刘立坤
秦皇岛港股份有限公司 河北秦皇岛 066000
摘要：安全生产是我们国家的一项重要政策，也是社会、企业管理的重要内容之一。秦皇岛港股份有限公司作为重要的煤炭转运枢纽，大型设备众多，危险点复杂，这就需要我们采取有效的安全保护措施，保证设备安全运行。悬臂式斗轮取料机是秦皇岛港煤炭运输设备中重要的取料设备，其在取料作业时司机通过操控大机臂架反复回转进行扇形取料。这种作业模式下，由于受料堆垛型和垛距的限制，取料机臂架与料堆是存在碰撞风险的。为了避免发生此类机损事故，就需要有妥善的臂架防碰系统对臂架进行保护。本文对悬臂式斗轮取料机臂架防碰料堆系统进行了探索设计，并进行了广泛的使用，实践证明保护效果良好。
关键词：悬臂式；斗轮取料机；臂架防碰料堆系统；悬吊钢丝绳
1臂架防碰料堆系统探索设计的必要性
取料机臂架碰撞检测系统通常由安装于臂架两侧下沿的防碰拉线绳、拉线绳支架和保护限位开关组成，使用拉线开关作为该保护装置的检测元件。拉线开关动作范围较小，当臂架将要与煤垛发生接触时，虽然可以立刻检测到碰撞信号，令取料机停止动作，但由于取料机大臂旋转有一定的惯性，碰撞经常造成拉线绳被拉断或拉线绳支架变形。原有保护形式虽然能够使取料机臂架免于碰撞发生损坏，但却难以“自保”。防碰装置一旦在作业过程中发生损坏，维修工作会耗费大量的人力、物力和财力。且修复前的这段时间，取料机臂架是缺乏保护的。再者，原有保护形式在检测到碰撞时，还需要司机到臂架尾部对拉线开关进行手动复位。基于以上原因，笔者针对悬臂式斗轮取料机的臂架防碰料堆系统进行了重新设计和改造。
2悬臂式斗轮取料机臂架防碰料堆系统设计
2.1原有检测形式
原取料机臂架碰撞检测系统主要由负责检测故障的拉线开关以及连接拉线开关的碰撞拉绳和支撑碰撞拉绳的支架三部分组成，通常在生产作业中会出现以下两个问题：
（1）在出现臂架碰撞故障之后必需由司机到大臂上手动复位故障才能消除。
（2）碰撞经常造成拉线绳被拉断或拉线绳支架变形导致检测系统无法使用。
2.2设计思路及方案比选
围绕以上问题，我们广泛查阅资料，研究解决方案，最初拟定了三种方案供比较、选择：
方案一：支架悬吊倾侧开关的保护形式。该种保护形式通过取料机臂架外支架悬吊倾侧开关的方式来实现保护。当倾侧开关触碰料堆发生倾斜时，令取料机停止回转动作进行保护。
方案二：无线传感器形式。采用超声波、红外线或激光等形式检测臂架与料堆的距离，使臂架始终与料堆保持安全距离。
方案三：悬吊钢丝绳+配重滑轮形式。
方案比较：方案一的悬吊倾侧开关形式虽然能够避免原系统中机构损坏的情况，但倾侧开关只能进行“点”检测，无法对整个臂架进行保护。另外，悬吊式倾侧开关更适用于长时间静止的大机机构，对于需要往复旋转动作的取料机并不适用；方案二的无线传感器形式一来也是“点”检测，另外煤尘容易覆盖传感器产生误动作，且雨雪天气也会使装置产生误判。通过比较最终我们选择了方案三。通过悬吊钢丝绳对碰撞进行“线” 检测，配重滑轮的使用又便于保护动作行程的调整及系统的自复位设计。
2.3具体实施方案
2.3.1基于防碰拉绳、配重滑轮及电磁式接近开关的检测机构
方案中取料机臂架碰料堆检测由安装于距离臂架两侧1.5米左右的防碰拉绳进行。防碰拉绳的一端固定在臂架头部，另一端在臂架尾部经由定滑轮变向固定在配重上。防碰拉绳几乎覆盖整个臂架的两侧，对其进行防碰料堆检测。
本方案中，检测装置由电磁式接近开关代替原有拉线开关。电磁式接近开关固定于臂架尾部，通过检测固定于防碰拉绳上的挡铁块来判断碰撞的发生。
当防碰拉绳触碰到料堆时，拉绳的可动端发生位移，当防碰拉绳上的挡铁块离开接近开关的检测范围，则认为臂架将要发生碰撞，进而进行保护停机及相应的报警。
配重滑轮的使用，可使防碰检测拉绳的允许位移量成倍增加，避免了由于行程过短造成的拉绳损坏。另外此种检测方式可以通过调整配重重量来改变防碰拉绳的张紧度进而改变系统检测的灵敏度。
图1 悬吊式检测支架 图2 滑轮配重机构
2.3.2悬吊式拉绳固定机构
本系统中由于臂架碰撞检测拉绳长度过长，受重力的影响会产生一定的垂弧。而过大的垂弧存在显然会影响保护装置的检测精度。因此，需要在防碰拉绳中间设置一定数量的牵引支撑用来减小垂弧。
原有系统中的支撑机构为焊接于悬臂下沿的支架，防碰拉绳直接穿过支架头部的圆环。然而在实际使用过程中，常常会因为支架直接触碰料堆而造成支架的变形及损坏。
通过简单分析可以得知，料堆的侧面是个斜面，若无碰撞检测机构时，臂架与料堆最先接触的必定是臂架的下沿，上沿几乎触碰不到。因此，我们将防碰支架安装于臂架的上沿，并通过吊绳来对防碰检测拉绳进行悬吊。这样的检测方式可将原有的硬碰撞形式转变为软性碰撞，避免了碰撞对防碰机构本身的损坏，同时较以往支架式更加灵敏，动作更加灵活，动作范围更大。
2.3.3保护及自复位设计
将左右两侧臂架碰撞检测信号输入进单机主控PLC，参与取料机动作控制，当某一侧碰撞检测开关动作时，控制程序会根据信号返回情况，限制取料机悬臂的左右旋转和上下俯仰的动作，以达到防止臂架碰撞煤垛的目的。而且由于配重的自身重力作用，碰撞检测故障发生后，大臂反方向做旋转（开关动作只限制该方向的旋转）即可自动复位。
3本项目的主要技术创新点
3.1灵活的臂架防碰检测形式
防碰拉绳与配重滑轮配合使用，既保证了足够的检测范围，同时能够有效的避免由于行程有限造成的防碰拉绳损坏；另外非接触式接近开关的使用也有效避免了保护开关对检测范围的局限性问题。该检测形式结构简单，成本低廉，易于维护和维修，较以往支架式更加灵敏，动作更灵活。
3.2巧妙的悬吊式拉绳固定机构
防碰拉绳的固定方式由支架支撑式改为吊绳悬吊式，有效的避免了碰撞支架与料堆的碰撞，减少了防碰检测机构自身的损坏频次。
3.3精细化的保护及自复位设计
当系统检测到碰撞发生时，只限制取料机臂架向料堆方向的旋转动作及下俯动作。因此碰撞保护生效时，系统是允许大机向远离料堆的方向做动作的。且当臂架离开料堆方向后，由于配重的重力作用，防碰检测机构能够自行进行复位。
4结语
该项目符合企业生产和安全形势要求，使设备保护装置更加完善，增强了设备安全运行能力，保证生产的安全稳定运行。而且，经过在生产作业中的实际应用以及我们对有可能出现的问题进行的多次的有针对性的碰撞试验证明了此次改造的稳定性和实用性，具有一定的推广价值。
参考文献：
[1]刘勤国.斗轮堆取料机使用、维护与检修.化学工业出版社.2010.
[2]何路茵.臂式斗轮堆取料机取料过程分析 [J].机械研究与应用，2009.
[3]唐堂.悬臂式斗轮取料机的取料探讨 [J].中国新技术新产品，2014.
论文作者:刘立坤
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/20
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