斗輪堆取料機(jī)俯仰和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)調(diào)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(yè)技術(shù)發(fā)展取得了舉世矚目的成就，尤其是大型和超大型機(jī)械裝備制造業(yè)突出，已擁有產(chǎn)量、質(zhì)量和工期短的三重優(yōu)勢，憑借堅固可靠耐用的產(chǎn)品品質(zhì)和處處為客戶著想的售后服務(wù)品質(zhì)，迅速獲得了國際競爭力并大量占領(lǐng)國際制造業(yè)裝備出口市場份額。斗輪堆取料機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于干散貨碼頭的物料堆場的重型機(jī)械設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)堆料進(jìn)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(jī)為實(shí)例，重點(diǎn)分析俯仰和回轉(zhuǎn)兩大主機(jī)構(gòu)的調(diào)試過程。

1 俯仰和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的概述

在干散貨碼頭的生產(chǎn)過程中，需要先從船、火車、汽車上卸下原料，通過卸船機(jī)、翻車機(jī)等將物料從船、車上轉(zhuǎn)移到地面廊道皮帶輸送機(jī)，再通過轉(zhuǎn)運(yùn)站和其他皮帶機(jī)流程，轉(zhuǎn)移到斗輪堆取料機(jī)上，將物料堆放到堆場上，然后按照生產(chǎn)加工計劃，通過斗輪堆取料機(jī)從堆場上抓取物料，通過地面廊道流程轉(zhuǎn)移到裝船機(jī)、裝車機(jī)，裝船、裝車，或轉(zhuǎn)移到原料初加工車間，進(jìn)入生產(chǎn)步驟。要實(shí)現(xiàn)物料從地面廊道堆料到廊道左右兩側(cè)的堆場，或從堆場取料到廊道地面皮帶機(jī)上，主要是通過斗輪堆取料機(jī)上最主要的兩大動作機(jī)構(gòu)，即俯仰機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

2 斗輪堆取料機(jī)俯仰和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的主要工況

2.1 俯仰機(jī)構(gòu)

俯仰機(jī)構(gòu)是控制堆取料機(jī)前臂架上升下降到各種不同角度的機(jī)構(gòu)，目前最主流的機(jī)械結(jié)構(gòu)，是前臂架和后臂架通過鉸點(diǎn)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(tǒng)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(tǒng)，包括液壓系統(tǒng)，斗輪機(jī)構(gòu)，臂架皮帶機(jī)構(gòu)等等，后臂架上則安裝有配重塊，以實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

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

2.3 跨地面廊道保護(hù)功能及俯仰回轉(zhuǎn)之間互鎖保護(hù)

因為地面廊道和堆取料機(jī)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(jī)和軌道地基的，所以在俯仰機(jī)構(gòu)低于水平，前臂架角度處于負(fù)角度到一定程度時，回轉(zhuǎn)角度有限制范圍，以防止斗輪機(jī)構(gòu)或前臂架撞地面廊道皮帶機(jī)或軌道地基，或者回轉(zhuǎn)當(dāng)前角度前臂架在地面廊道或軌道地基正上方范圍內(nèi)，俯仰機(jī)構(gòu)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(jī)或軌道地基，這樣就形成了一個俯仰機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)之間互相連鎖的保護(hù)。一般常規(guī)的連鎖保護(hù)有，回轉(zhuǎn)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(jī)或軌道地基，防止后臂架和配重塊碰撞尾車。

3 俯仰和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)調(diào)試過程的分析

3.1 俯仰機(jī)構(gòu)的速度給定、動作反饋和連鎖功能

堆取料機(jī)總裝在未調(diào)試俯仰機(jī)構(gòu)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(tǒng)正式打壓力到油缸，按照油缸上壓力表讀數(shù)，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(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)，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(shí)現(xiàn)油缸的變速伸縮動作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)俯仰機(jī)構(gòu)變速上下運(yùn)行動作。在俯仰機(jī)構(gòu)調(diào)試之前，應(yīng)先對液壓系統(tǒng)、油缸及所有油路進(jìn)行電動沖洗過濾，然后更換新的液壓油，再對油缸進(jìn)行排氣，完成沖洗排氣后才能開始調(diào)試俯仰。調(diào)試俯仰機(jī)構(gòu)的時候，先查線對信號，確認(rèn)所有連鎖保護(hù)功能信號和程序?qū)?yīng)點(diǎn)位正確一致，并手動模擬各連鎖信號動作狀態(tài)，檢查確認(rèn)程序?qū)?yīng)點(diǎn)位變化正確一致，所有連鎖保護(hù)信號都正確后，點(diǎn)動試轉(zhuǎn)液壓油泵電機(jī)，修正電機(jī)轉(zhuǎn)向正確，試轉(zhuǎn)強(qiáng)制冷卻風(fēng)機(jī)，修正電機(jī)轉(zhuǎn)向，手動模擬溫度傳感器數(shù)值，從而模擬試驗冷卻風(fēng)機(jī)高溫自動啟動低溫自動停止的功能，再測試液壓系統(tǒng)加熱器功能正常，然后按順序強(qiáng)制吸合每個電磁閥，試驗電磁閥功能正常，帶調(diào)速比例閥的系統(tǒng)需要在程序軟件中強(qiáng)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(jī)構(gòu)，同時一邊觀察液壓油缸壓力表讀數(shù)，一邊給后臂架逐步安裝配重塊，通過壓力表讀數(shù)和換算計算，達(dá)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(tài)下保持不動，靜態(tài)觀察12～24h，驗證液壓系統(tǒng)和油缸的保壓狀況。在驗證保壓安全后，使用角度儀標(biāo)定俯仰絕對值編碼器角度位置，使PLC程序軟件內(nèi)角度值符合實(shí)際機(jī)械角度位置，一般以前臂架水平位置為俯仰0度標(biāo)準(zhǔn)位置，從0度向上仰為正角度，向下俯為負(fù)角度。然后按照機(jī)械結(jié)構(gòu)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(yīng)接近限位，上下停止極限是機(jī)械限位，然后在PLC程序中設(shè)置軟件停止位置，從而達(dá)到編碼器軟件停止和機(jī)械限位硬件停止雙重保護(hù)功能，然后在軟件中設(shè)置自動減速區(qū)域角度范圍，一般是在接近停止位置之前3度設(shè)置自動減速區(qū)域。最后由操作員在堆取料機(jī)司機(jī)室聯(lián)動臺操作俯仰機(jī)構(gòu)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(lǐng)和蕩絲電纜安全狀況。

3.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的速度給定、動作反饋和連鎖功能

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)變頻器，同時控制回轉(zhuǎn)高速制動器的電動打開關(guān)閉，變頻器按照方向命令和速度給定值控制電機(jī)轉(zhuǎn)向和速度，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)變速向左或向右旋轉(zhuǎn)。調(diào)試回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的時候，先要脫開電機(jī)和減速箱之間的聯(lián)軸節(jié)，設(shè)置變頻器的電機(jī)動態(tài)自整定參數(shù)，做完電機(jī)自整定后，設(shè)置變頻器的電機(jī)測速編碼器擴(kuò)展模塊參數(shù)，連接電機(jī)速度脈沖編碼器，然后修正電機(jī)轉(zhuǎn)向符合回轉(zhuǎn)實(shí)際轉(zhuǎn)向，然后修正編碼器檢測方向和電機(jī)轉(zhuǎn)向一致，完成電機(jī)閉環(huán)控制回路，如果是噸位比較大的堆取料機(jī)型，是雙變頻器或多變頻器，還要設(shè)置變頻器主從模式，連接主從通訊線，設(shè)置主變頻器和從變頻器參數(shù)。隨后測試回轉(zhuǎn)電機(jī)強(qiáng)制風(fēng)冷，修正風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向。

隨后測試回轉(zhuǎn)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(tài)下測試從司機(jī)室聯(lián)動臺主令手柄操作模擬回轉(zhuǎn)動作并測試變速，測試完空載狀態(tài)后，聯(lián)接電機(jī)和減速箱的聯(lián)軸節(jié)，帶回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動測試。隨后標(biāo)定回轉(zhuǎn)絕對值編碼器角度位置數(shù)值，使PLC程序軟件內(nèi)角度值符合實(shí)際機(jī)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(zhuǎn)0度標(biāo)準(zhǔn)位置，從0度以面向前臂架方向，向左旋轉(zhuǎn)為負(fù)角度，以面向前臂架方向，向右旋轉(zhuǎn)為正角度。然后按照機(jī)械結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)工作角度范圍，安裝回轉(zhuǎn)錨定限位，回轉(zhuǎn)左右減速、停止、極限限位，回轉(zhuǎn)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(jī)械限位，編碼器位置檢測限位是感應(yīng)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(zhuǎn)大赤圈連接，調(diào)凸輪限位時，需要注意凸輪片旋轉(zhuǎn)方向和回轉(zhuǎn)實(shí)際動作轉(zhuǎn)向符合一致，一般減速范圍設(shè)置5度，停止和極限之間相差1度，然后設(shè)置PLC程序內(nèi)軟件減速、停止、極限位置，達(dá)到軟硬件雙重連鎖保護(hù)功能。如果是雙變頻器或多變頻器，還需要測試應(yīng)急模式下切換缺某一變頻器狀態(tài)下慢速動作功能。最后在司機(jī)室聯(lián)動操作回轉(zhuǎn)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(lǐng)和蕩絲電纜安全性。

3.3 跨廊道保護(hù)俯仰回轉(zhuǎn)互鎖功能

在調(diào)試跨廊道保護(hù)功能之前，必須用角度儀或激光測距儀等標(biāo)尺工具，測量校準(zhǔn)俯仰和回轉(zhuǎn)絕對值編碼器的位置角度值，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)的測量，以及軟件程序中的計算換算的系數(shù)修正，達(dá)到程序內(nèi)計算所得角度位置和實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)角度位置完全一致，嚴(yán)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(yīng)接近限位，一般按照在回轉(zhuǎn)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(diǎn)到地面廊道皮帶機(jī)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(nèi)，俯仰跨廊道限位全都感應(yīng)到，保持有信號，除此之外的其他所有角度范圍，撫養(yǎng)跨廊道限位全都不能感應(yīng)到，保持無信號。然后開始調(diào)回轉(zhuǎn)左右跨廊道限位，一般使用凸輪限位，須要使用常閉點(diǎn)，需要注意的是，一般凸輪限位的凸輪片的寬度出廠都是標(biāo)準(zhǔn)寬度的，無法正好覆蓋回轉(zhuǎn)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(dá)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(cè)，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(zhǔn)，最常見的是回轉(zhuǎn)左側(cè)跨廊道限位需要覆蓋的角度是-16～1度，右側(cè)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(cè)面，所以兩側(cè)跨廊道范圍角度不對稱，右側(cè)會多幾度。

4 調(diào)試過程中可能出現(xiàn)的問題及一些解決思路

4.1 俯仰液壓系統(tǒng)故障

液壓系統(tǒng)故障，一般需要檢查液壓系統(tǒng)的安全連鎖，常見的低油位故障需要檢查油位標(biāo)尺，考慮補(bǔ)加液壓油，高油溫故障，需要檢查強(qiáng)制風(fēng)冷功能是否正常，電機(jī)熱保護(hù)故障，需要檢查電機(jī)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(tǒng)各節(jié)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(tài)是否正常。

4.2 回轉(zhuǎn)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(tài)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(tài)是否正常。變頻器故障一般需要調(diào)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(yīng)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(yīng)接近限位，一般在機(jī)構(gòu)掃過0度位置時掃過小感應(yīng)塊瞬間感應(yīng)一次，檢測程序中從編碼器所得位置數(shù)值和實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)位置之間的誤差，一般會設(shè)置誤差范圍，當(dāng)超過誤差范圍，就會報故障，連鎖機(jī)構(gòu)停止，如果發(fā)生這個故障，需要先檢查絕對值編碼器通訊聯(lián)接情況，再檢查編碼器和變速比齒輪之間聯(lián)軸節(jié)是否松動，或者重新標(biāo)定修正PLC程序里角度計算值。

5 結(jié)語

物料堆場上的物料輸送堆料進(jìn)場和取料出場流程是干散貨碼頭企業(yè)的經(jīng)營和產(chǎn)能核心，斗輪堆取料機(jī)是最常用的機(jī)型，俯仰和回轉(zhuǎn)兩大主要動作機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)堆料進(jìn)場和取料出場的關(guān)鍵，分析各機(jī)構(gòu)調(diào)試過程，不僅影響企業(yè)制定生產(chǎn)計劃關(guān)乎經(jīng)濟(jì)效益，也對研究和改進(jìn)制造業(yè)設(shè)計和制造，對產(chǎn)業(yè)升級的遠(yuǎn)程化數(shù)字化和自動化無人化研究設(shè)計改造，都有非常重要的參考和指導(dǎo)意義。只有在實(shí)際一線的工作中積累總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)和改良方法，才能不斷給制造業(yè)的設(shè)計制造和研發(fā)提供第一線數(shù)據(jù)、工況指導(dǎo)和參考。