智能型抓臂式清污機在淮水北調工程中的應用

黃有琴

一、工程概述

安徽省淮水北調屬全省“三橫三縱”水資源配置體系的跨區域骨干調水工程，是支撐和保障皖北地區加快發展的重大基礎設施，也是目前正在建設的國家南水北調東線配水工程和今后引江濟淮的延伸工程，兼有工業供水、灌溉補水和減少地下水開采、生態保護等顯著綜合效益。近期水源為淮河干流及懷洪新河水系水量和南水北調東線工程分配的水量，具有相機調水特點，以置換和減輕現狀工業及新增工業對地下水超采，遇部分干旱年份調水量不足時再臨時啟用當地中深層地下水應急補給，總體上起到兼顧經濟社會發展和減少地下水開采之目的。遠期可增加利用引江濟淮工程水源，進一步擴大供水水量和提高供水保證率，最終實現中深層地下水全面禁采。

淮水北調工程新建固鎮站、婁宋站、四鋪站、侯王站共4級提水泵站，輸水支線需新建賈窩站、岱山口站共2級提水泵站，其中北陀河、婁宋站、侯王站攔污閘攔污柵均采用智能抓臂式清污機進行柵前清污。

二、泵站清污機主要型式及特點

（1）抓斗式清污機：一般用在垂直或傾斜式攔污柵上，主要用來抓取攔污柵前大的硬性污物，對水草等較多的情況，清污效果不佳，效率不高。

（2）壓耙式清污機：沿攔污柵面將污物壓至機組進水口底部排砂口處，然后利用水流沖走，使用條件有限。

（3）鏟耙式清污機：由機架、耙齒、扒齒、卸齒、上下滾輪等組成，適用于傾斜式攔污柵上，可清除柵前成團漂浮物或堆積的水草，設備結構比較復雜，體積較大，容易纏繞，維修頻率較高。

（4）回轉式清污機：由多分節活動短柵組成，活動短柵由鏈條、鏈輪帶動回轉，短柵底部帶彎鉤，將污物帶到攔污柵頂部平臺上，主要清除柵前小的漂浮物，設備結構比較復雜，不適合柵前大的、硬性污物清除，易卡阻，同時必須和攔污柵整體配套，附屬污物運輸結構設備，使用要求布置空間較大。

（5）網格式回轉濾網清污機：適用于小型水、電站泵站，適合水草等污物比較少的環境。

三、智能抓臂式清污機

1.結構型式

抓臂式清污機主要包括四個部分：行走機構、抓臂抓斗、液壓系統及電氣控制系統。行走機構主要是滿足設備運行范圍及卸污，可增設集污小車，集污小車與行走機構連接，一起往復行走。行走機構單側設有控制系統室，滿足控制系統布置要求。抓臂由多節組成，相鄰兩節之間鉸接相連，抓臂與轉軸、抓臂與抓斗、每節抓臂之間設有液壓油缸，每只液壓油缸通過液壓油管與液壓泵站相連，液壓泵站驅動液壓油缸伸縮控制每兩者之間的角度，帶動抓斗沿控制系統設定的軌跡上升下降。液壓泵站安裝在行走機構上，通過液壓油管驅動油缸抓斗上的液壓油缸伸縮實現抓斗張開、閉合動作。泵站攔污柵智能抓臂式清污機布置示意圖見圖1。

2.設備特點

智能型抓臂式清污機清污時依靠抓臂強行下壓抓取污物，有效提高清污效果和清污效率，特別是對于高強度集中擁堵在取排水口攔污柵前的上游污物，也能及時有效地清理干凈。

清污機控制系統高度智能化，機械臂由三節支臂組成，支臂間由數字化伺服油缸驅動，控制系統驅動液壓油缸協同工作，規劃抓臂的運行軌跡。此產品獨特的機械臂強力抓污設計，清污能力大幅度的提高，工作效率是三種傳統機器的結合，提高3倍以上，同時降低整個工程的造價。（1）根據泵站土建布置及場地情況，軌道采用過山車軌道結構，由兩根平行無縫鋼管作為行走軌道，通過矩形鋼管焊接成桁架結構，固定在攔污閘檢修平臺閘墩上。（2）移動車上設有4個車輪組，每組有上、下、外3個限位行走車輪，有效防止移動車側翻。（3）清污機抓臂在移動車上設有回轉盤機構，抓臂可180°及以上旋轉，活動區域更大，操作更加靈活方便。（4）回轉盤機構由回轉支承和液壓驅動裝置構成，回轉裝置由液壓馬達驅動。（5）采用雙曲型抓斗并配有切割刀片，較原先抓斗容積更大，宜切斷水草，有效提高清污機的清污能力和效率。（6）抓臂液壓系統采用伺服泵站+數字油缸，動作準確可靠，抓斗可嚴格按照PLC設定程序的軌跡運行，既能有效清理纏繞在柵條上的污物，同時不會破壞攔污柵。

3.設備運行及控制

抓臂式清污機在工作時，清污機隨移動行走車沿行走軌道移動至第一個清污位置，自動控制系統會準確測量到這個位置，移動行走車停止運行后，抓臂旋轉90°轉向河道，抓臂帶動抓斗沿控制系統設定的沿攔污柵前沿向下運行，運行到攔污柵底檻后，抓斗閉合，抓取污物，然后抓臂帶動抓斗向上運行，當抓臂到達頂部后，抓臂反向旋轉90°轉回攔污閘，抓斗移動至集污小車上方，打開抓斗，把污物傾倒至集污小車卸污。然后移動行走車移至第二個抓污位置，循環進行清污工作，當所有抓污點都被處理過以后，移動行走車沿運行軌道返回并停靠在設定的停放位置并將集污小車內的污物卸除。

圖1 智能抓臂式清污機布置示意圖

控制系統設計先進可靠，設備配備多個力矩、位置及荷載限制器，在污物超載等意外情況下，系統自動報警停機，可經人工干預處理，確保清污機安全運行。清污機設計有全自動和手動遙控兩種控制運行方式，采用兩種方式控制，抓斗工作時下行軌跡均按規劃好的運行軌跡運行，無需專業人員操作，也不會碰撞攔污柵，在水下工作時尤為可靠。同時設有兩種操作模式可供選擇，清理柵前較遠處的大部分污物時，可選擇快速模式，該操作模式抓斗離攔污柵有一定距離，不需要與柵條配合，快速模式有利于提高清污效率。大部分污物清理完成后，需要清理纏繞柵條上的污物，選擇低速精準模式，抓斗齒尖插入柵條間隙，將污物梳理清除，以達到攔污柵表面清污效果。

四、設備的應用

淮水北調工程攔污閘前期未配備清污設施，在工程建成全線試通水期間，柵前污物堆積嚴重，普通的液壓抓斗式清污機從以前的工程運行經驗來看清污效果不佳，故后期在該工程北陀河、婁宋站、侯王站攔污閘根據現場土建布置情況配備智能抓臂式清污機。目前安裝完畢并投入初步運行，對柵前清污效果良好，運行可靠，安全穩定。設備運行的自動化程度較高，操作簡單，僅需對控制系統進行簡單的設置后即可投入自動運行。

五、結語

智能抓臂式清污機首次在安徽省大型水利工程設計投入使用，克服了傳統清污機的部分不足，操作簡單，自動化程度較高，布置緊湊，也為以后的大型水利工程清污設備增加了一定的選擇空間，同時也體現了水利工程開拓、創新的設計理念