翻車機(jī)自動扶鉤裝置

王治偉

（華電國際電力股份有限公司萊城發(fā)電廠，山東濟(jì)南 271100）

華電國際電力股份有限公司萊城發(fā)電廠（以下簡稱“萊城電廠”）裝機(jī)總?cè)萘繛?×335 MW 國產(chǎn)凝汽式燃煤發(fā)電機(jī)組。工程于1998年3月開工建設(shè)，2003年5月全部建成投產(chǎn)，年燃煤量約需300萬t，主要由翻車機(jī)完成接卸任務(wù)。翻車機(jī)是PLC 程序控制，自動化水平較高，但因為摘鉤、扶鉤、車皮余煤清理等部位還需有人工操作，而且該部位環(huán)境差，危險性大，不適應(yīng)智慧電廠的要求，為及早達(dá)到華電國際電力股份有限公司無人值守的要求，需對翻車機(jī)卸車過程中“人工摘鉤、扶鉤、車皮余煤清理”等問題進(jìn)行探索、研究。

1 項目概述

燃煤火力發(fā)電裝機(jī)總量占據(jù)著我國發(fā)電裝機(jī)的主導(dǎo)地位，陸上燃煤電廠大部分是火車來煤，普遍裝備翻車機(jī)作為接卸煤炭的設(shè)備。翻車機(jī)是一種大型、高效的機(jī)械化卸車設(shè)備，是常用的鐵路敞車卸車設(shè)備，其卸車作業(yè)的機(jī)械化程度高、生產(chǎn)能力大。翻車機(jī)卸車作業(yè)線是以翻車機(jī)為主體，附屬設(shè)備包括撥車機(jī)、遷車臺、推車機(jī)等。萊城電廠使用的C 翻車機(jī)系統(tǒng)，設(shè)備由大重集團(tuán)公司（大連）設(shè)計制造。翻車機(jī)系統(tǒng)卸車線為折返式卸車線，其翻卸形式為轉(zhuǎn)子式，驅(qū)動方式為齒輪傳動，壓車機(jī)構(gòu)為液壓壓車。

翻車機(jī)卸車作業(yè)是用傾翻車廂的方法將所載貨物從車廂頂部一次卸出的快速卸車方式，其翻轉(zhuǎn)動作由翻車機(jī)轉(zhuǎn)子來完成。翻車機(jī)翻卸敞車車廂時，需要把即將進(jìn)入翻車機(jī)的車廂與整列火車車廂解列，然后撥車機(jī)把待翻車廂牽入翻車機(jī)，翻車機(jī)旋轉(zhuǎn)翻卸車廂。撥車機(jī)將待翻車廂牽入翻車機(jī)同時，把已完成卸車的空車車廂推到遷車臺。遷車臺將空車車廂遷移到空車軌道，由推車機(jī)推出遷車臺，與上一節(jié)空車撞鉤連接。

翻車機(jī)翻卸敞車車廂設(shè)備運行中，當(dāng)翻車機(jī)翻車時車輛前后鉤頭隨著車輛旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生角度偏斜（角度偏斜是由鉤頭左右活動關(guān)節(jié)所致），當(dāng)翻車翻轉(zhuǎn)回到零位時鉤頭仍然處于偏斜狀態(tài)，這時需要人工采用撬棍、木棒、鐵鉤等工具將車輛前后偏斜的鉤頭扶正，然后撥車機(jī)才能進(jìn)入掛鉤繼續(xù)撥車至遷車臺位置的運行動作。否則鉤頭在偏斜的狀態(tài)下前后車輛將無法連接，有時甚至出現(xiàn)車鉤“抄手”現(xiàn)象，更有甚者還會造成車輛脫線事故。

人工復(fù)鉤和扶正作業(yè)需要掌握一定的技巧，有一段適應(yīng)和熟悉的過程，常出現(xiàn)新?lián)Q人員操作不熟練、不到位，造成系統(tǒng)作業(yè)效率降低。此外，人工摘復(fù)鉤與翻車機(jī)自動化系統(tǒng)交叉動態(tài)作業(yè)，作業(yè)段的人工鉤體扶正和摘復(fù)鉤作業(yè)在翻車機(jī)自動化運行未被中斷的情況下?lián)駲C(jī)實施，具有非常大的安全隱患，成為翻車機(jī)作業(yè)區(qū)域最大的危險源，近年來國內(nèi)不斷有電廠在本環(huán)節(jié)出現(xiàn)人身傷亡事故。目前各廠普遍采用人工完成扶鉤工作，已經(jīng)顯示出很多缺點，操作工人存在卷入運行設(shè)備危險；扶鉤容易出現(xiàn)人身事故；翻車機(jī)系統(tǒng)已基本實現(xiàn)自動化，但火車車廂在翻卸車前后，扶鉤動作仍然由人工完成，影響翻卸車效率。針對上述情況，為降低人員安全風(fēng)險，改善工作環(huán)境，提高卸煤生產(chǎn)線的自動控制水平，降低故障發(fā)生率，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，對翻車機(jī)摘復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行探討改造，進(jìn)一步提升翻車機(jī)系統(tǒng)自動化智能化水平，降低人工成本，避免摘復(fù)鉤工位的安全隱患；提出了翻車機(jī)翻車自動扶鉤裝置研究課題，為將來實現(xiàn)卸煤系統(tǒng)無人化和自動化奠定基礎(chǔ)。

2 翻車機(jī)自動扶鉤裝置工作原理

（1）翻車機(jī)壓車梁前梁下端平臺兩端（車輛進(jìn)出端）位置安裝自動扶鉤裝置行走軌道（車輛進(jìn)車端軌道長度為2 m，車輛出端軌道長度為1 m）。

（2）自動扶鉤裝置行走軌道上安裝扶鉤擺動桿、扶鉤接手、關(guān)節(jié)機(jī)器人、驅(qū)動減速機(jī)等執(zhí)行部件。另扶鉤裝置還裝有激光檢測儀、高清攝像頭等檢測、識別裝置。

（3）該扶鉤裝置包括驅(qū)動件和與該驅(qū)動件連接的扶桿，驅(qū)動件用于驅(qū)動扶桿，圍繞扶桿的一端轉(zhuǎn)動，以使得扶桿在初始位置和工作位置之間運動。當(dāng)扶桿處于所述工作位置時，扶桿的另一端頂住翻車機(jī)所要翻轉(zhuǎn)的火車車廂的車鉤，當(dāng)扶桿處于初始位置時，扶桿的水平不受力。

（4）車輛兩端自動扶鉤裝置所有動作在翻車機(jī)本體靠車板、壓車梁動作時間內(nèi)完成。自動扶鉤裝置動作如下：當(dāng)車輛進(jìn)入翻車機(jī)平臺后，翻車機(jī)內(nèi)定位信號及車機(jī)重鉤舍開到位的信號到來后。兩套裝置移動到設(shè)定車輛兩端鉤頭近距位置，擺動桿水平方向旋轉(zhuǎn)90°，同時延圓周旋轉(zhuǎn)90°，扶鉤接手固定車輛前后鉤頭。翻車機(jī)本體平臺上的自動扶鉤裝置隨車輛同步、同角度一體翻轉(zhuǎn)，從而保持翻車過程鉤頭始終處于翻車前原始平正狀態(tài)。當(dāng)翻車機(jī)到達(dá)165°并翻車機(jī)零位信號到來后，翻車結(jié)束后自動扶鉤裝置擺動桿、搖動桿、扶鉤接手恢復(fù)作業(yè)前狀態(tài)。

3 翻車機(jī)自動扶鉤裝置研究內(nèi)容

（1）針對車鉤類型的復(fù)雜多樣，設(shè)計一款可在車廂車鉤360°空間內(nèi)任意運動的自動扶鉤裝置，實現(xiàn)根據(jù)車箱車鉤不同近距離移動，位置調(diào)整和扶鉤動作。該設(shè)備集合了車廂車號識別系統(tǒng)、高精度檢測系統(tǒng)、動態(tài)感知及智能算法等技術(shù)，能夠快速識別、定位并實施扶鉤動作，對不同類型的車鉤、變形手柄適應(yīng)性強。主要車輛技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 翻車機(jī)卸車主型敞車技術(shù)參數(shù)表

（3）車號識別。萊城電廠敞車主要車廂類型有C60、C70和C80系列。3個系列的車廂車鉤的位置高度一樣，只是車廂長短有所不同，因而就造成了車輛車鉤位置在翻車機(jī)平臺上位置距離的不同。因此扶鉤裝置需要在翻車機(jī)平臺上能夠前后移動，需要圖像識別技術(shù)，識別各列車廂編號，提前明確扶鉤裝置動作，在后續(xù)扶鉤時只需要核對精調(diào)。

采用基于計算機(jī)視覺技術(shù)的貨運列車車號自動識別系統(tǒng)，首先利用硬件系統(tǒng)，采集列車通過時的實時清晰視頻。之后處理采集到的視頻。最后實現(xiàn)列車車號的識別。

列車編號識別系統(tǒng)布置示意如圖1所示，安裝支架用于穩(wěn)固地安裝所有攝像機(jī)和補光燈陣列；補光燈陣列負(fù)責(zé)在光照度不足的情況下，給車號攝像機(jī)和啟停攝像機(jī)提供燈光補償；啟停攝像機(jī)拍攝鐵軌，監(jiān)控火車狀態(tài)，判斷火車是否靜止，控制車號相機(jī)視頻圖像采集狀態(tài)的開閉；車號攝像機(jī)用于獲取車號視頻圖像；高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于實時采集并存取車號攝像機(jī)獲取的車號視頻圖像；高速數(shù)據(jù)處理工作站用于對采集到的視頻圖像進(jìn)行分析和處理。

圖1 列車編號識別系統(tǒng)布置

（4）圖像識別技術(shù)。扶鉤裝置機(jī)器人作業(yè)需要精確找到車輛車鉤位置，以實施扶鉤動作。但周圍由于光線強度、車輛車鉤表面附著煤灰，顏色等影響圖像識別，圖像識別技術(shù)需要逐一克服困難。

（5）扶鉤動作技術(shù)。不同類型的車輛車鉤在翻車機(jī)平臺上的長度不一致，扶鉤動作并不相同。扶鉤機(jī)器人并不能精確定位車鉤，而是通過平行與列車軌道方向的運動和豎直運動的圓弧插補完成扶鉤動作。對于需要扶鉤的鉤頭，應(yīng)先移動到車鉤下方無卡阻狀態(tài)再固定扶鉤，以防車鉤歪斜。

（6）扶鉤接手。扶鉤接手應(yīng)能滿足扶鉤過程中對載荷的要求，同時又要有一定自由度的釋放，以足夠力矩扶住車鉤。但在釋放自由度時，也要滿足固定車鉤的載荷要求。

4 翻車機(jī)自動扶鉤裝置優(yōu)點

在翻車機(jī)自動化作業(yè)中，原先人工干預(yù)的摘復(fù)鉤作業(yè)和鉤體扶正作業(yè)等危險位置，由翻車機(jī)自動扶鉤裝置完成，翻車機(jī)系統(tǒng)自動化運行更容易保證，將徹底避免人身傷害事故?？朔谁h(huán)境差，空間小的不足；減輕了勞動強度，提高了自動化水平。翻車時煤炭沖擊煤斗產(chǎn)生大面積粉塵，加裝自動扶鉤裝置可以極大降低手動扶鉤對操作者帶來的職業(yè)健康危害；自動扶鉤裝置可以減輕操作人員的勞動強度，提高作業(yè)效率。采用自動扶鉤裝置，操作人員可以手持遙控器實施遠(yuǎn)程監(jiān)控，避開翻車危險作業(yè)區(qū)域，對消除人身安全隱患將起到積極作用。

5 翻車機(jī)自動扶鉤裝置及無人值守發(fā)展方向

隨著智能控制技術(shù)，通信技術(shù)，數(shù)據(jù)分析挖掘方法，可靠的工藝設(shè)備，眾多現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一等作為強大的支撐，實現(xiàn)電廠真正的智能化、數(shù)字化、透明化進(jìn)一步成為可能。目前，燃料接卸輸送系統(tǒng)，建設(shè)了數(shù)字化煤場及煤場內(nèi)部設(shè)備無人值守系統(tǒng)，輸煤皮帶智能巡檢機(jī)器人，入廠煤采制化智能系統(tǒng)的建立，在區(qū)域級、廠級、機(jī)組（車間）級和現(xiàn)場設(shè)備級基本實現(xiàn)了數(shù)字化監(jiān)測和管理，翻車機(jī)摘鉤、扶鉤機(jī)械裝置必將更加完善可靠，翻車機(jī)無人值守將是今后的研究發(fā)展方向。

6 結(jié)束語

作業(yè)自動化通過將自動化控制、全球定位系統(tǒng)技術(shù)、差分定位技術(shù)等先進(jìn)信息與自動化技術(shù)應(yīng)用于主要作業(yè)設(shè)備及程控系統(tǒng)中，構(gòu)建滿足接卸、存放、輸送各環(huán)節(jié)智能化作業(yè)要求。翻車自動扶鉤裝置設(shè)計簡便、通用、小巧，有效減少或避免人員操作過程中的人身安全問題，實現(xiàn)了本質(zhì)安全；可有效推進(jìn)電廠智能化建設(shè)、翻車機(jī)自動化運行水平及電廠管理水平。