谢皑

（湖南涟钢机电设备制造有限公司，湖南 娄底 417009）

0 引言

目前，国内外钢铁厂高炉铁水转运用的基本是内燃机车，因其快捷，运行范围大，高炉下对罐方便而应用广泛。但高炉下对罐、各出铁口的铁水集中牵引时机车的等待时间较长，燃油消耗多；等待过程中铁水热量大量散发，致使铁水温度降低不少，铁水温度达不到（或者损耗了）入转炉时的温度要求，延长了炼钢的冶炼时间；同时需要专人到出铁口下指挥机车对罐，人员的劳动强度及危险系数均比较大。为解决相关问题，提高公司产品的竞争力，以对位电力牵引车代替内燃机车对罐，逐渐在各钢厂开始使用。本文就本公司开发设计高炉铁水罐对位电力牵引车及优化的主要情况进行简单介绍。

1 初步设计开发及相应指标选用和优化

2016 年底，我公司受涟钢集团公司物管中心及有关部门的委托，根据涟钢各管理部门提供的技术参数并依据炼铁厂现场铁水罐测试的参数，参照湘钢、鞍钢铁水罐电力牵引车的情况，开始着手开发设计适用于本公司现场的铁水罐电力牵引车。

因我公司3 座高炉多个出铁口共23 条出铁轨道，若每条出铁轨道增设一台铁水罐电力牵引车的成本太大，电力牵引车产品使用率太低，故考虑每二条出铁轨道共用一台电力牵引车，电力牵引车的总使用数量将控制在12 台左右，电力牵引车在内燃机车的带动下应可以实现换道功能。

电源选用及对比：①蓄用池供电：供电稳定，机车运行平衡，维护方便，但使用的容量有限，蓄用池组贮存的电量也有限，难以满足电力牵引车较大容量电机较长时间的运行，故不在考虑之列；②直流供电：供电稳定，机车运行平衡，但运行维护难度较大，投资费用较大；③交流供电：供电方便，维护简单，投资费用少，但电源稍有波动，机车运行欠平衡。综合考虑交流直流供电，我们决定使用三相四线交流380V 电源供电。

启动、减速及调速。因测算后机车带的最大负荷达1800t，系统所需的启动力矩大，不能采用直接启动，而软启动器启动又不能进行调速，故采用变频器进行启动控制和调整速度。考虑到系统安全性和稳定性，机车运行的速度不宜过快，系统采用减速箱进行减速。

最终设计开发出简单的“一代”高炉铁水罐对位电力牵引车：车架利用物管中心的旧车架进行改造，考虑到电源的稳定性和使用方便性，我们选用三相四线交流380V 电源，电缆转筒供电；2 台55kW 变频器分别控制2 台45kW 驱动电机，减速箱降速。遥控器与机车车身二地操作。经过近半年的设计制作与现场使用，该对位电力牵引车牵引力基本达到了设计的要求，经测试最大值达到了2000t，但操作功能仅限前进、后退、停止。操作功能简单，性能不能满足现场需要，需进一步优化。

2 进一步设计及优化

（1）初步优化。根据现场需要，初步优化方面增加了操作台操作、一键对位功能。操作方面增加了操作台操作，由电缆转筒将控制部分的线路引入车头操作电源箱，然后将电缆铺设至高炉操作台，实现车体、遥控、操作台三地操作。由于考虑操作的安全可靠性，三地操作设定了优先等级：车身操作优先等级排第一，不需要操作时转换到优先等级排第二的操作台，而操作台不需要操作后转换到优先等级排第三的遥控器操作，每一步操作都环环相扣。同时为使操作台操作稳妥可靠，相应位置设置了监控器，使操作可视化，操作起来更加稳妥放心。由于铁水罐间每次移动的距离相同，我们便设计出只用按一个键启动电力牵引车，铁水罐自动前进或者后退一个铁水罐位置的一键对位功能，这大大节省了操作者的劳动强度和提高了操作的准确度。通过分析对比光电开关、限位开关及编码器，我们决定用编码器来测算铁水罐车移动的距离，由PLC 来进行控制电力牵引车，实现一键对位功能。通过设计制作与现场测试，一键对位功能性能虽然达到预期目标，但误差有点大，铁水罐间最大距离为1000mm，少数情况下会偏离至2000mm[1]。

（2）进一步优化精准一键对位。由于系统精准一键对位可以减少操作的次数，而定位的精程度又可以更准地测算出铁水的重量，从而优化经济指标。我们对位的精准度被要求从±800mm提高到±200mm。

为精准一键对位，我们经历了调整电机抱闸松紧、调整车厢挂钩尺寸、调整铁轨平整度、改用激光牌对位等，然而取得的效果非常有限，有的方案实施起来难度非常大。

笔者前期实践中运用的一键精准对位方法如下：①通过调整电机抱闸松紧调节一键对位精准度：因看到电力牵引车在停车后由于惯性仍然运行一段距离，笔者首先想到的是通过调整电机抱闸的松紧来控制电力牵引车停车后运行距离的长短，从而控制一键对位的精准度但经过反复将电机抱闸从紧逐渐调到松或者是从松逐渐调到紧，一键对位的精准度均不能出现正向或者负向变化，通过调整电机抱闸松紧调节一键对位精准的方法宣告失败；②通过调整车厢挂钩尺寸调节一键对位精准度，因看到车厢挂钩间联接时存在不少间隙，而这些间隙就是造成电力牵引车在停车后由于惯性互相碰撞，引发一键对位误差较大的直接原因之一，而车厢挂钩间间隙处理起来非常不容量，重新做挂钩成本太大，笔者尝试用物品填充挂钩间间隙，通过多次测试，电力牵引车后的反向拖拉带起的误差有所减小，但整体还远不够要求，误差仍有1000mm 左右；③通过调整铁轨平整度调节一键对位精准度，在运行的过程中，笔者发现铁轨平整度参差不齐，在电力牵引车即将停止而电机抱闸未抱紧时，整车会随着铁轨的不平整而向前或者向后滑行一段距离，而这段滑行距离也是误差不可忽视的存在，只是它不是引起误差的主要原因，会引起误差的叠加，考虑到平整铁轨难度太大却不能从从根本上解决误差，我们放弃了此调整铁轨平整度调节一键对位精准方法；④改用激光牌对位调节一键对位精准度，在电力牵引车的侧面每隔一个铁水罐的位置放置一块激光牌，当电力牵引车开至此位置时机车上的反光继电器动作，从而控制机车启停，经多次测试，此方法和编码器控制误差不多，且激光牌会受环境灰尘影响不灵或者失效，用激光牌对位调节一键对位精准失败。

在经历一系列的改变和尝试均未能调节一键对位精准度后，笔者重新调整了思路，进一步方案分析比较与运动分析，觉得精确对位的关键因素在于运动速度，停车时车的速度越慢，运动轨迹更可调，误差更小。于是我们仍用原来的编码器和PLC 测试反馈调整对位，笔者先将电力牵引车的启动和停止的速度进行了台阶调小，经多次测试后误差有一定的减小，车厢挂钩间的碰撞也明显减小，于是经过多次尝试，将电机进行的多台阶调速，启动时速度从零经几级进行加速，达到恒定速度，恒定速度运转一定的时间，电机再进行多台阶减速，直到减速到零。这样电力牵引车的起动、运行到停止，整个过程都比较平稳，于是一健对位精准度便奇迹般达到了现场的要求。一般的误差度在±100mm，经常出现近似零偏差，较好地实现了一键对位优化精准任务。

3 固化成熟

经过近三年时间的现场运行与整改，系统逐渐稳定，技术趋于成熟，同时，笔者还在以下方面进行了加强。

（1）为解决运行时因震动造成一、二次线震松的失灵故障，我们采取定检时将所有螺母全部紧一遍的方法，不断强化电气之间的接触。电气元件之间的联接部分，会随着电力牵引车运行，受到电磁震动的影响、车厢挂钩间的碰撞的影响和机车拖挂电力牵引车时碰撞的影响而松动，从而引起操作失灵，增加电力牵引车的故障率，我们在周检或月检时将其解决在萌芽状态。

（2）为解决操作台距离太远操作信号转弱问题我们将控制电缆尽量选择较大面积，控制电压用交流220V，电缆选用屏蔽电缆。操作台控制电压信号原来用的是直流24V 电压，信号常因减弱出现操作无任何反应的现象，考虑到传输距离有300m 以上，我们将控制电缆截面由1.5mm2改成2.5mm2，控制电压改到了交流220V，并且加了屏蔽层，这样线损大大减少，信号也稳定可靠，再未出现类似不能操作现象。

（3）为解决强弱电之间的干扰，笔者将相应元器件按强弱电分开布置，能不共管铺设的尽量不共管铺设，电缆加置屏蔽层。在操作系统没有反应的故障中，我们通过排查发现部分故障是由于强弱电之间的相互干扰产生的，在尽力将强弱电部分分开布置和处理后，相应故障同时得以处理，为此我们将后续生产的电力牵引车的电气部分全部重新进行布置和处理，强弱电部分分开布置和处理，后续生产的电力牵引车基本未出现因强弱电之间的干扰而产生故障。

（4）为解决元器件的经久耐用和可靠性问题，笔者将部分元器件选用国际一线品牌，另一些元器件国内一线品牌。元器件的品牌关系到元器件的质量稳定性和使用寿命，按钮、信号灯等曾用的是国产二线品牌，故障率很高，严重影响了生产，在改用国产一线品德或者进口一线品牌后故障率大大降低，变频器曾用一家国产二线品牌，电力牵引车启动困难抖动厉害，且运行过程伴随一定的抖动，变频器在更换成国产一线品牌后，故障现象消失，而核心器件PLC 和编码器则用国际一线品牌西门子，三大高炉大12 台电力牵引车运行多年，很少出现需要更换元器件情况。

（5）为解决电力牵引车运行过程的安全可靠性，笔者在前进与后退的极限限位设置了多重保护，确保电力牵引车运行不超相应位置。为防止电力牵引车后退过极限位置碰撞到防撞墙，我们设置了三重限位：①程序控制限位，到位后停车，仅现场手动操作才能继续后退；②机械限位，电力牵引车后退碰触后控制电源断电，变频器失电而停车；③极限机械限位，防止程序出现失误或输出接触器“粘死”而继续后退，触发后主电源断开，系统需要到现场将相关回路短接（控制柜设短接按钮）才能恢复。为防止电力牵引车前进过极限位置拉断电缆或者电力牵引车被钢水烧毁，笔者设置了三重限位：①装于电缆转筒处的机械限位，到位后触发运作电源断电面停车；②PLC 程序设置运行时间，超过时间自动停车；③编码器PLC 程序设置运行距离，到极限距离后自动停车。在多重保护下，没出现过电力牵引车超出前进后退极限限位的情况。

（6）规范操作，防止内燃机车拖拉电力牵引车时不正确操作损坏相应部件。相应操作人员应经培训合格后上岗；在内燃机车拖拉电力牵引车时防过度碰撞，防止未松抱闸拖电力牵引车，拖拉电力牵引车时不应超过相应的速度，防止损坏减速箱，拖拉电力牵引车完毕应及时恢复抱闸并及时脱钩。

4 结语

随着高炉铁水罐对位电力牵引车在多家公司的良好应用，经济效益已明显显现，已有多家单位技术及管理人员向我公司详细咨询并到现场进行参观考察学习。同时也有多家单位开始着手改变原来的系统，用对位电力牵引车代替内燃机车对罐，邀约我公司参与招标投标。电力牵引车代替内燃机车对罐将得以在各大钢厂推广使用。