王治偉

（華電國(guó)際電力股份有限公司萊城發(fā)電廠，山東濟(jì)南 271100）

華電國(guó)際電力股份有限公司萊城發(fā)電廠（以下簡(jiǎn)稱“萊城電廠”）裝機(jī)總?cè)萘繛?×335 MW 國(guó)產(chǎn)凝汽式燃煤發(fā)電機(jī)組。工程于1998年3月開(kāi)工建設(shè)，2003年5月全部建成投產(chǎn)，年燃煤量約需300萬(wàn)t，主要由翻車機(jī)完成接卸任務(wù)。翻車機(jī)是PLC 程序控制，自動(dòng)化水平較高，但因?yàn)檎^、扶鉤、車皮余煤清理等部位還需有人工操作，而且該部位環(huán)境差，危險(xiǎn)性大，不適應(yīng)智慧電廠的要求，為及早達(dá)到華電國(guó)際電力股份有限公司無(wú)人值守的要求，需對(duì)翻車機(jī)卸車過(guò)程中“人工摘鉤、扶鉤、車皮余煤清理”等問(wèn)題進(jìn)行探索、研究。

1 項(xiàng)目概述

燃煤火力發(fā)電裝機(jī)總量占據(jù)著我國(guó)發(fā)電裝機(jī)的主導(dǎo)地位，陸上燃煤電廠大部分是火車來(lái)煤，普遍裝備翻車機(jī)作為接卸煤炭的設(shè)備。翻車機(jī)是一種大型、高效的機(jī)械化卸車設(shè)備，是常用的鐵路敞車卸車設(shè)備，其卸車作業(yè)的機(jī)械化程度高、生產(chǎn)能力大。翻車機(jī)卸車作業(yè)線是以翻車機(jī)為主體，附屬設(shè)備包括撥車機(jī)、遷車臺(tái)、推車機(jī)等。萊城電廠使用的C 翻車機(jī)系統(tǒng)，設(shè)備由大重集團(tuán)公司（大連）設(shè)計(jì)制造。翻車機(jī)系統(tǒng)卸車線為折返式卸車線，其翻卸形式為轉(zhuǎn)子式，驅(qū)動(dòng)方式為齒輪傳動(dòng)，壓車機(jī)構(gòu)為液壓壓車。

翻車機(jī)卸車作業(yè)是用傾翻車廂的方法將所載貨物從車廂頂部一次卸出的快速卸車方式，其翻轉(zhuǎn)動(dòng)作由翻車機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)完成。翻車機(jī)翻卸敞車車廂時(shí)，需要把即將進(jìn)入翻車機(jī)的車廂與整列火車車廂解列，然后撥車機(jī)把待翻車廂牽入翻車機(jī)，翻車機(jī)旋轉(zhuǎn)翻卸車廂。撥車機(jī)將待翻車廂牽入翻車機(jī)同時(shí)，把已完成卸車的空車車廂推到遷車臺(tái)。遷車臺(tái)將空車車廂遷移到空車軌道，由推車機(jī)推出遷車臺(tái)，與上一節(jié)空車撞鉤連接。

翻車機(jī)翻卸敞車車廂設(shè)備運(yùn)行中，當(dāng)翻車機(jī)翻車時(shí)車輛前后鉤頭隨著車輛旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生角度偏斜（角度偏斜是由鉤頭左右活動(dòng)關(guān)節(jié)所致），當(dāng)翻車翻轉(zhuǎn)回到零位時(shí)鉤頭仍然處于偏斜狀態(tài)，這時(shí)需要人工采用撬棍、木棒、鐵鉤等工具將車輛前后偏斜的鉤頭扶正，然后撥車機(jī)才能進(jìn)入掛鉤繼續(xù)撥車至遷車臺(tái)位置的運(yùn)行動(dòng)作。否則鉤頭在偏斜的狀態(tài)下前后車輛將無(wú)法連接，有時(shí)甚至出現(xiàn)車鉤“抄手”現(xiàn)象，更有甚者還會(huì)造成車輛脫線事故。

人工復(fù)鉤和扶正作業(yè)需要掌握一定的技巧，有一段適應(yīng)和熟悉的過(guò)程，常出現(xiàn)新?lián)Q人員操作不熟練、不到位，造成系統(tǒng)作業(yè)效率降低。此外，人工摘復(fù)鉤與翻車機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)交叉動(dòng)態(tài)作業(yè)，作業(yè)段的人工鉤體扶正和摘復(fù)鉤作業(yè)在翻車機(jī)自動(dòng)化運(yùn)行未被中斷的情況下?lián)駲C(jī)實(shí)施，具有非常大的安全隱患，成為翻車機(jī)作業(yè)區(qū)域最大的危險(xiǎn)源，近年來(lái)國(guó)內(nèi)不斷有電廠在本環(huán)節(jié)出現(xiàn)人身傷亡事故。目前各廠普遍采用人工完成扶鉤工作，已經(jīng)顯示出很多缺點(diǎn)，操作工人存在卷入運(yùn)行設(shè)備危險(xiǎn)；扶鉤容易出現(xiàn)人身事故；翻車機(jī)系統(tǒng)已基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但火車車廂在翻卸車前后，扶鉤動(dòng)作仍然由人工完成，影響翻卸車效率。針對(duì)上述情況，為降低人員安全風(fēng)險(xiǎn)，改善工作環(huán)境，提高卸煤生產(chǎn)線的自動(dòng)控制水平，降低故障發(fā)生率，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)翻車機(jī)摘復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行探討改造，進(jìn)一步提升翻車機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)化智能化水平，降低人工成本，避免摘復(fù)鉤工位的安全隱患；提出了翻車機(jī)翻車自動(dòng)扶鉤裝置研究課題，為將來(lái)實(shí)現(xiàn)卸煤系統(tǒng)無(wú)人化和自動(dòng)化奠定基礎(chǔ)。

2 翻車機(jī)自動(dòng)扶鉤裝置工作原理

（1）翻車機(jī)壓車梁前梁下端平臺(tái)兩端（車輛進(jìn)出端）位置安裝自動(dòng)扶鉤裝置行走軌道（車輛進(jìn)車端軌道長(zhǎng)度為2 m，車輛出端軌道長(zhǎng)度為1 m）。

（2）自動(dòng)扶鉤裝置行走軌道上安裝扶鉤擺動(dòng)桿、扶鉤接手、關(guān)節(jié)機(jī)器人、驅(qū)動(dòng)減速機(jī)等執(zhí)行部件。另扶鉤裝置還裝有激光檢測(cè)儀、高清攝像頭等檢測(cè)、識(shí)別裝置。

（3）該扶鉤裝置包括驅(qū)動(dòng)件和與該驅(qū)動(dòng)件連接的扶桿，驅(qū)動(dòng)件用于驅(qū)動(dòng)扶桿，圍繞扶桿的一端轉(zhuǎn)動(dòng)，以使得扶桿在初始位置和工作位置之間運(yùn)動(dòng)。當(dāng)扶桿處于所述工作位置時(shí)，扶桿的另一端頂住翻車機(jī)所要翻轉(zhuǎn)的火車車廂的車鉤，當(dāng)扶桿處于初始位置時(shí)，扶桿的水平不受力。

（4）車輛兩端自動(dòng)扶鉤裝置所有動(dòng)作在翻車機(jī)本體靠車板、壓車梁動(dòng)作時(shí)間內(nèi)完成。自動(dòng)扶鉤裝置動(dòng)作如下：當(dāng)車輛進(jìn)入翻車機(jī)平臺(tái)后，翻車機(jī)內(nèi)定位信號(hào)及車機(jī)重鉤舍開(kāi)到位的信號(hào)到來(lái)后。兩套裝置移動(dòng)到設(shè)定車輛兩端鉤頭近距位置，擺動(dòng)桿水平方向旋轉(zhuǎn)90°，同時(shí)延圓周旋轉(zhuǎn)90°，扶鉤接手固定車輛前后鉤頭。翻車機(jī)本體平臺(tái)上的自動(dòng)扶鉤裝置隨車輛同步、同角度一體翻轉(zhuǎn)，從而保持翻車過(guò)程鉤頭始終處于翻車前原始平正狀態(tài)。當(dāng)翻車機(jī)到達(dá)165°并翻車機(jī)零位信號(hào)到來(lái)后，翻車結(jié)束后自動(dòng)扶鉤裝置擺動(dòng)桿、搖動(dòng)桿、扶鉤接手恢復(fù)作業(yè)前狀態(tài)。

3 翻車機(jī)自動(dòng)扶鉤裝置研究?jī)?nèi)容

（1）針對(duì)車鉤類型的復(fù)雜多樣，設(shè)計(jì)一款可在車廂車鉤360°空間內(nèi)任意運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)扶鉤裝置，實(shí)現(xiàn)根據(jù)車箱車鉤不同近距離移動(dòng)，位置調(diào)整和扶鉤動(dòng)作。該設(shè)備集合了車廂車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)、高精度檢測(cè)系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)感知及智能算法等技術(shù)，能夠快速識(shí)別、定位并實(shí)施扶鉤動(dòng)作，對(duì)不同類型的車鉤、變形手柄適應(yīng)性強(qiáng)。主要車輛技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 翻車機(jī)卸車主型敞車技術(shù)參數(shù)表

（3）車號(hào)識(shí)別。萊城電廠敞車主要車廂類型有C60、C70和C80系列。3個(gè)系列的車廂車鉤的位置高度一樣，只是車廂長(zhǎng)短有所不同，因而就造成了車輛車鉤位置在翻車機(jī)平臺(tái)上位置距離的不同。因此扶鉤裝置需要在翻車機(jī)平臺(tái)上能夠前后移動(dòng)，需要圖像識(shí)別技術(shù)，識(shí)別各列車廂編號(hào)，提前明確扶鉤裝置動(dòng)作，在后續(xù)扶鉤時(shí)只需要核對(duì)精調(diào)。

采用基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的貨運(yùn)列車車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，首先利用硬件系統(tǒng)，采集列車通過(guò)時(shí)的實(shí)時(shí)清晰視頻。之后處理采集到的視頻。最后實(shí)現(xiàn)列車車號(hào)的識(shí)別。

列車編號(hào)識(shí)別系統(tǒng)布置示意如圖1所示，安裝支架用于穩(wěn)固地安裝所有攝像機(jī)和補(bǔ)光燈陣列；補(bǔ)光燈陣列負(fù)責(zé)在光照度不足的情況下，給車號(hào)攝像機(jī)和啟停攝像機(jī)提供燈光補(bǔ)償；啟停攝像機(jī)拍攝鐵軌，監(jiān)控火車狀態(tài)，判斷火車是否靜止，控制車號(hào)相機(jī)視頻圖像采集狀態(tài)的開(kāi)閉；車號(hào)攝像機(jī)用于獲取車號(hào)視頻圖像；高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)采集并存取車號(hào)攝像機(jī)獲取的車號(hào)視頻圖像；高速數(shù)據(jù)處理工作站用于對(duì)采集到的視頻圖像進(jìn)行分析和處理。

圖1 列車編號(hào)識(shí)別系統(tǒng)布置

（4）圖像識(shí)別技術(shù)。扶鉤裝置機(jī)器人作業(yè)需要精確找到車輛車鉤位置，以實(shí)施扶鉤動(dòng)作。但周圍由于光線強(qiáng)度、車輛車鉤表面附著煤灰，顏色等影響圖像識(shí)別，圖像識(shí)別技術(shù)需要逐一克服困難。

（5）扶鉤動(dòng)作技術(shù)。不同類型的車輛車鉤在翻車機(jī)平臺(tái)上的長(zhǎng)度不一致，扶鉤動(dòng)作并不相同。扶鉤機(jī)器人并不能精確定位車鉤，而是通過(guò)平行與列車軌道方向的運(yùn)動(dòng)和豎直運(yùn)動(dòng)的圓弧插補(bǔ)完成扶鉤動(dòng)作。對(duì)于需要扶鉤的鉤頭，應(yīng)先移動(dòng)到車鉤下方無(wú)卡阻狀態(tài)再固定扶鉤，以防車鉤歪斜。

（6）扶鉤接手。扶鉤接手應(yīng)能滿足扶鉤過(guò)程中對(duì)載荷的要求，同時(shí)又要有一定自由度的釋放，以足夠力矩扶住車鉤。但在釋放自由度時(shí)，也要滿足固定車鉤的載荷要求。

4 翻車機(jī)自動(dòng)扶鉤裝置優(yōu)點(diǎn)

在翻車機(jī)自動(dòng)化作業(yè)中，原先人工干預(yù)的摘復(fù)鉤作業(yè)和鉤體扶正作業(yè)等危險(xiǎn)位置，由翻車機(jī)自動(dòng)扶鉤裝置完成，翻車機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行更容易保證，將徹底避免人身傷害事故?？朔谁h(huán)境差，空間小的不足；減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了自動(dòng)化水平。翻車時(shí)煤炭沖擊煤斗產(chǎn)生大面積粉塵，加裝自動(dòng)扶鉤裝置可以極大降低手動(dòng)扶鉤對(duì)操作者帶來(lái)的職業(yè)健康危害；自動(dòng)扶鉤裝置可以減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率。采用自動(dòng)扶鉤裝置，操作人員可以手持遙控器實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控，避開(kāi)翻車危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)域，對(duì)消除人身安全隱患將起到積極作用。

5 翻車機(jī)自動(dòng)扶鉤裝置及無(wú)人值守發(fā)展方向

隨著智能控制技術(shù)，通信技術(shù)，數(shù)據(jù)分析挖掘方法，可靠的工藝設(shè)備，眾多現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一等作為強(qiáng)大的支撐，實(shí)現(xiàn)電廠真正的智能化、數(shù)字化、透明化進(jìn)一步成為可能。目前，燃料接卸輸送系統(tǒng)，建設(shè)了數(shù)字化煤場(chǎng)及煤場(chǎng)內(nèi)部設(shè)備無(wú)人值守系統(tǒng)，輸煤皮帶智能巡檢機(jī)器人，入廠煤采制化智能系統(tǒng)的建立，在區(qū)域級(jí)、廠級(jí)、機(jī)組（車間）級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化監(jiān)測(cè)和管理，翻車機(jī)摘鉤、扶鉤機(jī)械裝置必將更加完善可靠，翻車機(jī)無(wú)人值守將是今后的研究發(fā)展方向。

6 結(jié)束語(yǔ)

作業(yè)自動(dòng)化通過(guò)將自動(dòng)化控制、全球定位系統(tǒng)技術(shù)、差分定位技術(shù)等先進(jìn)信息與自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于主要作業(yè)設(shè)備及程控系統(tǒng)中，構(gòu)建滿足接卸、存放、輸送各環(huán)節(jié)智能化作業(yè)要求。翻車自動(dòng)扶鉤裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、通用、小巧，有效減少或避免人員操作過(guò)程中的人身安全問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)安全；可有效推進(jìn)電廠智能化建設(shè)、翻車機(jī)自動(dòng)化運(yùn)行水平及電廠管理水平。