垃圾抓斗橋式起重機自動運行系統(tǒng)研究與應用

林偉

摘要：隨著生產水平的進一步提高，傳統(tǒng)以人為主導的傳統(tǒng)工作模式正在向以數(shù)字化、創(chuàng)新化為主導的智能化生產模式轉換。節(jié)能公司在實施垃圾焚燒發(fā)電、污泥焚燒發(fā)電項目過程中，發(fā)現(xiàn)在污泥、垃圾裝卸領域，傳統(tǒng)工作模式通過司機在司機室就地操作完成，工作條件較為惡劣，存在勞動強度大、設備損耗風險高、自動化程度底和庫房管理落后等問題，對數(shù)字化自動運行系統(tǒng)的需求極為迫切。因此本文研究并開發(fā)一套滿足垃圾焚燒發(fā)電廠的垃圾吊抓斗行車高可靠性、高精度、低成本需求的自動化控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)垃圾抓取的自動化。系統(tǒng)投運后應可有效降低人力成本，提高設備運行可靠性和安全性，提升垃圾庫物料管理智能化水平。

關鍵詞：垃圾抓斗橋式起重機;自動運行系統(tǒng);PLC

1.研究背景

垃圾焚燒發(fā)電是作為“減量化、無害化、資源化”處置生活垃圾的最佳方式，《“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設施建設規(guī)劃》指出到 2020 年城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理能力要占總無害化處理能力的 50%以上。因此如何發(fā)展生活垃圾電站向數(shù)字化轉型升級、完善生活垃圾焚燒發(fā)電智能化技術體系是立足當前、兼顧長遠的一項重大舉措。

垃圾抓斗橋式起重機（以下簡稱垃圾吊）是生活垃圾焚燒廠垃圾供料系統(tǒng)的核心設備，一般采用雙梁抓斗橋吊，它由起升機構和大、小車運行機構等組成，使用六瓣雙繩抓斗，主要擔負焚燒爐/分選線進料斗的供料和坑內垃圾的搬運、混合和堆放等任務。垃圾吊工作條件十分惡劣，為多粉塵、高溫、高濕和高腐蝕性氣體環(huán)境。由于是依靠抓斗進行作業(yè)，屬重負荷型，故其工作級別很高，各機構電機均為短時重復工作制。

2.項目概況

項目垃圾庫配有 2 臺垃圾吊用于輔助垃圾供料系統(tǒng)，垃圾吊采用雙梁抓斗橋吊，由起升機構和大、小車運行機構等組成，主要擔負焚燒爐入料斗的供料和坑內垃圾、污泥的搬運、混合和堆放等任務。垃圾庫內工作條件惡劣，為高溫、高濕和高腐蝕性氣體環(huán)境。目前垃圾庫垃圾吊采用 4 班 3 倒工作制，每班 1 人，通過人工操作進行堆垛、倒垛和投料工作。人工控制垃圾吊運行屬于重復性高強度工作，行車需要司機憑借肉眼觀察行車的位置與垃圾的體積，無法做到十分精準的操作，且司機長時間工作容易造成疲勞，影響作業(yè)效率。因此急需開發(fā)一套滿足垃圾焚燒發(fā)電廠的垃圾吊抓斗行車高可靠性、高精度、低成本需求的自動化控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)垃圾抓取的自動化。系統(tǒng)投運后應可有效降低人力成本，提高設備運行可靠性和安全性，提升垃圾庫物料管理智能化水平。

3.垃圾抓斗橋式起重機自動運行系統(tǒng)的應用

3.1系統(tǒng)的實際應用

本項目性能試驗由國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學研究院組織在 2021 年1 月 15 日-25 日期間進行，以確認項目研究的關鍵技術成果實際投運情況和應用效果是否滿足科技項目研究要求。測試組分別測試了垃圾抓斗橋式起重機自動運行系統(tǒng)的人機交互功能、聯(lián)鎖保護功能、自動作業(yè)功能、多任務作業(yè)智能調度控制運行功能共 4 大項 27 小項的功能性測試，以及 4 項性能指標測試。

（1）系統(tǒng)自動投運時，72 小時連續(xù)作業(yè)無故障。在鍋爐滿負荷工況下，可以及時清理卸料門附近垃圾，焚燒投料口及時上料，不出現(xiàn)垃圾不足影響發(fā)電的情況。

（2）系統(tǒng)在自主運行的條件下，能夠對投料口垃圾料位高低進行實時準確檢測，當投料口料位不足時，系統(tǒng)能夠及時進行投料作業(yè)任務，通過統(tǒng)計自動投料垃圾記錄對于垃圾抓取的效率不低于當前人工抓取效率，滿足科技項目中對于對應性能指標的驗收要求。

（3）測試過程中由于垃圾庫中的垃圾沒有達到峰值體積，所以現(xiàn)場測試按照實際垃圾量做測試。抓斗未抓取前垃圾庫中垃圾的體積為 3847m3，抓斗第一次調整垃圾庫中垃圾分布后，測出體積為 3852m3，抓斗第二次調整垃圾庫中垃圾分布后，測出體積為 3863m3，體積測量精度偏差分別為 0.6%、0.3%，達到體積測量精度偏差不高于 5%的要求，滿足科技項目中對于對應性能指標的驗收要求。

3.2系統(tǒng)應用效果

（1）提高抓取動作的精準性：本系統(tǒng)安裝行車實時定位模塊傳感器，通過使用多組激光測距儀和反光板對大小行車進行高精度定位，同時通過編碼器和三維激光雷達抓手檢測融合，得到抓手實時準確的 3D 坐標，從而有效提高起重機大車、小車及垃圾抓斗的定位準確性。

（2）保證長時間穩(wěn)定的工作效率：本系統(tǒng)可實現(xiàn)高強度全自動運行，不僅避免了人工運行時長時間下疲勞對作業(yè)效率的不利影響，同時也避免了因疲勞引發(fā)的安全事故。

（3）實現(xiàn)均質給料：本系統(tǒng)通過在投料口上實現(xiàn)多點多次的撒料，實現(xiàn)垃圾的均質給料，極大保證了鍋爐進料的均勻性。

（4）避免盲區(qū)操作：本系統(tǒng)由于采用自動定位系統(tǒng)，因此不存在人員視覺角度盲區(qū)，可較為精準地掌握任一時刻起重機大車在軌道上的具體位置，避免了人工運行時因存在盲區(qū)造成大車或抓斗（搖擺時）撞到垃圾庫壁，或局部垃圾抓取不到位問題。

（5）緩解操作手柄故障：本系統(tǒng)采用硬接線與行車連接方式，系統(tǒng)通過硬接線信號控制行車運動，不需要對機械手柄進行操作，避免了因長時間使用造成手柄機械疲勞從而產生故障的情況。

4.結束語

綜上所述，本文研制了一種能夠滿足垃圾焚燒發(fā)電廠的高可靠性、高精度、低成本要求的垃圾抓斗橋式起重機自動運行系統(tǒng)，并對其的實際應用和應用效果作出了分析。該系統(tǒng)投入使用后，可以有效地減少人工費用，改善設備的安全和可靠性，并使倉庫的材料管理更加智能化。

參考文獻

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