斗輪堆取料機俯仰和回轉機構調試的解析

蔡菁躋

（上海振華重工股份有限公司，上海 200125）

近年來，我國的制造業技術發展取得了舉世矚目的成就，尤其是大型和超大型機械裝備制造業突出，已擁有產量、質量和工期短的三重優勢，憑借堅固可靠耐用的產品品質和處處為客戶著想的售后服務品質，迅速獲得了國際競爭力并大量占領國際制造業裝備出口市場份額。斗輪堆取料機是一種廣泛應用于干散貨碼頭的物料堆場的重型機械設備，可實現堆料進場流程和取料出場流程兩大功能。本文將以干散貨碼頭最常見的斗輪堆取料機為實例，重點分析俯仰和回轉兩大主機構的調試過程。

1 俯仰和回轉機構的概述

在干散貨碼頭的生產過程中，需要先從船、火車、汽車上卸下原料，通過卸船機、翻車機等將物料從船、車上轉移到地面廊道皮帶輸送機，再通過轉運站和其他皮帶機流程，轉移到斗輪堆取料機上，將物料堆放到堆場上，然后按照生產加工計劃，通過斗輪堆取料機從堆場上抓取物料，通過地面廊道流程轉移到裝船機、裝車機，裝船、裝車，或轉移到原料初加工車間，進入生產步驟。要實現物料從地面廊道堆料到廊道左右兩側的堆場，或從堆場取料到廊道地面皮帶機上，主要是通過斗輪堆取料機上最主要的兩大動作機構，即俯仰機構和回轉機構。

2 斗輪堆取料機俯仰和回轉機構的主要工況

2.1 俯仰機構

俯仰機構是控制堆取料機前臂架上升下降到各種不同角度的機構，目前最主流的機械結構，是前臂架和后臂架通過鉸點連接中間立柱，然后通過三角架及連桿和撐桿等連接前后臂架，前臂架下部通過兩個可伸縮的液壓油缸連接立柱底部，通過液壓站系統控制油缸伸縮，從而控制前臂架和后臂架的上仰和下俯動作，前臂架上安裝有物料輸送系統，包括液壓系統，斗輪機構，臂架皮帶機構等等，后臂架上則安裝有配重塊，以實現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作，油缸伸出，則前臂架上仰后，臂架同時下俯，油缸縮回，則前臂架下俯，同時后臂架上仰。

2.2 回轉機構

回轉機構是控制堆取料機上半部分旋轉的機構，目前最主流的機械結構，下部是門座架，門座架以下連接大車行走機構，門座架以上安裝回轉大軸承和大齒圈，大齒圈上安裝立柱和回轉平臺，上電氣房在回轉平臺上，前后臂架以及俯仰機構都安裝在立柱上。通過回轉減速箱和連接大齒圈的齒輪，回轉電機得以驅動整個堆取料機上半部分，包括立柱、臂架俯仰機構和物料輸送機構及回轉平臺和上電氣房一起在水平方向上左右旋轉。

2.3 跨地面廊道保護功能及俯仰回轉之間互鎖保護

因為地面廊道和堆取料機軌道地基是高于左右兩邊堆場的，而前臂架下俯最低是低于地面廊道皮帶機和軌道地基的，所以在俯仰機構低于水平，前臂架角度處于負角度到一定程度時，回轉角度有限制范圍，以防止斗輪機構或前臂架撞地面廊道皮帶機或軌道地基，或者回轉當前角度前臂架在地面廊道或軌道地基正上方范圍內，俯仰機構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或軌道地基，這樣就形成了一個俯仰機構和回轉機構之間互相連鎖的保護。一般常規的連鎖保護有，回轉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或軌道地基，防止后臂架和配重塊碰撞尾車。

3 俯仰和回轉機構調試過程的分析

3.1 俯仰機構的速度給定、動作反饋和連鎖功能

堆取料機總裝在未調試俯仰機構之前，后臂架是先不上配重塊的，前臂架是支撐在地面托架上的，需要等液壓系統正式打壓力到油缸，按照油缸上壓力表讀數，逐步加后臂架配重塊，同時油缸逐步加壓力，前臂架逐步慢速上仰脫離地面托架。俯仰機構液壓系統，通過主令手柄加格雷碼編碼器的組合來控制速度給定值，然后按照收到的給定速度控制上下電磁閥，并同時控制比例閥的輸出流量的比例，從而實現油缸的變速伸縮動作，進而實現俯仰機構變速上下運行動作。在俯仰機構調試之前，應先對液壓系統、油缸及所有油路進行電動沖洗過濾，然后更換新的液壓油，再對油缸進行排氣，完成沖洗排氣后才能開始調試俯仰。調試俯仰機構的時候，先查線對信號，確認所有連鎖保護功能信號和程序對應點位正確一致，并手動模擬各連鎖信號動作狀態，檢查確認程序對應點位變化正確一致，所有連鎖保護信號都正確后，點動試轉液壓油泵電機，修正電機轉向正確，試轉強制冷卻風機，修正電機轉向，手動模擬溫度傳感器數值，從而模擬試驗冷卻風機高溫自動啟動低溫自動停止的功能，再測試液壓系統加熱器功能正常，然后按順序強制吸合每個電磁閥，試驗電磁閥功能正常，帶調速比例閥的系統需要在程序軟件中強制給定模擬量試驗比例閥功能正常。然后使用主令手柄控制俯仰機構，同時一邊觀察液壓油缸壓力表讀數，一邊給后臂架逐步安裝配重塊，通過壓力表讀數和換算計算，達到前后臂架重量接近，前臂架少量離開地面托架懸空，在此狀態下保持不動，靜態觀察12～24h，驗證液壓系統和油缸的保壓狀況。在驗證保壓安全后，使用角度儀標定俯仰絕對值編碼器角度位置，使PLC程序軟件內角度值符合實際機械角度位置，一般以前臂架水平位置為俯仰0度標準位置，從0度向上仰為正角度，向下俯為負角度。然后按照機械結構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限位。一般比較常用的是編碼器位置檢測限位是感應接近限位，上下停止極限是機械限位，然后在PLC程序中設置軟件停止位置，從而達到編碼器軟件停止和機械限位硬件停止雙重保護功能，然后在軟件中設置自動減速區域角度范圍，一般是在接近停止位置之前3度設置自動減速區域。最后由操作員在堆取料機司機室聯動臺操作俯仰機構做全程動作，驗證自動減速自動停止各功能正常，并檢查拖領和蕩絲電纜安全狀況。

3.2 回轉機構的速度給定、動作反饋和連鎖功能

回轉機構是由主令手柄和格雷碼編碼器的組合來控制速度給定值，程序軟件接收到手柄速度給定后通過換算計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變頻器，同時控制回轉高速制動器的電動打開關閉，變頻器按照方向命令和速度給定值控制電機轉向和速度，實現回轉機構變速向左或向右旋轉。調試回轉機構的時候，先要脫開電機和減速箱之間的聯軸節，設置變頻器的電機動態自整定參數，做完電機自整定后，設置變頻器的電機測速編碼器擴展模塊參數，連接電機速度脈沖編碼器，然后修正電機轉向符合回轉實際轉向，然后修正編碼器檢測方向和電機轉向一致，完成電機閉環控制回路，如果是噸位比較大的堆取料機型，是雙變頻器或多變頻器，還要設置變頻器主從模式，連接主從通訊線，設置主變頻器和從變頻器參數。隨后測試回轉電機強制風冷，修正風機轉向。

隨后測試回轉制動器電動打開，檢測電動打開檢測限位反饋信號，然后在空載狀態下測試從司機室聯動臺主令手柄操作模擬回轉動作并測試變速，測試完空載狀態后，聯接電機和減速箱的聯軸節，帶回轉機構轉動測試。隨后標定回轉絕對值編碼器角度位置數值，使PLC程序軟件內角度值符合實際機械角度位置，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0度標準位置，從0度以面向前臂架方向，向左旋轉為負角度，以面向前臂架方向，向右旋轉為正角度。然后按照機械結構的回轉工作角度范圍，安裝回轉錨定限位，回轉左右減速、停止、極限限位，回轉編碼器位置檢測限位。一般比較常用的是錨定安全限位是機械限位，編碼器位置檢測限位是感應接近限位，減速、停止、極限限位使用凸輪限位，通過變比齒輪和回轉大赤圈連接，調凸輪限位時，需要注意凸輪片旋轉方向和回轉實際動作轉向符合一致，一般減速范圍設置5度，停止和極限之間相差1度，然后設置PLC程序內軟件減速、停止、極限位置，達到軟硬件雙重連鎖保護功能。如果是雙變頻器或多變頻器，還需要測試應急模式下切換缺某一變頻器狀態下慢速動作功能。最后在司機室聯動操作回轉全速全程動作，驗證所有自動減速停止功能，并檢查所有拖領和蕩絲電纜安全性。

3.3 跨廊道保護俯仰回轉互鎖功能

在調試跨廊道保護功能之前，必須用角度儀或激光測距儀等標尺工具，測量校準俯仰和回轉絕對值編碼器的位置角度值，通過機械結構的測量，以及軟件程序中的計算換算的系數修正，達到程序內計算所得角度位置和實際機械結構角度位置完全一致，嚴格驗證軟硬件角度位置一致性。隨后安裝俯仰跨廊道限位，一般使用常開型號的感應接近限位，一般按照在回轉在0度位置下，上仰時后臂架配重塊到尾車之間有足夠安全距離不碰撞，下俯時斗輪最低點到地面廊道皮帶機有足夠安全距離不碰撞，最常見的是按照從-1～7度，按照俯仰在這個角度范圍內，俯仰跨廊道限位全都感應到，保持有信號，除此之外的其他所有角度范圍，撫養跨廊道限位全都不能感應到，保持無信號。然后開始調回轉左右跨廊道限位，一般使用凸輪限位，須要使用常閉點，需要注意的是，一般凸輪限位的凸輪片的寬度出廠都是標準寬度的，無法正好覆蓋回轉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，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，最常見的是回轉左側跨廊道限位需要覆蓋的角度是-16～1度，右側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面，所以兩側跨廊道范圍角度不對稱，右側會多幾度。

4 調試過程中可能出現的問題及一些解決思路

4.1 俯仰液壓系統故障

液壓系統故障，一般需要檢查液壓系統的安全連鎖，常見的低油位故障需要檢查油位標尺，考慮補加液壓油，高油溫故障，需要檢查強制風冷功能是否正常，電機熱保護故障，需要檢查電機絕緣性能，過濾堵塞故障，需要更換過濾器濾芯，油缸壓力故障，需要檢查液壓系統各節電壓力值，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。如果是遇到無任何故障而俯仰無動作，則需要檢查電磁閥和比例閥的輸入輸出狀態是否正常。

4.2 回轉制動器故障或變頻器故障

制動器故障一般需要檢查制動器電動打開檢測限位信號是否正常，檢測制動器磨損檢測限位狀態并檢查摩擦片是否磨損，檢查制動器對中、間隙、力矩值等狀態是否正常。變頻器故障一般需要調處故障記錄，按照故障代碼，查變頻器手冊，找到故障代碼對應的故障說明，按照手冊說明來排查故障原因并處理。

4.3 編碼器位置檢測故障

絕對值編碼器位置檢測限位，一般使用感應接近限位，一般在機構掃過0度位置時掃過小感應塊瞬間感應一次，檢測程序中從編碼器所得位置數值和實際機械結構位置之間的誤差，一般會設置誤差范圍，當超過誤差范圍，就會報故障，連鎖機構停止，如果發生這個故障，需要先檢查絕對值編碼器通訊聯接情況，再檢查編碼器和變速比齒輪之間聯軸節是否松動，或者重新標定修正PLC程序里角度計算值。

5 結語

物料堆場上的物料輸送堆料進場和取料出場流程是干散貨碼頭企業的經營和產能核心，斗輪堆取料機是最常用的機型，俯仰和回轉兩大主要動作機構是實現堆料進場和取料出場的關鍵，分析各機構調試過程，不僅影響企業制定生產計劃關乎經濟效益，也對研究和改進制造業設計和制造，對產業升級的遠程化數字化和自動化無人化研究設計改造，都有非常重要的參考和指導意義。只有在實際一線的工作中積累總結經驗教訓和改良方法，才能不斷給制造業的設計制造和研發提供第一線數據、工況指導和參考。