散糧裝卸兩用機喂料系統故障的綜合分析與解決方法

◎ 邱金鈺，王帥國，王康興，任書杰，趙 征，徐子鋒

（連云港東糧碼頭有限公司，江蘇 連云港 222000）

散糧裝卸兩用機是一種專門用于港口散糧裝卸的專業化設備。其可在搭載輔助系統的情況下，獨立完成裝船、卸船、清倉設備吊裝等一系列工作，且整體工藝流程由PLC 控制，自動化程度高[1]，設計工作流量可達500 t·h-1。其中，喂料系統直接與散料物料接觸，實際生產中發生故障較多，故障原因較復雜。

1 散糧裝卸兩用機系統分析

1.1 散糧裝卸兩用機結構

散糧裝卸兩用機按照功能可分為裝船、卸船、旋轉、變幅、行走、起升、輔助7 大系統，其機械結構如圖1 所示（圖中未標明輔助系統）。

圖1 散糧裝卸兩用機機械結構示意圖

（1）卸船系統。作為使用率最高的系統，其主要由喂料系統、垂直卸船臂、水平中繼皮帶機組成。

（2）裝船系統。由抑塵溜筒、水平皮帶機、Z 形裝船皮帶機組成。

（3）旋轉系統。在卸船、裝船、輔助系統中，分別有3 套旋轉系統，相互獨立，可分別實現卸船、裝船、輔助系統機械設備的旋轉，使其達到工作位置。

（4）起升系統。起升系統同樣有3 套，其中，卸船與裝船的起升系統設計類似，采用液壓傳動的方式實現機械設備在Z 軸方向的移動，輔助系統的變幅采用起升電機、線纜卷筒、鋼絲繩的組合。

（5）行走系統。由基座、行走電機、剎車裝置、鐵鞋、車輪等裝置組成。由于整個散糧裝卸兩用機的自重較大，需要在工作位置提前敷設軌道，整個機械利用行走系統在固定的機械軌道上行走。

（6）變幅系統。變幅系統與起升系統類似，卸船與裝船的設計類似，輔助系統為單獨的鋼絲繩滑輪組設計。

（7）輔助系統。輔助系統為牽攬式桅桿起重機，可吊裝12 t，主要用于清倉機械設備的入船吊裝。擁有獨立的旋轉系統，也可用于噸袋、雜貨等整件貨物的裝卸作業。

1.2 喂料系統結構

喂料系統豎直布置于裝船系統中卸船臂的頭部，如圖2 所示。工作時伸入船艙內部直接與散糧物料接觸，可通過機械結構直接將散料物料送入下一道工序流程。

圖2 喂料系統布置示意圖

喂料系統主要由螺旋喂料器、葉輪喂料器、機殼、螺旋電機、葉輪電機、傳動裝置組成，其機械部件的旋轉依靠電機通過鏈條傳動運行，結構示意圖如圖3所示。

圖3 喂料系統結構示意圖

其工作原理是當喂料系統直接與散糧物料接觸時，先由兩邊的螺旋喂料器將物料旋擠入中間的葉輪喂料器中，再由葉輪喂料器轉動的葉片將糧食翻打進入卸船臂皮帶機的皮斗中輸送到下一級的輸送機。

2 喂料系統出現的故障及原因

2.1 喂料系統故障

在實際生產使用中，喂料系統的故障主要可分為機械故障、電氣故障、綜合故障3 大類。

2.1.1 機械故障

機械故障的現象主要表現在殼體、傳動裝置、喂料器、后續工序皮帶等裝置機械結構方面的損壞。損壞形式主要有殼體穿孔破損、傳動裝置內部結構疲勞斷裂，喂料器機械結構改變[2]。

2.1.2 電氣故障

喂料系統采用三相異步電機驅動，電氣故障主要表現在工作過程中出現葉輪或者螺旋喂料器突然不工作、接線盒位置突然出現電火花等現象，經過測量為電機燒毀導致。

2.1.3 綜合故障

喂料系統的綜合故障是機械故障與電氣故障共同作用導致的。在實際生產中，單純的機械或電氣故障并不常見，大多是共同作用的結果。例如，若發現喂料系統出現冒煙、火花的情況，最直接的故障可能為電氣故障伴隨傳動系統的損壞[3]。

2.2 故障原因分析

喂料系統作為卸船系統的一部分，其工作時并不是獨立的，在進行故障原因分析時，工作人員也需要考慮后續工藝流程。

在順序控制設備系統中，影響一級設備負載的因素，除了自身原因以外還包括前一級或后一級設備工作效率的高低。在散糧系統中，喂料系統為卸船系統的最先級，優先與物料接觸。因此，位于后一級的卸船臂皮帶機的工作效率會直接影響喂料系統的工作狀態。比如，當卸船臂的工作效率下降時，由于不能及時將喂料系統所輸送的糧食帶走，螺旋及葉輪喂料器會處在低效率的堵塞運行中，從而加大喂料系統的負載，使機械受力增加、電機電流升高。因此，分析兩用機喂料系統故障的原因時，必須從“喂料系統自身原因”與“整體工藝流程原因”兩方面入手。

2.2.1 喂料系統自身原因

（1）在電氣方面，造成電氣設備絕緣損壞的主要原因是電流的熱效應。由公式1 可知，熱量與電流值的大小呈平方關系。

式中：Q為電流通過導體所產生的熱量，J；I為通過導體的電流，A；R為導體的電阻，Ω；t為電流通過導體的時間，s；KT是綜合散熱系數，w·（m2·k）-1；A是電阻的散熱面積，m2；τ是電阻表面溫度與環境溫度的溫度差即溫升，K。

葉輪及螺旋喂料器的電機是在高粉塵和較高溫度的工作環境中工作。這種工作環境不利于將電機產生的溫升散發出去，對應公式1 便是τ值過小，導致電動機的熱量隨著時間t值的上升緩慢升高。溫度升高會加速電機絕緣層的老化，造成電機的短路，巨大的短路電流對應巨大的I值，造成Q值在短時間內迅速增加，使得電機過流、過熱，造成電機的燒毀。

（2）在機械方面，由于糧食長時間的高速沖擊，會給設備的金屬結構帶來嚴重的磨損。其中，弧形擋板的穿孔與葉輪葉片之間的間隙會發生變化，加上葉輪與螺旋葉片的嚴重磨損都會直接影響喂料器的上料效率（如圖4 所示）。

圖4 喂料系統頭部結構示意圖

此外，在機械傳動機構中，長期工作的磨損和過載造成的軸承損壞和鏈條斷裂，是其故障的主要因素。

2.2.2 整體工藝流程原因

在卸船作業中，設備的自身因素（此處指整個涉及卸船流程的設備）和司機的操作因素，是影響卸船臂皮帶機工作效率的兩大主要因素。

（1）設備自身因素。由于卸船臂皮帶的制造工藝問題造成皮斗撕裂脫落，皮斗與波紋擋邊松脫等原因，都可能使皮帶機的帶載能力嚴重下降。此外，后級工藝流程效率的下降，也會影響喂料系統的工作狀態。卸船臂皮帶如圖5 所示。

圖5 卸船臂皮帶示意圖

（2）司機操作因素。在兩用機的卸船作業中，當垂直臂與水平臂夾角為最大值時（外桿作業），由于皮帶機的皮斗向上傾斜一定角度工作，卸船臂的工作效率為最高。隨著垂直臂與水平臂的夾角逐漸減小，皮帶機的工作效率也隨之降低。當夾角小于90°時（里桿作業），皮帶機的工作效率就會大幅度降低，導致卸船散糧物料的流量減少。此時，為達到流量指標，司機會操作機械下切機頭，使整個喂料系統更深地沒入物料之中，進入堵塞過載運行狀態。圖6 為垂直臂水平臂示意圖。

一旦喂料系統堵塞過載運行，給設備帶來的危害如下：①當系統處于輕度長時間的堵塞運行，設備的過流、過載保護無法檢測到，此時給設備帶來的危害是長期、緩慢的。電氣方面表現為線路絕緣系統的老化，機械方面表現為緩慢的機械變形與金屬疲勞[4]。②當系統處于重度堵塞過載運行時，會發生兩種情況。第一，保護設備運轉良好，及時切斷電源，電氣、機械部分得到保護，但此種情況依然會伴隨卸船流程的忽然暫停，影響生產的連續性；第二，電機出現堵轉現象，電流過大且絕緣失效，導致電機迅速燒毀、機械傳動鏈條斷裂，不僅會造成生產暫停影響連續性，還會造成設備損壞。

3 解決辦法

3.1 針對司機操作流程方面的辦法

（1）完善散糧裝卸兩用機司機的操作規程。司機在卸船作業時，應當盡可能避免垂直臂與水平臂夾角過小時的卸船作業。在進行里桿作業時，可通過行走系統與旋轉系統，改變散糧裝卸兩用機的工作位置，保證在作業時垂直臂與水平臂始終保持較大夾角。必要時，可利用扒倉設備改變糧食在船艙中的布局。

（2）制定相關制度。禁止在流量的情況下采用簡單的下壓機頭的方式提升流量。卸船期間，喂料系統禁止在負載情況下啟動。

3.2 改善電機運行環境

有必要改造葉輪喂料器電機的散熱系統，加裝強制風冷裝置。原因如下：①工作環境溫度較高，粉塵濃度高，影響電機散熱。②葉輪喂料器電機本身速度較低，自身的風扇葉片較小，不足以給電機完全散熱。③葉輪喂料器電機的負載較重，且長時間連續不間斷工作產生的熱量較高。④拆除原有風扇葉片可為電機減輕1 kW 左右的負載。⑤通過加裝較大功率的散熱風機，可同時給葉輪喂料器與減速箱一起散熱[5]。

3.3 增加可視化監控報警系統

將葉輪喂料器、螺旋喂料器、卸船臂皮帶機、卸船中繼運輸機的電機電流值作為監控數據，時刻監控其大小，超過正常值自動報警，并且以數值的形式直接顯示在司機室內。

這一系統應包含以下功能：①可以方便地直接監控各設備的運行狀態，直觀地展示各部位的“健康”情況。②相關數據應與中控室相連接，方便中控室根據設備狀態修改具體工藝流程。③可以快速精準地計算出葉輪喂料器、螺旋喂料器、卸船臂皮帶機、卸船中繼運輸機的電機電流值之間的電流比值變化。例如，當葉輪、螺旋喂料器電機電流增加，處于后續工序的卸船臂皮帶機與中繼運輸機的電流值變化不大，或是在下降。此時，可根據電流值判斷出喂料系統處于低效率的堵塞運行狀態。守時系統應當提醒操作人員對機械設備的工作狀態作出調整，并且提示應當在司機室與中控室同時進行。

此外，系統應當及時計算出各設備電流與實際物料流量比值的正常范圍，方便操作人員加以判斷；應精確計算出喂料系統各設備空載、輕載、重載、過載電流，并定期記錄，方便維修人員加以查看。

4 結語

作為散糧裝卸兩用機中直接進入船艙與散糧物料接觸的系統，喂料系統的故障一直是影響生產的因素。本文提出從操作人員、電機本身、可視化監控系統三方面改進，可有效減少故障的發生，并延長設備的使用壽命，減少維護成本，提高其運行效率。