蔡菁跻

（上海振华重工股份有限公司，上海 200125）

近年来，我国的制造业技术发展取得了举世瞩目的成就，尤其是大型和超大型机械装备制造业突出，已拥有产量、质量和工期短的三重优势，凭借坚固可靠耐用的产品品质和处处为客户着想的售后服务品质，迅速获得了国际竞争力并大量占领国际制造业装备出口市场份额。斗轮堆取料机是一种广泛应用于干散货码头的物料堆场的重型机械设备，可实现堆料进场流程和取料出场流程两大功能。本文将以干散货码头最常见的斗轮堆取料机为实例，重点分析俯仰和回转两大主机构的调试过程。

1 俯仰和回转机构的概述

在干散货码头的生产过程中，需要先从船、火车、汽车上卸下原料，通过卸船机、翻车机等将物料从船、车上转移到地面廊道皮带输送机，再通过转运站和其他皮带机流程，转移到斗轮堆取料机上，将物料堆放到堆场上，然后按照生产加工计划，通过斗轮堆取料机从堆场上抓取物料，通过地面廊道流程转移到装船机、装车机，装船、装车，或转移到原料初加工车间，进入生产步骤。要实现物料从地面廊道堆料到廊道左右两侧的堆场，或从堆场取料到廊道地面皮带机上，主要是通过斗轮堆取料机上最主要的两大动作机构，即俯仰机构和回转机构。

2 斗轮堆取料机俯仰和回转机构的主要工况

2.1 俯仰机构

俯仰机构是控制堆取料机前臂架上升下降到各种不同角度的机构，目前最主流的机械结构，是前臂架和后臂架通过铰点连接中间立柱，然后通过三角架及连杆和撑杆等连接前后臂架，前臂架下部通过两个可伸缩的液压油缸连接立柱底部，通过液压站系统控制油缸伸缩，从而控制前臂架和后臂架的上仰和下俯动作，前臂架上安装有物料输送系统，包括液压系统，斗轮机构，臂架皮带机构等等，后臂架上则安装有配重块，以实现前后臂架重量接近平衡，液压油缸只需要较小的力就可以控制臂架动作，油缸伸出，则前臂架上仰后，臂架同时下俯，油缸缩回，则前臂架下俯，同时后臂架上仰。

2.2 回转机构

回转机构是控制堆取料机上半部分旋转的机构，目前最主流的机械结构，下部是门座架，门座架以下连接大车行走机构，门座架以上安装回转大轴承和大齿圈，大齿圈上安装立柱和回转平台，上电气房在回转平台上，前后臂架以及俯仰机构都安装在立柱上。通过回转减速箱和连接大齿圈的齿轮，回转电机得以驱动整个堆取料机上半部分，包括立柱、臂架俯仰机构和物料输送机构及回转平台和上电气房一起在水平方向上左右旋转。

2.3 跨地面廊道保护功能及俯仰回转之间互锁保护

因为地面廊道和堆取料机轨道地基是高于左右两边堆场的，而前臂架下俯最低是低于地面廊道皮带机和轨道地基的，所以在俯仰机构低于水平，前臂架角度处于负角度到一定程度时，回转角度有限制范围，以防止斗轮机构或前臂架撞地面廊道皮带机或轨道地基，或者回转当前角度前臂架在地面廊道或轨道地基正上方范围内，俯仰机构前臂架下俯有限制范围，以防止斗轮或前臂架撞上地面廊道皮带机或轨道地基，这样就形成了一个俯仰机构和回转机构之间互相连锁的保护。一般常规的连锁保护有，回转左右跨廊道限位和俯仰跨廊道限位，可以防止斗轮和前臂架碰撞地面廊道皮带机或轨道地基，防止后臂架和配重块碰撞尾车。

3 俯仰和回转机构调试过程的分析

3.1 俯仰机构的速度给定、动作反馈和连锁功能

堆取料机总装在未调试俯仰机构之前，后臂架是先不上配重块的，前臂架是支撑在地面托架上的，需要等液压系统正式打压力到油缸，按照油缸上压力表读数，逐步加后臂架配重块，同时油缸逐步加压力，前臂架逐步慢速上仰脱离地面托架。俯仰机构液压系统，通过主令手柄加格雷码编码器的组合来控制速度给定值，然后按照收到的给定速度控制上下电磁阀，并同时控制比例阀的输出流量的比例，从而实现油缸的变速伸缩动作，进而实现俯仰机构变速上下运行动作。在俯仰机构调试之前，应先对液压系统、油缸及所有油路进行电动冲洗过滤，然后更换新的液压油，再对油缸进行排气，完成冲洗排气后才能开始调试俯仰。调试俯仰机构的时候，先查线对信号，确认所有连锁保护功能信号和程序对应点位正确一致，并手动模拟各连锁信号动作状态，检查确认程序对应点位变化正确一致，所有连锁保护信号都正确后，点动试转液压油泵电机，修正电机转向正确，试转强制冷却风机，修正电机转向，手动模拟温度传感器数值，从而模拟试验冷却风机高温自动启动低温自动停止的功能，再测试液压系统加热器功能正常，然后按顺序强制吸合每个电磁阀，试验电磁阀功能正常，带调速比例阀的系统需要在程序软件中强制给定模拟量试验比例阀功能正常。然后使用主令手柄控制俯仰机构，同时一边观察液压油缸压力表读数，一边给后臂架逐步安装配重块，通过压力表读数和换算计算，达到前后臂架重量接近，前臂架少量离开地面托架悬空，在此状态下保持不动，静态观察12～24h，验证液压系统和油缸的保压状况。在验证保压安全后，使用角度仪标定俯仰绝对值编码器角度位置，使PLC程序软件内角度值符合实际机械角度位置，一般以前臂架水平位置为俯仰0度标准位置，从0度向上仰为正角度，向下俯为负角度。然后按照机械结构的俯仰工作范围角度，安装上下停止限位和极限限位，俯仰编码器位置检测限位。一般比较常用的是编码器位置检测限位是感应接近限位，上下停止极限是机械限位，然后在PLC程序中设置软件停止位置，从而达到编码器软件停止和机械限位硬件停止双重保护功能，然后在软件中设置自动减速区域角度范围，一般是在接近停止位置之前3度设置自动减速区域。最后由操作员在堆取料机司机室联动台操作俯仰机构做全程动作，验证自动减速自动停止各功能正常，并检查拖领和荡丝电缆安全状况。

3.2 回转机构的速度给定、动作反馈和连锁功能

回转机构是由主令手柄和格雷码编码器的组合来控制速度给定值，程序软件接收到手柄速度给定后通过换算计算后将得出的向左或向右命令以及速度给定值传输给回转变频器，同时控制回转高速制动器的电动打开关闭，变频器按照方向命令和速度给定值控制电机转向和速度，实现回转机构变速向左或向右旋转。调试回转机构的时候，先要脱开电机和减速箱之间的联轴节，设置变频器的电机动态自整定参数，做完电机自整定后，设置变频器的电机测速编码器扩展模块参数，连接电机速度脉冲编码器，然后修正电机转向符合回转实际转向，然后修正编码器检测方向和电机转向一致，完成电机闭环控制回路，如果是吨位比较大的堆取料机型，是双变频器或多变频器，还要设置变频器主从模式，连接主从通讯线，设置主变频器和从变频器参数。随后测试回转电机强制风冷，修正风机转向。

随后测试回转制动器电动打开，检测电动打开检测限位反馈信号，然后在空载状态下测试从司机室联动台主令手柄操作模拟回转动作并测试变速，测试完空载状态后，联接电机和减速箱的联轴节，带回转机构转动测试。随后标定回转绝对值编码器角度位置数值，使PLC程序软件内角度值符合实际机械角度位置，一般以前臂架顺着门座架大车向前方向与地面轨道平行为回转0度标准位置，从0度以面向前臂架方向，向左旋转为负角度，以面向前臂架方向，向右旋转为正角度。然后按照机械结构的回转工作角度范围，安装回转锚定限位，回转左右减速、停止、极限限位，回转编码器位置检测限位。一般比较常用的是锚定安全限位是机械限位，编码器位置检测限位是感应接近限位，减速、停止、极限限位使用凸轮限位，通过变比齿轮和回转大赤圈连接，调凸轮限位时，需要注意凸轮片旋转方向和回转实际动作转向符合一致，一般减速范围设置5度，停止和极限之间相差1度，然后设置PLC程序内软件减速、停止、极限位置，达到软硬件双重连锁保护功能。如果是双变频器或多变频器，还需要测试应急模式下切换缺某一变频器状态下慢速动作功能。最后在司机室联动操作回转全速全程动作，验证所有自动减速停止功能，并检查所有拖领和荡丝电缆安全性。

3.3 跨廊道保护俯仰回转互锁功能

在调试跨廊道保护功能之前，必须用角度仪或激光测距仪等标尺工具，测量校准俯仰和回转绝对值编码器的位置角度值，通过机械结构的测量，以及软件程序中的计算换算的系数修正，达到程序内计算所得角度位置和实际机械结构角度位置完全一致，严格验证软硬件角度位置一致性。随后安装俯仰跨廊道限位，一般使用常开型号的感应接近限位，一般按照在回转在0度位置下，上仰时后臂架配重块到尾车之间有足够安全距离不碰撞，下俯时斗轮最低点到地面廊道皮带机有足够安全距离不碰撞，最常见的是按照从-1～7度，按照俯仰在这个角度范围内，俯仰跨廊道限位全都感应到，保持有信号，除此之外的其他所有角度范围，抚养跨廊道限位全都不能感应到，保持无信号。然后开始调回转左右跨廊道限位，一般使用凸轮限位，须要使用常闭点，需要注意的是，一般凸轮限位的凸轮片的宽度出厂都是标准宽度的，无法正好覆盖回转左右跨廊道所需要的角度范围，所以往往需要用锉刀修正凸轮片的宽度，以达到符合所需要的覆盖角度范围，一般以前臂架最前端以及斗轮最外侧，在俯仰下俯到最下位置下，离地面廊道和轨道地基足够安全距离不碰撞为准，最常见的是回转左侧跨廊道限位需要覆盖的角度是-16～1度，右侧跨廊道限位覆盖范围-1～19度，一般斗轮安装在前臂架最前端左侧面，所以两侧跨廊道范围角度不对称，右侧会多几度。

4 调试过程中可能出现的问题及一些解决思路

4.1 俯仰液压系统故障

液压系统故障，一般需要检查液压系统的安全连锁，常见的低油位故障需要检查油位标尺，考虑补加液压油，高油温故障，需要检查强制风冷功能是否正常，电机热保护故障，需要检查电机绝缘性能，过滤堵塞故障，需要更换过滤器滤芯，油缸压力故障，需要检查液压系统各节电压力值，检查油路密闭性能，检查各液压元器件密封圈是否渗漏需要更换。如果是遇到无任何故障而俯仰无动作，则需要检查电磁阀和比例阀的输入输出状态是否正常。

4.2 回转制动器故障或变频器故障

制动器故障一般需要检查制动器电动打开检测限位信号是否正常，检测制动器磨损检测限位状态并检查摩擦片是否磨损，检查制动器对中、间隙、力矩值等状态是否正常。变频器故障一般需要调处故障记录，按照故障代码，查变频器手册，找到故障代码对应的故障说明，按照手册说明来排查故障原因并处理。

4.3 编码器位置检测故障

绝对值编码器位置检测限位，一般使用感应接近限位，一般在机构扫过0度位置时扫过小感应块瞬间感应一次，检测程序中从编码器所得位置数值和实际机械结构位置之间的误差，一般会设置误差范围，当超过误差范围，就会报故障，连锁机构停止，如果发生这个故障，需要先检查绝对值编码器通讯联接情况，再检查编码器和变速比齿轮之间联轴节是否松动，或者重新标定修正PLC程序里角度计算值。

5 结语

物料堆场上的物料输送堆料进场和取料出场流程是干散货码头企业的经营和产能核心，斗轮堆取料机是最常用的机型，俯仰和回转两大主要动作机构是实现堆料进场和取料出场的关键，分析各机构调试过程，不仅影响企业制定生产计划关乎经济效益，也对研究和改进制造业设计和制造，对产业升级的远程化数字化和自动化无人化研究设计改造，都有非常重要的参考和指导意义。只有在实际一线的工作中积累总结经验教训和改良方法，才能不断给制造业的设计制造和研发提供第一线数据、工况指导和参考。