垃圾抓斗橋式起重機(jī)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)研究與應(yīng)用

林偉

摘要：隨著生產(chǎn)水平的進(jìn)一步提高，傳統(tǒng)以人為主導(dǎo)的傳統(tǒng)工作模式正在向以數(shù)字化、創(chuàng)新化為主導(dǎo)的智能化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)換。節(jié)能公司在實(shí)施垃圾焚燒發(fā)電、污泥焚燒發(fā)電項(xiàng)目過程中，發(fā)現(xiàn)在污泥、垃圾裝卸領(lǐng)域，傳統(tǒng)工作模式通過司機(jī)在司機(jī)室就地操作完成，工作條件較為惡劣，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、設(shè)備損耗風(fēng)險(xiǎn)高、自動(dòng)化程度底和庫(kù)房管理落后等問題，對(duì)數(shù)字化自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的需求極為迫切。因此本文研究并開發(fā)一套滿足垃圾焚燒發(fā)電廠的垃圾吊抓斗行車高可靠性、高精度、低成本需求的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)垃圾抓取的自動(dòng)化。系統(tǒng)投運(yùn)后應(yīng)可有效降低人力成本，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性和安全性，提升垃圾庫(kù)物料管理智能化水平。

關(guān)鍵詞：垃圾抓斗橋式起重機(jī);自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng);PLC

1.研究背景

垃圾焚燒發(fā)電是作為“減量化、無(wú)害化、資源化”處置生活垃圾的最佳方式，《“十三五”全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》指出到 2020 年城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理能力要占總無(wú)害化處理能力的 50%以上。因此如何發(fā)展生活垃圾電站向數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)、完善生活垃圾焚燒發(fā)電智能化技術(shù)體系是立足當(dāng)前、兼顧長(zhǎng)遠(yuǎn)的一項(xiàng)重大舉措。

垃圾抓斗橋式起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱垃圾吊）是生活垃圾焚燒廠垃圾供料系統(tǒng)的核心設(shè)備，一般采用雙梁抓斗橋吊，它由起升機(jī)構(gòu)和大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)等組成，使用六瓣雙繩抓斗，主要擔(dān)負(fù)焚燒爐/分選線進(jìn)料斗的供料和坑內(nèi)垃圾的搬運(yùn)、混合和堆放等任務(wù)。垃圾吊工作條件十分惡劣，為多粉塵、高溫、高濕和高腐蝕性氣體環(huán)境。由于是依靠抓斗進(jìn)行作業(yè)，屬重負(fù)荷型，故其工作級(jí)別很高，各機(jī)構(gòu)電機(jī)均為短時(shí)重復(fù)工作制。

2.項(xiàng)目概況

項(xiàng)目垃圾庫(kù)配有 2 臺(tái)垃圾吊用于輔助垃圾供料系統(tǒng)，垃圾吊采用雙梁抓斗橋吊，由起升機(jī)構(gòu)和大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)等組成，主要擔(dān)負(fù)焚燒爐入料斗的供料和坑內(nèi)垃圾、污泥的搬運(yùn)、混合和堆放等任務(wù)。垃圾庫(kù)內(nèi)工作條件惡劣，為高溫、高濕和高腐蝕性氣體環(huán)境。目前垃圾庫(kù)垃圾吊采用 4 班 3 倒工作制，每班 1 人，通過人工操作進(jìn)行堆垛、倒垛和投料工作。人工控制垃圾吊運(yùn)行屬于重復(fù)性高強(qiáng)度工作，行車需要司機(jī)憑借肉眼觀察行車的位置與垃圾的體積，無(wú)法做到十分精準(zhǔn)的操作，且司機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作容易造成疲勞，影響作業(yè)效率。因此急需開發(fā)一套滿足垃圾焚燒發(fā)電廠的垃圾吊抓斗行車高可靠性、高精度、低成本需求的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)垃圾抓取的自動(dòng)化。系統(tǒng)投運(yùn)后應(yīng)可有效降低人力成本，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性和安全性，提升垃圾庫(kù)物料管理智能化水平。

3.垃圾抓斗橋式起重機(jī)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

本項(xiàng)目性能試驗(yàn)由國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院組織在 2021 年1 月 15 日-25 日期間進(jìn)行，以確認(rèn)項(xiàng)目研究的關(guān)鍵技術(shù)成果實(shí)際投運(yùn)情況和應(yīng)用效果是否滿足科技項(xiàng)目研究要求。測(cè)試組分別測(cè)試了垃圾抓斗橋式起重機(jī)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的人機(jī)交互功能、聯(lián)鎖保護(hù)功能、自動(dòng)作業(yè)功能、多任務(wù)作業(yè)智能調(diào)度控制運(yùn)行功能共 4 大項(xiàng) 27 小項(xiàng)的功能性測(cè)試，以及 4 項(xiàng)性能指標(biāo)測(cè)試。

（1）系統(tǒng)自動(dòng)投運(yùn)時(shí)，72 小時(shí)連續(xù)作業(yè)無(wú)故障。在鍋爐滿負(fù)荷工況下，可以及時(shí)清理卸料門附近垃圾，焚燒投料口及時(shí)上料，不出現(xiàn)垃圾不足影響發(fā)電的情況。

（2）系統(tǒng)在自主運(yùn)行的條件下，能夠?qū)ν读峡诶衔桓叩瓦M(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)，當(dāng)投料口料位不足時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)進(jìn)行投料作業(yè)任務(wù)，通過統(tǒng)計(jì)自動(dòng)投料垃圾記錄對(duì)于垃圾抓取的效率不低于當(dāng)前人工抓取效率，滿足科技項(xiàng)目中對(duì)于對(duì)應(yīng)性能指標(biāo)的驗(yàn)收要求。

（3）測(cè)試過程中由于垃圾庫(kù)中的垃圾沒有達(dá)到峰值體積，所以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試按照實(shí)際垃圾量做測(cè)試。抓斗未抓取前垃圾庫(kù)中垃圾的體積為 3847m3，抓斗第一次調(diào)整垃圾庫(kù)中垃圾分布后，測(cè)出體積為 3852m3，抓斗第二次調(diào)整垃圾庫(kù)中垃圾分布后，測(cè)出體積為 3863m3，體積測(cè)量精度偏差分別為 0.6%、0.3%，達(dá)到體積測(cè)量精度偏差不高于 5%的要求，滿足科技項(xiàng)目中對(duì)于對(duì)應(yīng)性能指標(biāo)的驗(yàn)收要求。

3.2系統(tǒng)應(yīng)用效果

（1）提高抓取動(dòng)作的精準(zhǔn)性：本系統(tǒng)安裝行車實(shí)時(shí)定位模塊傳感器，通過使用多組激光測(cè)距儀和反光板對(duì)大小行車進(jìn)行高精度定位，同時(shí)通過編碼器和三維激光雷達(dá)抓手檢測(cè)融合，得到抓手實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的 3D 坐標(biāo)，從而有效提高起重機(jī)大車、小車及垃圾抓斗的定位準(zhǔn)確性。

（2）保證長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的工作效率：本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度全自動(dòng)運(yùn)行，不僅避免了人工運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)時(shí)間下疲勞對(duì)作業(yè)效率的不利影響，同時(shí)也避免了因疲勞引發(fā)的安全事故。

（3）實(shí)現(xiàn)均質(zhì)給料：本系統(tǒng)通過在投料口上實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)多次的撒料，實(shí)現(xiàn)垃圾的均質(zhì)給料，極大保證了鍋爐進(jìn)料的均勻性。

（4）避免盲區(qū)操作：本系統(tǒng)由于采用自動(dòng)定位系統(tǒng)，因此不存在人員視覺角度盲區(qū)，可較為精準(zhǔn)地掌握任一時(shí)刻起重機(jī)大車在軌道上的具體位置，避免了人工運(yùn)行時(shí)因存在盲區(qū)造成大車或抓斗（搖擺時(shí)）撞到垃圾庫(kù)壁，或局部垃圾抓取不到位問題。

（5）緩解操作手柄故障：本系統(tǒng)采用硬接線與行車連接方式，系統(tǒng)通過硬接線信號(hào)控制行車運(yùn)動(dòng)，不需要對(duì)機(jī)械手柄進(jìn)行操作，避免了因長(zhǎng)時(shí)間使用造成手柄機(jī)械疲勞從而產(chǎn)生故障的情況。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文研制了一種能夠滿足垃圾焚燒發(fā)電廠的高可靠性、高精度、低成本要求的垃圾抓斗橋式起重機(jī)自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，并對(duì)其的實(shí)際應(yīng)用和應(yīng)用效果作出了分析。該系統(tǒng)投入使用后，可以有效地減少人工費(fèi)用，改善設(shè)備的安全和可靠性，并使倉(cāng)庫(kù)的材料管理更加智能化。

參考文獻(xiàn)

[1]李力，岳文翀，潘彥宏.基于三維定位技術(shù)的橋式起重機(jī)空間避讓策略[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2019（22）：80-82.

[2]羅生君.垃圾抓斗橋式起重機(jī)安全監(jiān)控設(shè)計(jì)[J].設(shè)備管理與維修，2019（08）：116-118.DOI：10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2019.04D.62.

[3]趙麗媛，張遠(yuǎn)，崔學(xué)強(qiáng).基于無(wú)線通訊設(shè)計(jì)的垃圾抓斗橋式起重機(jī)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2019（02）：112-114.

[4]余丹. 橋式起重機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].華東交通大學(xué)，2011.

[5]趙雷. 基于柔性控制的垃圾抓斗吊自動(dòng)控制系統(tǒng)[D].河北工業(yè)大學(xué)，2007.