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技术资讯散料装卸机械信息专集技术中心办信息室 2008年8月目 录斗轮堆取料机的现状及技术发展趋势 1翻车机卸车系统的现状及发展 8翻车机卸车系统发展方向的探讨 15斗轮堆取料机设计制造使用常见问题综述20悬臂式堆取料机无人化简介 22料场无人化系统的研究与应用 30堆取料机回转驱动系统分析与计算 34臂式斗轮堆取料机俯仰液压系统分析 37Creator在堆取料机三维建模中的关键技术与应用 39基于Inventor的轨行式悬臂斗轮堆取料机的设计 43世界首台全自动散货装卸船机在沪研制成功 46Siwertell散料机械连续式卸船机高效装卸货物 46上海振华港口机械(集团)公司(ZPMC) 散货机械公司简介 48ZPMC散货装卸机械的发展与技术进步 49堆取料机与翻车机专利信息 51技术资讯 斗轮堆取料机的现状及技术发展趋势斗轮堆取料机作为一种高效、连续的散装物料装卸运输机械已经越来越广泛的应用到港口、电厂、钢厂、矿山等行业。在国外，从上世纪四五十年代开始使用斗轮堆取料机作为料场的散装物料装卸机械。它是从应用于矿山的斗轮挖掘机演变过来。最初的散货料场大多数使用的是抓斗装卸桥。在我国，使用装卸桥的时间从上世纪二三十年代到九十年代中期的前后。使用装卸桥的主要企业是钢厂和电厂。在使用抓斗装卸桥时由于其工作过程是各个机构不是连续工作，其设备效率比较低。使用斗轮堆取料机以后其设备的效率大大提高，并且设备的能源消耗也大大降低。我国从六十年代中期开始研发斗轮堆取料机，国内最早的设备为 KL-1型斗轮堆取料机和30.25型斗轮堆取料机。KL-1型斗轮堆取料机由国内设计制造，取料能力1250吨/时，堆料能力为2000吨/时，回转半径 30米。30.25型斗轮堆取料机，国内设计制造，取料能力为300吨/时，堆料能力为600吨/时，回转半径 25米。国内斗轮堆取料机产业发展到现在经过了四十多年的历史，国内产品的设计水平和制造水平有了长足的进步和提高。尤其是上世纪八十年代计算机技术的应用和有限元计算的应用使得设计的手段得到了提高。从1981年-1982年国内最早引进的项目宝山钢铁公司一期原料场三井三池设备堆料机、取料机、堆取料机、混匀堆料机和混匀取料机和宁波北仑港日立斗轮堆取料机产品开始到现在已经有几十次的产品进口、技术引进、合作制造，其中包括德国、法国、日本、美国、意大利、奥地利等国的公司的产品。这些项目的实施对国内制造商提高产品的设计水平和制造质量起到了极大的推动和促进作用。从上世纪八十年到二十一世纪初期，通过消化吸收、技术引进，我国的斗轮堆取料机设计制造技术发生了巨大的变化。通过技术创新制造出了一些性能十分优良的产品满足了国内和国外用户对产品性能和质量要求的斗轮堆取料机。据DRY CARGO杂志报道2007年1月中国铁矿石进口量增长了25%，达到3522万吨，铁矿石运量占全球散货运输总量的25%。在中国，煤炭的运输量在世界上也占有重要的地位。在中国北方，每年有几亿吨的煤炭被装船运往中国南方和出口到其它国家。由此可见，中国散货装卸物流系统的能力在不断地扩大，中国斗轮堆取料机的应用数量也在不断的增加。并且也带动着世界上的斗轮堆取料机应用数量的增加。澳大利亚、巴西、印度、南非等国的大量矿石出口到中国也促进了这些国家不断地增加斗轮堆取料机的使用数量。1.斗轮堆取料机的现状近五年，国内斗轮堆取料机的发展十分迅速，尤其受国民经济固定资产投资加速的影响，国内的需求量增长比较大，主要表现在港口、电厂、钢铁企业的煤炭和铁矿石的料场增长迅速。能源、原材料工业的发展给堆取料机产业的发展创造了十分良好的市场环境。由于市场需求与日俱增，也激发了国内制造企业对斗轮堆取料机研发和创新的信心。特别是一些大型堆取料机的研发提高了国内企业自行设计制造大型设备的能力。国内斗轮堆取料机不论在产量上还是在质量上都有非常大的提高。这五年里新增斗轮堆取料机的总和几乎达到五年前所制造的所有斗轮堆取料机设备数量的总和。1.1斗轮堆取料机的堆料和取料能力普遍提高在港口方面由于运输散货的船只的载货量越来越大。在港口方面为使用大载货量的船只，所使用的斗轮取料机由过去的1500-3000吨/时发展到现在的3000-6700吨/时，堆料机的堆料能力也达到4000-8500吨/时。除个别的小型卸船码头外，港口方面基本上不再使用小能力的堆取料机。在电厂方面，小型发电机组也逐渐的被大型发电机组替代，基本上新上的发电机组的装机容量国家已有规定，从节能减排、环境保护的角度出发，过小的发电机组电厂不允许建设，相应的大型发电机组每天所需要的煤炭的数量也要增加。所以，电厂的斗轮堆取料机的能力现在基本上是不小于1000吨/时的设备。在冶金行业，炼铁高炉也逐渐变大，同样，由于炼铁能力的增加使得烧结设备的能力增加。在钢铁厂除二次混匀料场有使用比较小堆取能力的设备外。大多数设备的堆、取料能力也都在1000吨/时以上。1.2中小型堆取料机逐渐转变为以整体俯仰形式为主臂式中小型斗轮堆取料机形式由过去的以连杆和钢丝绳卷扬驱动的非整体俯仰形式改变成以整体俯仰式液压驱动的形式，这样，在悬臂皮带机回转中心处可以随着俯仰系统同时俯仰，悬臂皮带在俯仰过程中不存在因俯仰产生的皮带机长度方向的弯折。这些变化也和引进技术和采用进口液压元件提高液压系统的可靠性有关。并逐渐的被大多数用户所接受。 整体俯仰式堆取料机 非整体俯仰式堆取料机1.3产品的主要配套件由进口产品和国产产品组成 在配套件的选型方面，一些用户根据资金的情况来选择设备的配置，在电动机、减速机、电缆卷筒、回转支承大轴承等方面，资金相对宽裕的用户选择进口产品，资金不是太充裕的用户选择国产产品。近年来，国内在电缆卷筒、减速机、电动机等配套产品的质量上比十几年前在质量上有较大的提高。其中的国内合资公司的产品也成为国内用户和制造厂家的主要选择产品。1.4电气驱动与控制系统中已经普遍采用PLC可编程控制器和变频器调速 目前，斗轮堆取料机控制系统几乎全都采用PLC可编程序控制器作为产品的控制单元。在回转驱动、大车走行驱动的电气系统中已经普遍使用变频器和变频电机作为调速控制系统。变频器变频电机的使用使设备的调速系统更加的可靠。大车走行装置和回转装置的调速性能的改善使得设备运行更加的平稳。1.5产品设计和制造质量现状斗轮堆取料机行业的整体上，在设备的设计和制造质量与五、六年前相比较有一定的提高。但产品的设计和制造的细节需要进行大量的改进。尤其在产品的结构设计，机构设计的细节上的处理与国外先进公司的产品尚存在比较大的差距。提高产品细节方面的设计和制造方面的质量与水平是国内产品制造商需要迫切解决的问题。部分新制造的产品仍存在采用机构与结构相对陈旧的设备。在机构方面，产品的设计中规范化的工作需要进一步的加强。结构上存在着部分设备相对自重偏大的情况。同时，也存在设备重量过轻而导致其刚度和强度不足的问题。电气与控制系统的产品的硬件与国外公司的产品基本上没有太多的区别，而在PLC软件设计上存在一定的差距。这些差距其中也包括产品设计的可靠性，PLC程序编制的规范性，一次仪表的设计和选型的可靠性等方面。在液压设计和制造方面，一些产品的系统设计原理不够完善和合理。液压站、液压管路的制造和安装质量还有待进一步提高。上述问题归根结底还是需要在设计和制造的细节工作需要加强。国外部分公司的产品的设计质量目前看来也存在着一定的变化，主要表现在有的公司的设计质量和设计水平不高，一些机构和机构的应用不够合理，导致产品的修改量加大等，总体上看产品存在的问题有些偏多，这和国外产业变化和产业转移等因素有关。1.6国内用户所使用的堆取料机以国内企业自主设计制造的产品为主 国内市场上的产品除少数用户或者大型设备的用户使用由国外设计，国内制造的产品外，大多数用户采用国内企业自主设计制造的产品。近年来在斗轮堆取料机行业基本上没有进口的产品。其根本的原因是直接进口或者由国外总承包的产品的价格远高于国内自主设计制造的产品。在大型或特大型产品方面国内也基本上能够自主设计产品并满足国内用户的要求。如大连港矿石码头二期工程堆取料机、营口港矿石码头工程堆取料机、曹妃甸港工程的堆取料机、秦皇岛港的四期预留取料机、四期扩容的堆料机和取料机、以及五期工程取料机等项目都采用国内自主设计制造的产品。2斗轮堆取料机的发展趋势 斗轮堆取料机的发展是向着大型化、自动化的方向发展。并且随着产品设计和制造质量的提高也逐渐的走向世界。2.1设备能力向大型化方向发展斗轮堆取料机走向大型化对各个行业来讲都是如此，尤其是港口使用的斗轮堆取料机。由于承载船只的装载能力的不断的扩大，并出现了20-30万吨的特大型散货船，为提高装船和卸船的速度，就需要更大能力的堆取料机。目前，国内的最大堆取料机的堆料能力达到8500吨/时，取料能力达到6700吨/时。国外堆取料能力达到取料12500吨/时，堆料能力达到10000吨/时。2006年大连重工起重集团有限公司与澳大利亚克虏伯公司合作制造了12500吨/时的斗轮取料机和10000吨/时堆料机。国内特大型堆取料机设备主要应用在北方的煤炭装船港口，如秦皇岛港、天津港、黄骅港、京唐港、曹妃甸港。其中大连重工起重集团有限公司于2005年为秦皇岛港自行设计制造了6000吨回转半径为55米的目前国内自行设计最大的斗轮取料机，为鞍本项目设计的8500吨/时堆料机是目前国内自主设计制造的最大的堆料机。而国外的特大型设备主要应用在澳大利亚的煤炭港口、铁矿石港口。巴西的铁矿石港口。在巴西，为提高出口铁矿石的附加值，部分港口的铁矿石在经过均化后出口，所以，在港口也有使用特大型5000吨/时滚筒混匀取料机的情况。国内的电厂、钢厂所使用的斗轮堆取料机的能力也在逐渐的变大。电厂所用的主流斗轮堆取料机由于卸车或者卸船能力的增加和每天需要煤炭的增加正在开始向着1500-2000吨/时的能力过渡。钢厂烧结和炼铁能力的增加主流斗轮堆取料机也在向着1500-2000吨/时过渡。2.2.设备选型更加多样化和环保化过去，电厂或钢厂的一次料场大多数选择臂式斗轮堆取料机作为散货装卸机械的主要设备,而现在，为了实现设备和系统更加的环保，一些电厂或钢厂直接选用刮板取料机替代斗轮取料机。使得设备直接安装到长条形或圆形大棚里，减少了粉尘对环境的污染。同时还均化了物料。目前，国外的一些钢厂的料场使用了条形料场和刮板取料机。国内的少量电厂也使用圆形料场作为发电厂的封闭式料场，并使用圆形料场的刮板取料机。虽然在企业投资方面增加了许多的投资，但迫于环保和生产工艺过程对物料状态的要求而将料场建到封闭的料仓里。2.3.整体俯仰式堆取料机成为中小型设备的主要机型臂式斗轮堆取料机过去通常采用钢丝绳卷扬驱动或液压油缸驱动的非整体俯仰形式的整机设备。现在，采用整体俯仰形式的中小型斗轮堆取料机是机型的发展趋势。但是，由于受制于设备结构受力和设备重心变化较大的因素，大型或特大型斗轮堆取料机一般很少采用整体俯仰的机型。2.4产品配套件的国际化由于部分国产配套件不能满足许多用户对产品高质量的要求，仍然会有更多的用户选择进口产品和合资企业的产品作为斗轮堆取料机的主要配套件。这里主要包括减速机、电缆卷筒、夹轨器、电动机、回转支承轴承、普通轴承、关节轴承、液压元件、电气与控制元件等等。2.5国际市场潜力巨大国内制造的斗轮堆取料机产品在价格上具有较强的竞争优势。许多企业的产品已经走出国门。近年来，国内一些厂家的产品出口到巴西、印度、伊朗、美国、东南亚等国家。出口的形式有合作制造出口和自主设计出口。出口的商务形式有直接与外方签订合同，也有和国内某个总承包商签订合同出口。目前，许多项目还在商谈过程中。煤炭和铁矿石的国际大物流的发展带动了斗轮堆取料机产业的发展。斗轮堆取料机出口也面临着一些问题，如设计和制造质量需要进一步提高，知识产权问题等。这些问题是所有出口企业需要慎重考虑的问题。2.6液压驱动系统的应用液压驱动系统将会成为斗轮堆取料机俯仰系统驱动形式的主流。由于液压驱动系统具有性能可靠、寿命长、维修工作量少等原因，大多数的用户和制造商愿意采用液压系统作为俯仰系统驱动。使用钢丝绳卷扬系统的俯仰系统相对在不断地减少。但仍然会存在一定的数量的设备采用钢丝绳卷扬系统作为俯仰驱动装置。液压俯仰驱动系统会更加完善，在主控制换向阀方面，要求较高的设备现在都采用比例换向阀作为换向控制阀。采用比例换向阀后减少了俯仰系统的启动和停止过程中的冲击和震动。部分产品的斗轮驱动装置会使用液压马达形式作为驱动单元。这种形式具有一定的客户群。但和斗轮减速机驱动形式的应用量相比较还是比较少，其原因可能和其价格有关。另外一方面，液压马达驱动单元的维护技术要求相对比较高，维修难度也比较大，为此，部分用户对此感觉维护比较困难。2.7 PLC控制和变频器调速系统被大量的使用和普及。随着PLC控制系统和变频器价格的降低，斗轮堆取料机使用PLC系统控制和变频器调速系统已经属于最基本的要求。在斗轮堆取料机控制方面，PLC系统控制和变频器调速得到普及。现代斗轮堆取料机设备上基本不采用中间继电器作为主要控制元件。采用PLC和变频器后设备的信号传输和数据通讯更加方便，速度控制更加容易，逻辑控制和时间控制更加方便。2.8无人化系统将会逐渐应用到料场系统计算机技术的发展使得运算速度的加快，数据存储和读取更加方便。各种网络技术使得数据传输更加容易，为斗轮堆取料机无人化创造了硬件条件。所谓堆取料机全自动无人化（Operatorless Bucket Wheel Stacker Reclaimer）概要地讲就是由操作人员在中控室选择料堆位置，按启动按钮，堆取料机自动寻位进行自动堆取作业。国外的iSAM AG和西门子公司是从事料场设备无人化集成的公司。无人化斗轮堆取料机的操作是操作人员在中控室可通过电脑屏幕监控堆取料机的各种运行和故障信息，必要时可进行手动干预。堆取料机完全自动设备上无人运行。目前在西方发达国家堆取料机已经大部分实现了全自动无人化运行，其它国家也在计划和准备定购全自动无人化的堆取料机，比如韩国浦项制铁有计划采购该种堆取料机，印度、巴西等用户也有使用无人化斗轮堆取料机的意向。国内的一些用户也在考虑上全自动无人化控制的取料机项目。国内项目中宝钢马迹山港已实施自动无人操作斗轮堆取料机项目。综上所述，在可以预期的将来，堆取料机全自动无人化是国内外用户的发展方向。系统组成：a.料堆识别系统据对当前发达国家料场自动化技术的了解来看，激光扫描三维图像识别技术为最成熟最理想的图像识别技术，因此，该系统采用激光扫描三维图像识别技术（如有其它更先进可靠的技术，经论证切实可行也可考虑，但必须达到要求）。通过三维激光扫描建立三维料堆图形数据。b.工业电视系统由于堆取料机是无人化操作，斗轮堆取料机设有完备的ITV系统，所有图像模拟信号均通过光纤传入中控室，中控室可控制机上所有摄像头的移动和伸缩，并可进行画面切换。机上转运落料点处，电缆卷筒和司机室等均设有大变焦，广角度带可调云台的彩色摄像头，操作人员在中控室通过设在司机室的摄像头进行监控操作。c.主要检测装置大机定位检测：堆取料机回转，俯仰，走行位置检测采用GPS全球定位技术或传统的编码器检测技术，系统必须安全可靠，检测误差不大于5cm或0.1。斗轮力矩检测：斗轮堆取料机可通过检测斗轮力矩或电机电流来确定斗轮吃料与否和进尺的深浅，从而调节俯仰角度，回转速度和走行进尺距离。d.通讯系统大机和中控室通讯采用光纤以太网，设备为无人操作，因此通讯系统必须安全可靠，可考虑加一套无线以太网作为备用。e.控制系统控制系统由上位机，PLC，及其它控制装置与驱动设备组成。控制系统将通过料堆识别系统采集到的料场料堆时时状态数据经过计算和处理存储在上位机里。当中央控制室的操作者给出某台斗轮堆取料机的工作指令后，设备会自动运行到需要取料的料堆出进行取料或堆料。并能够通过检测装置来自动调整设备的位置与状态。2.9光纤以太网通讯和无线以太网通讯的使用电缆卷筒一直是地面和机上动力和控制信号连接的主要方式，十几年前开始就有光纤应用到电缆卷筒上使控制信号能够不受干扰的传输到地面。无线以太网的应用是另外一项先进的通讯技术。现在，这些技术正在越来越多的在堆取料机上使用。2.10系统通讯网络化在设备上各个电气系统之间的联系逐渐向网络化的方向发展，如变频器与PLC的通讯，PLC与司机室的通讯等等。网络化使用的产品主要有西门子公司的PROFINET PROFIBUS， AB公司的CONTROLNET 昆腾公司的MODBUS 等通讯模块。网络化的设计大大简化的产品的布线，使得设备的电气控制系统更加的简洁。2.11 国内斗轮堆取料机生产许可证工作已经开始实施随着散货装卸运输行业的规范化管理，国家对斗轮堆取料机实行许可证制度。现在已经开始对各个从事斗轮堆取料机制造的企业发放许可证。未经国家发放许可证的企业将不允许制造斗轮堆取料机，对于使用者来说也将不允许采购无生产许可证的企业制造的斗轮堆取料机。3.结束语随着现代技术的发展和用户对斗轮堆取料机产品质量和性能要求的不断提高，斗轮堆取料机的产品还会不断的发展和完善。通过技术进步和技术创新，相信会有更好更多的产品投入使用。并且在中国会有更多的产品走出国门，走向世界。（摘自2007年全国散料装卸输送新技术大会资料汇编）翻车机卸车系统的现状及发展摘要: 结合翻车机卸车系统的现状，对翻车机卸车系统的发展进行了介绍。1. 翻车机卸车系统的现状以往，为了将煤矿中的燃煤运往港口等处，主要采用底开车的办法，底开车的下部为漏斗， 漏斗的角度一般为50-70。为了能将底开车中的煤等散料，尤其较粘稠的散料卸出，一般采取将底开车漏斗角度加大的方式，但这将导致底开车容积的减小。随着各运煤点的效率的提高，底开车效率低的缺点越来越突出。回转式翻车机的翻卸角度一般能达到175，可以方便迅速地将敞车内的散料卸出，翻车机及其调车系统还拥有效率高、造价低、可实现自动化控制等优点。因此，目前翻车机卸车系统越来越成为散料转运的重要工具，被广泛地应用在港口、钢厂及电厂等处。目前国际上主要有Metso Minerals（原Svedala/Strachan&Henshaw）公司、ThyssenKrupp公司及Heyl&Patterson公司设计制造翻车机卸车系统。在并入Metso Minerals 及 Svedala前，Dravo wellman 公司也设计制造翻车机。近年来，在我们国内可以看到的国外设计的翻车机卸车系统有：英国Strachan&Henshaw 公司：青岛前湾港二套、天津南疆港二套、山东日照港二套双车翻车机卸车系统；秦皇岛港煤四期、五期共五套三车翻车机卸车系统。美国Dravo wellman公司： 河北沙岭子电厂一套双车翻车机卸车系统；秦皇岛港煤三期二套三车翻车机卸车系统。德国Tyssen Krupp 公司：天津黄骅港一期、二期共六套双车翻车机卸车系统；神华天津港三套双车翻车机卸车系统。近年来，随着社会的飞速发展，翻车机在散料卸车中的作用越来越大，市场对翻车机卸车系统的要求越来越高，出现了大量效率高、功能完善、具有创意的翻车机卸车系统，翻车机卸车系统正经历着一场变革。2.作业效率越来越高的翻车机卸车系统为了尽可能创造出更大的效益，市场要求能提供出效率更高的翻车机卸车系统。为了获得更高的作业效率，一般采用如下办法：2.1增加翻车机翻卸的车辆数为了提高翻车机卸车系统的效率，最直接的办法是增加翻卸车辆的数量。近年来，国外各公司纷纷设计制造了一次能翻卸两节敞车的双车翻车机，一次能翻卸三节敞车的三车翻车机。这种方案的优点为可简单地实现效率的提高，但设备造价也相应大幅提高。2.2提高翻车机的循环速率增加翻车机卸车系统效率的另一个办法是提高卸车系统在单位时间内的循环次数。增加循环次数的主要办法有:采用“C”形结构端环的翻车机用于翻卸需解列作业的混编敞车列。 采用“C”形端环的翻车机同拨车机配合作业，可以保证拨车机大臂带车穿过翻车机，实现稳定的调车作业，进而保证卸车效率。近年来，这种卸车方式已越来越多地成为翻卸混编列车的主选设备。由于翻车机的端环采用了敞口结构，翻车机的钢结构需要具有较强的刚度。采用专用的铁路车辆。在国外，散料专用线的车辆大多为具有旋转车钩可以不摘钩作业的敞车，这种车辆的车钩可以旋转，由于不需要摘钩作业，可以节省大量的摘钩作业调车的时间，进而可大幅度提高卸车系统的作业效率。由于专用车辆的长度为定值，这种翻车机很难对混编车辆进行作业。 提高卸车系统各设备的动作速度及采取大功率、高速度的设计方案。这种设计方案可以在一定范围内有效地提高翻车机卸车系统的作业效率，但，其效率的提高受到拨车机牵引车辆速度的限制。当牵引加速度达到一定值时，容易引起设备及车辆的损坏。 增加设备，缩短各设备的作业时间。这种办法往往会增大设备的投资。为了尽可能提高卸车效率，以上方法往往组合使用。现在在国外采用最多的提高卸车效率的办法为：采用可翻卸不解列敞车的办法，及提高各设备的作业周期。各国、各公司具体的翻车机卸车系统的实施例如下：a. 美国Dravo wellman 公司的翻车机卸车系统图1所示的为美国Dravo wellman 公司为我国河北沙岭子电厂设计的“C”形双车翻车机，此种翻车机与1989年左右投入使用。翻车机与一个拨车机联用，形成贯通式翻车机卸车系统（见图2）， 拨车机的驱动功率为：4x45kW，牵引车辆为50节重车。作业过程为：拨车机牵引车列前行至定位后，人工摘钩，拨车机牵引2节重车入翻车机并将2节空车推走，当2节重车在翻车机内定位、拨车机离开后，翻车机卸车。卸车系统的效率约为2x25节/小时。图11转子钢结构 2.压车装置 3.驱动装置 4.靠板装置 5.拖辊装置图21. 夹轮器 2. 拨车机 3.翻车机b.德国Tyssen Krupp公司的翻车机卸车系统图3所示的为德国Tyssen Krupp公司为我国黄骅港设计的“C”形双车翻车机。其中的最早的一台于2001年投入使用。翻车机配合一个拨车机及一个推车机使用，形成一种翻车机卸车系统（见图4），拨车机的驱动电机功率为6x110kW，牵引车列为72节重车。卸车系统的作业过程为：由拨车机将车列拉到定位点，人工摘钩，拨车机将2节重车牵引至定位点，然后拨车机返回准备下一个循环；推车机同在定位点的2节车辆连挂，推车机牵引2节重车入翻车机并将翻车机内的空车推出，推车机离开后，翻车机翻卸作业。由于采用了接力作业的方式及采用大功率驱动的方案，此种翻车机卸车系统的卸车效率已达到2x33节/小时。图31.转子钢结构 2. 靠板装置 3.托辊装置 4.压车装置 5.驱动装置图41.夹轮器 2.夹轮器 3.夹轮器 4.拨车机 5.翻车机 6.推车机 7.夹轮器c. 美卓公司（原英国S&H公司）的翻车机卸车系统图5所示的为美卓公司为我国秦皇岛港煤四期工程设计的“O”形三车翻车机，用于翻卸回转敞车。于1995年投入使用。翻车机同拨车机一同使用形成卸车系统（见图6）。同此种翻车机配套使用的拨车机的驱动功率达8x75kW， 牵引车列为100节重车。作业时，整列敞车不需解列，由拨车机牵引整列车前进，当其中的三辆车进入翻车机后，翻车机夹紧卸车。这种配合拨车机使用的三车翻车机的作业效率为3x27节/小时左右。现正在施工的秦皇岛煤五期工程，也采用了同样结构的翻车机卸车系统。采用这种作业方式的翻车机由于不需要摘钩作业，可节约大量的时间，进而大大地提高了卸车效率。目前，在国外的有关港口等处，大量采用这种方式进行卸车作业。由美卓公司设计的在加拿大使用的用于翻卸铁矿的不解列敞车列用双车翻车机的卸车效率已高达2x48节/小时。图51.转子钢结构 2.压车装置 3.托辊装置 4.靠板装置 5.驱动装置图61.夹轮器 2.夹轮器 3.翻车机 4.拨车机 5.夹轮器 6.夹轮器 7.夹轮器 8.夹轮器3.功能越来越完善的翻车机卸车系统随着翻车机卸车系统在卸车生产中的地位越来越高，市场需要提供功能完善的翻车机卸车系统：3.1 可以翻卸解列及不解列敞车的翻车机卸车系统 一般翻车机要么只可以对解列作业车辆进行作业，要么只可以对配有不解列旋转钩头的敞车进行作业，要翻卸两种敞车必须配备两种翻车机并要求铁路分别为两种翻车机配特定车辆。图7所示的是笔者为秦皇岛港煤一期设计的一种新型单车两用翻车机，图8为其翻车机卸车系统，其特点为可以进行功能自动转换实现对各种车辆的自动作业，对铁路车辆没有限制，并具有很高的卸车效率。该设备于2004年底投入使用。同此种翻车机配套使用的拨车机的功率为6x75kW，牵引车辆为66节重车。这种翻车机具有长度伸缩功能，可以分别对解列及不解列敞车进行作业，其同双臂拨车机、推车机等配合使用组成翻车机卸车系统。翻车机卸车系统的作业过程为：当翻卸解列车时，拨车机的带车钩的大臂落下，推送重车入翻车机，翻车机机上部分伸长、地面部分缩短进行解列作业，空车由推车机牵出，其卸车效率约为2426节/小时；当翻卸不解列敞车时，带车钩的大臂抬起，可牵引不解列车的车钩伸出，推送重车入翻车机，翻车机机上部分缩短、地面部分伸长进行不解列卸车作业，推车机不参与作业，翻卸转钩不解列作业车辆时，系统的作业效率高达42节/小时。图71. 伸缩平台地面段 2.伸缩平台机上段 3.翻车机转子钢结构4.压车装置 5.靠板装置 6.托辊装置 7.驱动装置图81.夹轮器 2.双臂拨车机 3.夹轮器 4.可伸缩翻车机 5.夹轮器 6.推车机3.2 能够解决冻煤问题的翻车机为了解决冻煤问题，一般采用解冻库加热的办法。但，解冻库普遍存在着周期长、高温损车等问题。美卓公司在为秦皇岛四、五期翻车机卸车系统设计的翻车机中，采用了电磁脉冲技术，可以在短时间内，将敞车中的煤同车之间的冻层脱开。4.新颖的、自动化程度越来越高的翻车机卸车系统为了取得更高的使用寿命及好的使用、维护效果，出现了许多新颖的、不同常规的翻车机及调车设备。4.1 可避免根部疲劳破坏的翻车机单梁铰点式转子钢结构一般的翻车机转子钢结构是由两个端环及三个或多个梁组成的。S&H公司在我国秦皇岛煤四、五期三车翻车机中采用了一种新型转子钢结构（见图9），其特点是：转子钢结构只有两个端环及一个大梁。该翻车机的转子钢结构在平台与端环之间采用了调心轴承连接，即，翻车机平台吊挂在两端环上。当车辆驶上翻车机时，平台在车重的作用下向下挠曲，平台与端环的连接处可自由转动。而端环上部与平台间采用了二力杆连接的结构，二力杆为端环的保持架，使得端环同平台保持垂直。联杆具有一定的挠性，使得整个转子为静定结构，受力简单。这种翻车机转子钢结构可以解决大跨度翻车机转子钢结构中梁与端环间的结构的疲劳破坏的问题。图91.拉杆 2.拉杆与端环间的绞点 3.平台 4.拉杆与端环间的绞点 5.拉杆 6.端环与平台间的绞点4.2 结构更简单、维护更方便的翻车机卸车系统随着计算机技术的进步，可以更准确地模拟分析翻车机结构的受力状态。为此，不同于常见的双侧驱动的结构，笔者为秦皇岛煤一期设计的翻车机采用了单边马达驱动的形式（见图7、8），取得了更简洁的机构及更大的场地空间。另外，秦皇岛煤一期翻车机卸车系统项目中应用的地面液压站技术、自动挂钩技术及自润滑技术、拖链上缆技术等，使得翻车机卸车系统的性能更可靠、结构及场地等更简洁、维护维修等越来越简单易行。4.3 自动化程度越来越高的翻车机卸车系统翻车机卸车系统的更新和发展，同电气传动与控制的进步密不可分。目前，将机械技术及电气技术较好结合的翻车机卸车系统，结合先进的液压、计算机等技术，已可以实现远程半自动、全自动控制。现在的翻车机卸车系统，通过PLC控制，卸车系统的各设备、各设备上各机构之间均可以实现动作电气联锁保护。翻车机卸车系统的故障自动监控系统，可以显示监控设备的动作、电气系统的元件及液压系统的温度、油位等的状况。采用先进的电气控制技术的翻车机卸车系统，可以实现翻车机卸车系统各设备、设备各动作的计算机动画显示，实现智能化操作。变频调速系统是现在翻车机卸车系统的主要驱动形式，通过PLC控制，翻车机卸车系统可以实现平稳高速运行，可以获得更高的设备使用效率和寿命。总线控制技术越来越多地被应用到翻车机卸车系统的控制中，其应用，可以降低电气成本、方便维护维修并可实现电气元件的故障诊断。（摘自散料机械技术） (摘自港工技术)悬臂式堆取料机无人化简介摘要：本文对无人操作的悬臂式堆取料机的概念和模式进行了介绍，并简单地介绍了无人化的前景。 1. 概述悬臂式堆取料机是一种用于散料场物料堆放和提取散料的大型轨道式移动设备，主要由斗轮装置、悬臂皮带机、上部钢结构、俯仰机构、回转装置、门座架、走行装置及尾车等组成，广泛应用于港口、电厂、钢厂和水泥厂，其操作方式分为手动、半自动和全自动。手动，即人工操作，是国内堆取料机最普遍采用的一种控制方式；半自动也是通过司机进行操作，但在料堆形状规则时可以设定端点和层高，可以实现自动作业，司机进行监控和必要的干预；全自动是指设备作为料场的一个运行单元不再独立，而是作为系统的动作部分参与流程，通俗地讲就是机上不再设操作人员，依靠设备自身识别料堆，通过程序控制，完成堆取作业，并具有一定地意外处理能力。2. 无人化无人操作的悬臂式堆取料机上不设操作人员，依远程控制或自动控制完成堆取作。亦称料场无人化，简称无人化。无人化作业可以大致分为两种：远程控制作业和全自动作业。远程控制作业，即操作人员在中控制进行控制作业，进行监控和干预，悬臂式堆取料机本身至少应具备半自动功能，如果仅仅是远程手动作业，料场无人化将失去意义，因为中控人员无法同时操控多台悬臂式堆取料机作业；全自动作业是较为高级的无人化，操作简单，人工干预量小，只须常规监视。3. 远程控制远程控制的目的： 操作监视的远程化及集中化； 减少操作人员和减小操作强度； 原料场的自动化；作业环境的改善（远离粉尘环境）。 与传统的单一机上操作的悬臂式堆取料机相比较，兼备远程/自动化操作机能的悬臂式堆取料机在构成上主要有以下差异： 斗轮电流的准确同步反馈取料作业的回转动作的端点的是以斗轮电流的大小来判定的，斗轮在满载情况下，斗轮电机电流在恒定值上下波动，当斗轮电流持续减小时，可以判定回转动作已至循环的端点，回转动作减速并停上，然后进尺并反向回转。在料堆塌方情况，由于斗轮处于过载状态，斗轮电流会陡然增加，通过回转动作的暂时停止，可自动处理塌方意外。塌方是悬臂式堆取料机作业过程中经常出现的。为了使斗轮载荷状态通过电机电流准确同步反馈，斗轮驱动装置不能采用液压传动。 电缆卷筒的功能差异通讯电缆卷筒不仅仅作为通讯和连锁使用，同时作为信号通讯装置将设备控制信号传递至中控室。 自动检测装置的安装包括回转、俯仰和走行位置编码器；斗轮头部超声波检测装置或2D扫描仪。工业电视的安装在必要的部位须设多台摄像头，包括上部钢结构顶部、悬臂底部，斗轮侧面和物料转载部位等。 中控室监视和控制功能的强化 中央控制室的操作通过采用CRT操作方式，机械自动作业的条件可以自由的设定，自动和手动操作的模式可以随时转换。作业过程描述： 堆料操作人员设定堆料位置，自动或手动起动堆取料机到达指定位置，通过料堆高度检测装置和设定的堆料程序进行堆料作业。由于堆料过程中设备与料堆是不按触的，所以堆料过程比较简单。为实现自动取料作业，堆料过程不仅仅是料堆的形成过程，同时也是堆取料机对料堆的记忆过程。对于用于搬运目的的堆取料机，堆料方式通常有以下三种：a.走行定点一次堆料(cone shell)悬臂梁仰角固定，定点堆料一次达到料堆高度，而后大车走行定值距离，继续沿斜坡堆料。这种堆料方法在料场初始堆料时，悬臂可低些，以免粉尘太大造成环境污染，随着料堆增高，悬臂逐渐上仰，当达到规定的料堆高度后，悬臂的仰角就可以固定了，靠慢速走行依次堆料。走行定点一次堆料在英中称为“cone shell”，是用于搬运目的的堆取料机最为普遍采用的一种堆料方式，同时也用于混匀堆取料机，如刮板式取料机。由于堆料过程便于记忆，是首选的堆料方式。b、走行定点分层堆料，即分堆定点布料。分层分堆定点布料是将悬臂回转到选定的位置，并按料层高度选择俯仰角度。靠走行固定值一堆一堆地布料；布完第一层第一排后，将悬臂回转到第二排的位置，以此类推；第一层布完料后，将悬臂上仰一定的角度，进行第二层布料，如此循环最后形成比较规则的料堆。c、回转定点分层堆料，即靠悬臂回转分层分堆定点堆料。悬臂回转分层分堆定点布料是将本机调至选定的位置，悬臂俯仰到一定的高度，靠悬臂回转进行第一排料堆布料；第一排料堆布完后，大车慢速走行固定值距离至第二排料堆布料位置，以此类推，第一层布完料后，将悬臂上仰一定的角度进行第二层布料，如此循环，直至形成最终的规则料堆。 取料由于取料过程必须接触料堆，对料堆的认知特别重要，用于远程控制的堆取料机必须对料堆有一定的检测对位手段，否则单纯依靠操作人员人工对垛，会增加操作强度。如果不是特殊针对性设计的堆取料机，取料方式只有一种，即进尺回转分层取料（图4），走行取料是不允许的，因为设备的各机构和参数设计不匹配。取料作业的第一步是对垛，即堆取料机将斗轮位置置于料堆的取料起始位置，堆取料机通过堆料过程的记忆可以和位于斗轮头部的超声波检测进行对垛，由于料堆塌方的缘故，人工干预是必可少的。如果在堆取料机悬臂上安装了2D扫描仪，则在作业开始时，可以在悬臂平行于轨道时，让堆取料机沿料堆长度进行走行扫描，获得料堆断面图，以此来进行对垛。然后按照设定层高进行回转取料，依靠堆料记忆和斗轮电流的变化判断料堆的回转端点。第三步在进尺到设定值后进行换层。料场无人化采用远程控制模式方案简单易行，增加成本较少。尤其适合于旧堆取料机改造和堆取料机作业频率不高的场合，如钢厂、电厂。4全自动作业全自动作业是较高程度的无人化，设备本身对料场（包括料堆）和自身位置有认知能力，采用自动控制程序处理，完成自动堆取作业，并具备一定的意外处理能力，对设备的监控是轻松简单的。全自动控制对整个堆场采用GPS定位，在悬臂梁前端和回转钢结构顶部（或塔架顶部）安装两个GPS接收点，对悬臂位置和整机位置进行定位。通安装在回转钢结构顶部（或塔架顶部）的3D扫描仪对料堆进行扫描，并利用GPS的料场定位形成料堆和设备的电子图表。堆料采用通常采用的cone shell方式进行堆料。取料作业首先通过即时扫描和程序对电子图表的解析，实现堆取料机自动寻堆寻址，以进尺回转模式完成取料作业，通过反馈斗轮电机电流进行进尺量校正和回转边界判断。该模式下堆取料机可以准确行走对垛，并无间断地进行作业，作业效率高，设备造价高，适用作业频率较高的中转码头和新项目。 无人化操作过程的设备的控制系统往往安装在中控室。在大型料场中可以通过计算机控制料场全部设备的工作状态，并可以观察到料场的通过扫描仪扫描的料堆的时时状态。无人化控制系统的关键技术是料场形状扫描的数据处理和设备相对与料场的位置关系的识别和执行。系统组成： 料堆识别系统据对当前发达国家料场自动化技术的了解来看，激光扫描三维图像识别技术为最成熟最理想的图像识别技术，因此，该系统采用激光扫描三维图像识别技术（如有其它更先进可靠的技术，经论证切实可行也可考虑，但必须达到要求）系统要求：扫描半径-80m扫描误差-5cm扫描角度-180响应时间-20ms适应环境温度-20+50防护等级-IP67通讯协议-以太或其它开放协议系统应不受天气，粉尘和物料种类等因素影响。 激光扫描仪和三维图像识别分析软件（程序安装在独立的工控机里）是这一系统必不可少的软硬件。 工业电视系统由于悬臂式堆取料机是无人化操作，本机设有完备的ITV系统，所有图像模拟信号均通过光纤传入中控室，中控室可控制机上所有摄像头的移动和伸缩，并可进行画面切换。机上转运落料点处，电缆卷筒和司机室等均设有大变焦，广角度带可调云台的彩色摄像头，操作人员在中控室通过设在司机室的摄像头进行监控操作 悬臂式堆取料机定位检测悬臂式堆取料机回转，俯仰，走行位置检测采用GPS全球定位技术或传统的编码器检测技术，系统必须安全可靠，检测误差不大于5cm或0.1。 斗轮力矩检测 悬臂式堆取料机可通过检测斗轮力矩或电机电流来确定斗轮吃料与否和吃料的深浅，从而调节俯仰角度，回转速度和走行进尺，确定回转端点。 通讯系统 悬臂式堆取料机和中控室通讯采用光纤以太网，本机为无人操作，因此通讯系统必须安全可靠，可考虑加一套无线以太网作为备用。 控制系统控制系统由上位机，PLC，及其它控制装置与驱动设备组成。自动控制模式描述：悬臂式堆取料机堆料控制模式同远程控制相似，只是不需要进堆料记忆。下面重点介绍一下取料控制模式。 由于悬臂式堆取料机的PLC程序和上位机组态控制软件都不具有三维图像分析功能，因此，扫描得到的料堆图像在料堆识别系统中分析处理，按照堆取料的工艺和逻辑关系分析图像，并将堆取料机堆料或取料所需到达的位置的三维坐标（走行位置，回转角度，俯仰角度）传送给堆取料机的控制系统。具体过程如下：当要取某一料堆时，中控室将该料堆号传给料堆识别系统，系统分析该料堆的图像，确定大车的三维坐标，并将其传送给堆取料机的控制系统，料堆完整时斗轮应运行到的位置如图5所示；料堆已取了一部分，但还没有达到取完第一层的长度（假设为十五米），料堆识别系统应根据图形分析出斗轮应运行到的位置如图6所示；当要取的料堆第一层进尺已达到十五米（假定值），料堆识别系统应能判断出斗轮需运行位置如图7所示。料堆识别系统还应将各个料堆沿大车走行方向起止点位置传给控制系统，用于上位机显示料堆模拟图形（如图8）。由于作业时堆取料机斗轮部分与料堆叠在一起，很难进行实时的料堆扫描，因此控制系统需将堆取作业信号传给料堆识别系统，料堆识别系统根据作业范围确定该段料堆形状已改变，需重新扫描，并将尚未扫描的部分在图形上以不同颜色显示，并向控制系统发出扫描请求信号。为了不影响生产效率，堆取料机一般不做专门的扫描运行，应在作业间隙或调车过程中自动完成扫描作业，可根据堆取料机状态判断是否可进行扫描作业，当悬臂回转角度小于6时，系统就可判断悬臂不在料堆上方，即可进行扫描作业。料堆范围的确定：每个料堆的起止点按料场统一规划由控制系统将起止点传送给料堆识别系统，自动堆料时料堆识别系统即可按照规划好的范围设定堆料起止点，并将其三维坐标传送给控制系统。作业描述：堆料时，按事先对料堆位置的编号，输入料堆编号号码，设备即可自动起动，到达预定编号料堆进行堆料作业。同样，只须输入指定取料料堆号码，设备自动起动，到达指定料堆，自对垛，自动作业。5.结束语随着中国经济发展，工业化和城市化水平也越来越高，人工成本也会逐步增加，环保要求也越来越高。人们的工作环境也应向清洁环境转移，工作强度会逐渐变小，堆取料机无人化适应了这一变化，操作人员可以远离料场的粉尘环境，不必一刻不离地操作手柄，料场可以布置于避风良好场所，减少大风扬尘。堆取料机无人化可以实现均匀稳定作业，减少设备维护维修量。基于这一原因，在发达国家堆取料机无人化采用地较为普遍。在日本新日铁和一些电厂都采用了远程控制堆取料机。在德国，汉堡汉莎港是一个中转码头，三台2500t/h矿石堆取料机和两台1500t/h煤炭堆取料机，都采用全自动方式，仅在中控室设两名监控人员，对堆取料机和装卸船机进行监控。德国的一些电厂和鹿特丹港也是如此。现在，无人化操作形式的悬臂式堆取料机逐渐被用户认同。国外的许多项目开始要求采用无人化操作。宝钢马迹山港二期工程的悬臂式斗轮堆取料机的操作采用无人化模式。随着悬臂式堆取料机无人化在中国的应用和用户对无人化的逐步了解，会有更多的码头和电厂在旧设备改造和新设备选取上，将