智能型抓臂式清污機(jī)在淮水北調(diào)工程中的應(yīng)用

黃有琴

一、工程概述

安徽省淮水北調(diào)屬全省“三橫三縱”水資源配置體系的跨區(qū)域骨干調(diào)水工程，是支撐和保障皖北地區(qū)加快發(fā)展的重大基礎(chǔ)設(shè)施，也是目前正在建設(shè)的國(guó)家南水北調(diào)東線配水工程和今后引江濟(jì)淮的延伸工程，兼有工業(yè)供水、灌溉補(bǔ)水和減少地下水開采、生態(tài)保護(hù)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(diào)東線工程分配的水量，具有相機(jī)調(diào)水特點(diǎn)，以置換和減輕現(xiàn)狀工業(yè)及新增工業(yè)對(duì)地下水超采，遇部分干旱年份調(diào)水量不足時(shí)再臨時(shí)啟用當(dāng)?shù)刂猩顚拥叵滤畱?yīng)急補(bǔ)給，總體上起到兼顧經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和減少地下水開采之目的。遠(yuǎn)期可增加利用引江濟(jì)淮工程水源，進(jìn)一步擴(kuò)大供水水量和提高供水保證率，最終實(shí)現(xiàn)中深層地下水全面禁采。

淮水北調(diào)工程新建固鎮(zhèn)站、婁宋站、四鋪站、侯王站共4級(jí)提水泵站，輸水支線需新建賈窩站、岱山口站共2級(jí)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(jī)進(jìn)行柵前清污。

二、泵站清污機(jī)主要型式及特點(diǎn)

（1）抓斗式清污機(jī)：一般用在垂直或傾斜式攔污柵上，主要用來(lái)抓取攔污柵前大的硬性污物，對(duì)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(jī)：沿?cái)r污柵面將污物壓至機(jī)組進(jìn)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(jī)：由機(jī)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(tuán)漂浮物或堆積的水草，設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，體積較大，容易纏繞，維修頻率較高。

（4）回轉(zhuǎn)式清污機(jī)：由多分節(jié)活動(dòng)短?hào)沤M成，活動(dòng)短?hào)庞涉湕l、鏈輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)，短?hào)诺撞繋濄^，將污物帶到攔污柵頂部平臺(tái)上，主要清除柵前小的漂浮物，設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不適合柵前大的、硬性污物清除，易卡阻，同時(shí)必須和攔污柵整體配套，附屬污物運(yùn)輸結(jié)構(gòu)設(shè)備，使用要求布置空間較大。

（5）網(wǎng)格式回轉(zhuǎn)濾網(wǎng)清污機(jī)：適用于小型水、電站泵站，適合水草等污物比較少的環(huán)境。

三、智能抓臂式清污機(jī)

1.結(jié)構(gòu)型式

抓臂式清污機(jī)主要包括四個(gè)部分：行走機(jī)構(gòu)、抓臂抓斗、液壓系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)。行走機(jī)構(gòu)主要是滿足設(shè)備運(yùn)行范圍及卸污，可增設(shè)集污小車，集污小車與行走機(jī)構(gòu)連接，一起往復(fù)行走。行走機(jī)構(gòu)單側(cè)設(shè)有控制系統(tǒng)室，滿足控制系統(tǒng)布置要求。抓臂由多節(jié)組成，相鄰兩節(jié)之間鉸接相連，抓臂與轉(zhuǎn)軸、抓臂與抓斗、每節(jié)抓臂之間設(shè)有液壓油缸，每只液壓油缸通過(guò)液壓油管與液壓泵站相連，液壓泵站驅(qū)動(dòng)液壓油缸伸縮控制每?jī)烧咧g的角度，帶動(dòng)抓斗沿控制系統(tǒng)設(shè)定的軌跡上升下降。液壓泵站安裝在行走機(jī)構(gòu)上，通過(guò)液壓油管驅(qū)動(dòng)油缸抓斗上的液壓油缸伸縮實(shí)現(xiàn)抓斗張開、閉合動(dòng)作。泵站攔污柵智能抓臂式清污機(jī)布置示意圖見圖1。

2.設(shè)備特點(diǎn)

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

清污機(jī)控制系統(tǒng)高度智能化，機(jī)械臂由三節(jié)支臂組成，支臂間由數(shù)字化伺服油缸驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液壓油缸協(xié)同工作，規(guī)劃抓臂的運(yùn)行軌跡。此產(chǎn)品獨(dú)特的機(jī)械臂強(qiáng)力抓污設(shè)計(jì)，清污能力大幅度的提高，工作效率是三種傳統(tǒng)機(jī)器的結(jié)合，提高3倍以上，同時(shí)降低整個(gè)工程的造價(jià)。（1）根據(jù)泵站土建布置及場(chǎng)地情況，軌道采用過(guò)山車軌道結(jié)構(gòu)，由兩根平行無(wú)縫鋼管作為行走軌道，通過(guò)矩形鋼管焊接成桁架結(jié)構(gòu)，固定在攔污閘檢修平臺(tái)閘墩上。（2）移動(dòng)車上設(shè)有4個(gè)車輪組，每組有上、下、外3個(gè)限位行走車輪，有效防止移動(dòng)車側(cè)翻。（3）清污機(jī)抓臂在移動(dòng)車上設(shè)有回轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)，抓臂可180°及以上旋轉(zhuǎn)，活動(dòng)區(qū)域更大，操作更加靈活方便。（4）回轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)支承和液壓驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成，回轉(zhuǎn)裝置由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。（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(jī)的清污能力和效率。（6）抓臂液壓系統(tǒng)采用伺服泵站+數(shù)字油缸，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠，抓斗可嚴(yán)格按照PLC設(shè)定程序的軌跡運(yùn)行，既能有效清理纏繞在柵條上的污物，同時(shí)不會(huì)破壞攔污柵。

3.設(shè)備運(yùn)行及控制

抓臂式清污機(jī)在工作時(shí)，清污機(jī)隨移動(dòng)行走車沿行走軌道移動(dòng)至第一個(gè)清污位置，自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)準(zhǔn)確測(cè)量到這個(gè)位置，移動(dòng)行走車停止運(yùn)行后，抓臂旋轉(zhuǎn)90°轉(zhuǎn)向河道，抓臂帶動(dòng)抓斗沿控制系統(tǒng)設(shè)定的沿?cái)r污柵前沿向下運(yùn)行，運(yùn)行到攔污柵底檻后，抓斗閉合，抓取污物，然后抓臂帶動(dòng)抓斗向上運(yùn)行，當(dāng)抓臂到達(dá)頂部后，抓臂反向旋轉(zhuǎn)90°轉(zhuǎn)回?cái)r污閘，抓斗移動(dòng)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(dòng)行走車移至第二個(gè)抓污位置，循環(huán)進(jìn)行清污工作，當(dāng)所有抓污點(diǎn)都被處理過(guò)以后，移動(dòng)行走車沿運(yùn)行軌道返回并?？吭谠O(shè)定的停放位置并將集污小車內(nèi)的污物卸除。

圖1 智能抓臂式清污機(jī)布置示意圖

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)先進(jìn)可靠，設(shè)備配備多個(gè)力矩、位置及荷載限制器，在污物超載等意外情況下，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警停機(jī)，可經(jīng)人工干預(yù)處理，確保清污機(jī)安全運(yùn)行。清污機(jī)設(shè)計(jì)有全自動(dòng)和手動(dòng)遙控兩種控制運(yùn)行方式，采用兩種方式控制，抓斗工作時(shí)下行軌跡均按規(guī)劃好的運(yùn)行軌跡運(yùn)行，無(wú)需專業(yè)人員操作，也不會(huì)碰撞攔污柵，在水下工作時(shí)尤為可靠。同時(shí)設(shè)有兩種操作模式可供選擇，清理柵前較遠(yuǎn)處的大部分污物時(shí)，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(zhǔn)模式，抓斗齒尖插入柵條間隙，將污物梳理清除，以達(dá)到攔污柵表面清污效果。

四、設(shè)備的應(yīng)用

淮水北調(diào)工程攔污閘前期未配備清污設(shè)施，在工程建成全線試通水期間，柵前污物堆積嚴(yán)重，普通的液壓抓斗式清污機(jī)從以前的工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)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(jù)現(xiàn)場(chǎng)土建布置情況配備智能抓臂式清污機(jī)。目前安裝完畢并投入初步運(yùn)行，對(duì)柵前清污效果良好，運(yùn)行可靠，安全穩(wěn)定。設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化程度較高，操作簡(jiǎn)單，僅需對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置后即可投入自動(dòng)運(yùn)行。

五、結(jié)語(yǔ)

智能抓臂式清污機(jī)首次在安徽省大型水利工程設(shè)計(jì)投入使用，克服了傳統(tǒng)清污機(jī)的部分不足，操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度較高，布置緊湊，也為以后的大型水利工程清污設(shè)備增加了一定的選擇空間，同時(shí)也體現(xiàn)了水利工程開拓、創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念