垃圾抓斗桥式起重机自动运行系统研究与应用

林伟

摘要：随着生产水平的进一步提高，传统以人为主导的传统工作模式正在向以数字化、创新化为主导的智能化生产模式转换。节能公司在实施垃圾焚燒发电、污泥焚烧发电项目过程中，发现在污泥、垃圾装卸领域，传统工作模式通过司机在司机室就地操作完成，工作条件较为恶劣，存在劳动强度大、设备损耗风险高、自动化程度底和库房管理落后等问题，对数字化自动运行系统的需求极为迫切。因此本文研究并开发一套满足垃圾焚烧发电厂的垃圾吊抓斗行车高可靠性、高精度、低成本需求的自动化控制系统，以实现垃圾抓取的自动化。系统投运后应可有效降低人力成本，提高设备运行可靠性和安全性，提升垃圾库物料管理智能化水平。

关键词：垃圾抓斗桥式起重机;自动运行系统;PLC

1.研究背景

垃圾焚烧发电是作为“减量化、无害化、资源化”处置生活垃圾的最佳方式，《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》指出到 2020 年城镇生活垃圾焚烧处理能力要占总无害化处理能力的 50%以上。因此如何发展生活垃圾电站向数字化转型升级、完善生活垃圾焚烧发电智能化技术体系是立足当前、兼顾长远的一项重大举措。

垃圾抓斗桥式起重机（以下简称垃圾吊）是生活垃圾焚烧厂垃圾供料系统的核心设备，一般采用双梁抓斗桥吊，它由起升机构和大、小车运行机构等组成，使用六瓣双绳抓斗，主要担负焚烧炉/分选线进料斗的供料和坑内垃圾的搬运、混合和堆放等任务。垃圾吊工作条件十分恶劣，为多粉尘、高温、高湿和高腐蚀性气体环境。由于是依靠抓斗进行作业，属重负荷型，故其工作级别很高，各机构电机均为短时重复工作制。

2.项目概况

项目垃圾库配有 2 台垃圾吊用于辅助垃圾供料系统，垃圾吊采用双梁抓斗桥吊，由起升机构和大、小车运行机构等组成，主要担负焚烧炉入料斗的供料和坑内垃圾、污泥的搬运、混合和堆放等任务。垃圾库内工作条件恶劣，为高温、高湿和高腐蚀性气体环境。目前垃圾库垃圾吊采用 4 班 3 倒工作制，每班 1 人，通过人工操作进行堆垛、倒垛和投料工作。人工控制垃圾吊运行属于重复性高强度工作，行车需要司机凭借肉眼观察行车的位置与垃圾的体积，无法做到十分精准的操作，且司机长时间工作容易造成疲劳，影响作业效率。因此急需开发一套满足垃圾焚烧发电厂的垃圾吊抓斗行车高可靠性、高精度、低成本需求的自动化控制系统，以实现垃圾抓取的自动化。系统投运后应可有效降低人力成本，提高设备运行可靠性和安全性，提升垃圾库物料管理智能化水平。

3.垃圾抓斗桥式起重机自动运行系统的应用

3.1系统的实际应用

本项目性能试验由国网浙江省电力有限公司电力科学研究院组织在 2021 年1 月 15 日-25 日期间进行，以确认项目研究的关键技术成果实际投运情况和应用效果是否满足科技项目研究要求。测试组分别测试了垃圾抓斗桥式起重机自动运行系统的人机交互功能、联锁保护功能、自动作业功能、多任务作业智能调度控制运行功能共 4 大项 27 小项的功能性测试，以及 4 项性能指标测试。

（1）系统自动投运时，72 小时连续作业无故障。在锅炉满负荷工况下，可以及时清理卸料门附近垃圾，焚烧投料口及时上料，不出现垃圾不足影响发电的情况。

（2）系统在自主运行的条件下，能够对投料口垃圾料位高低进行实时准确检测，当投料口料位不足时，系统能够及时进行投料作业任务，通过统计自动投料垃圾记录对于垃圾抓取的效率不低于当前人工抓取效率，满足科技项目中对于对应性能指标的验收要求。

（3）测试过程中由于垃圾库中的垃圾没有达到峰值体积，所以现场测试按照实际垃圾量做测试。抓斗未抓取前垃圾库中垃圾的体积为 3847m³，抓斗第一次调整垃圾库中垃圾分布后，测出体积为 3852m³，抓斗第二次调整垃圾库中垃圾分布后，测出体积为 3863m³，体积测量精度偏差分别为 0.6%、0.3%，达到体积测量精度偏差不高于 5%的要求，满足科技项目中对于对应性能指标的验收要求。

3.2系统应用效果

（1）提高抓取动作的精准性：本系统安装行车实时定位模块传感器，通过使用多组激光测距仪和反光板对大小行车进行高精度定位，同时通过编码器和三维激光雷达抓手检测融合，得到抓手实时准确的 3D 坐标，从而有效提高起重机大车、小车及垃圾抓斗的定位准确性。

（2）保证长时间稳定的工作效率：本系统可实现高强度全自动运行，不仅避免了人工运行时长时间下疲劳对作业效率的不利影响，同时也避免了因疲劳引发的安全事故。

（3）实现均质给料：本系统通过在投料口上实现多点多次的撒料，实现垃圾的均质给料，极大保证了锅炉进料的均匀性。

（4）避免盲区操作：本系统由于采用自动定位系统，因此不存在人员视觉角度盲区，可较为精准地掌握任一时刻起重机大车在轨道上的具体位置，避免了人工运行时因存在盲区造成大车或抓斗（摇摆时）撞到垃圾库壁，或局部垃圾抓取不到位问题。

（5）缓解操作手柄故障：本系统采用硬接线与行车连接方式，系统通过硬接线信号控制行车运动，不需要对机械手柄进行操作，避免了因长时间使用造成手柄机械疲劳从而产生故障的情况。

4.结束语

综上所述，本文研制了一种能够满足垃圾焚烧发电厂的高可靠性、高精度、低成本要求的垃圾抓斗桥式起重机自动运行系统，并对其的实际应用和应用效果作出了分析。该系统投入使用后，可以有效地减少人工费用，改善设备的安全和可靠性，并使仓库的材料管理更加智能化。

参考文献

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