濟(jì)效益，也對(duì)研究和改進(jìn)制造業(yè)設(shè)計(jì)和制造，對(duì)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的遠(yuǎn)程化數(shù)字化和自動(dòng)化無(wú)人化研究設(shè)計(jì)改造，都有非常重要的參考和指導(dǎo)意義。只有在實(shí)際一線的工作中積累總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和改良方法，才能不斷給制造業(yè)的設(shè)計(jì)制造和研發(fā)提供第一線數(shù)據(jù)、工況指導(dǎo)和參考。