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卸船机钢丝绳智能高压稀油润滑系统

2023年09月13日 15:53:14 来源：西安华英特轴承有限责任公司 >> 进入该公司展台阅读量：54

摘　要：为实现卸船机钢丝绳的定期全自动润滑保养，开发卸船机钢丝绳智能高压稀油润滑系统。该系统基于卸船机结构，设立分布式润滑泵站、管路系统和润滑点等，采用新的润滑介质和润滑方式，实现高压稀油喷涂润滑。根据卸船机间隙性作业特点、钢丝绳往返性运行特点，采用PLC系统和智能压力控制，并与卸船机建立通信，实现随卸船机作业而自动启动、循环运行、间隙喷涂的全自动智能控制。选择性的系统功能和模块化的参数调整满足各润滑点的精细化控制要求，避免常规油脂刷涂润滑方式中的各种弊端，润滑效果提升明显。
　　关键词：港口；卸船机；钢丝绳；润滑系统；智能控制；稀油；高压喷涂
　　0　引言
　　江苏常熟发电有限公司配备的ZQX1500抓斗桥式卸船机额定起重量为42t。起升/开闭钢丝绳选用德国DIEPA的Φ40mm钢丝绳（6x36SW+IWRC-40-1770zs/sz型），抓斗为四绳双颚板。
　　钢丝绳作为抓斗桥式卸船机的主要承重部件之一，影响其使用寿命的主要因素包括过载使用、磨损损伤、压溃和打结损伤、疲劳损伤以及腐蚀等。为了防止钢丝绳生锈，减少钢丝绳彼此之间或钢丝绳与滑轮表面之间的磨损和断丝，必须进行定期润滑保养。否则，断丝发展到一定程度就无法保证必要的安全系数，此时钢丝绳应予以报废，不能继续使用。
　　随着公司发电量的不断增长，电煤年接卸量已达1000万t。为保障4台卸船机的正常作业，开发1套智能高压稀油润滑系统，以期能减少钢丝绳的异常磨损，延长其使用寿命，降低维保更换费用，同时提高生产作业的安全性。
　　1　钢丝绳常规润滑方式存在的问题
　　目前桥式抓斗卸船机在钢丝绳润滑方面采用油脂涂刷的方式，但其存在以下问题：
　　1.1　润滑量与钢丝绳运行速度不匹配
　　油脂涂刷润滑采用定时定量供油方式，但卸船机为间隙性运行设备，钢丝绳通常处于高速运行或静止这2种状态。当钢丝绳高速运行时，就会出现润滑不够；当钢丝绳处于静止状态时，却又会产生油脂并大量堆积在钢丝绳表面，当钢丝绳运行时又会被高速甩落。因此，润滑效果难以令人满意。
　　1.2　润滑不均匀
　　受油脂流动性差的影响，涂刷润滑的供油量通常较小且压力低，但作业中钢丝绳的运行速度却处于不断变化的过程中，故常出现润滑不均匀的情况。
　　1.3　润滑面积小
　　刷头仅能接触到钢丝绳上部表面，故其仅能润滑到上部绳面，对于下部绳面根本无法润滑。
　　1.4　刷头磨损及损坏
　　涂刷润滑需在刷头与钢丝绳接触时才能进行，这就无法避免刷头的磨损。而且，在钢丝绳的启动/停止运行时，特别是在抓斗闭合和起升操作的启动瞬间，钢丝绳会产生明显的跳动，更易出现刷头被击打变形甚至损坏。
　　1.5　日常点检确认困难
　　油脂涂刷在钢丝绳表面，不但很难有效渗透至绳芯，还易使钢丝绳表面黏结大量油脂及煤炭粉尘，造成日常检查困难，导致操作人员难以有效地检查、判断钢丝绳表面磨损情况和断丝数量是否超标，直接影响作业安全。
　　2　高压稀油智能润滑系统的方案设计
　　2.1　钢丝绳润滑新工艺
　　针对目前抓斗桥式卸船机钢丝绳润滑工艺存在的不足，考虑通过更换润滑介质（稀油）来解决上述问题。结合设备结构布局情况和运行实际工况，设计钢丝绳专用的智能高压稀油润滑系统，通过高压将润滑稀油雾化后喷涂至钢丝绳表面，以提高钢丝绳的润滑效果，减少其磨损、锈蚀以及内部绳芯润滑不足等不良情况，延长钢丝绳使用寿命，保障作业安全。
　　2.2　润滑系统设计要求
　　2.2.1　系统结构的设置与要求
　　卸船机为高空高速运转设备，机房为上置式，起升、开闭钢丝绳采用前后出绳的布置方式。因此，润滑系统的结构设置需重点考虑以下因素：
　　（1）卸船机上部空间有限，且悬臂梁需抬放操作，故适合系统安装的位置较少，因此润滑系统体积不宜过大，重量不宜过重。
　　（2）钢丝绳跨越距离非常长（单绳长度≥190m），为尽量做到对整绳进行充分润滑，需设置多个润滑点。
　　（3）润滑油管路布置不宜过多、过长，否则压降明显，影响末端润滑雾化效果。
　　因此，考虑采用润滑泵站分布式布置，即在卸船机上合适位置分别布置若干泵站，各泵站通过高压油管将润滑油输送至各润滑点。泵站内油箱、高压油泵、电磁阀、控制系统、压力开关及就地操作开关等设备应高度集中布置。
　　同时，还需考虑润滑油的使用周期，尽可能地避免频繁补油，油箱容积应尽可能大一些。
　　2.2.2　润滑点的确定与要求
　　由于卸船机作业环境较恶劣，润滑油质难以保证，并且季节气温变化对润滑油黏度会产生影响，润滑点的位置应满足便于安装、巡查以及遇喷嘴堵塞时能方便维护、更换等条件，以保障润滑油雾化及润滑效果。
　　为实现对整绳的充分润滑，各润滑点应尽可能地均匀布置。
　　考虑到作业中钢丝绳需频繁换向，导致钢丝绳上下跳动幅度较大。故润滑点还应选择在钢丝绳跳动Z小的部位安装，以避免被钢丝绳击打而损坏。
　　供油管路的铺设除需避开钢丝绳、小车等运动区域外，还应尽量缩短距离、减少直弯连接等。
　　因此，根据卸船机上各改向滑轮组的布置图及钢丝绳的缠绕方式，选定机房内卷筒机构上部及钢丝绳绕经的部分滑轮组部位设置若干润滑点。
　　2.2.3　系统的控制方式与要求
　　2.2.3.1　智能化控制要求
　　抓斗桥式卸船机是间歇性动作的大型起重机械，即以重复的、短时间的工作循环来完成物料的转运。所以在每1个工作循环中，钢丝绳都做1次正向和反向运动。只有充分利用这一特性，实现润滑系统的高压油泵自动启停、管路压力自动保持、喷涂时间自动控制及润滑周期自动循环等特性要求，才能保证润滑效果。
　　2.2.3.2　精细化控制要求
　　钢丝绳油脂涂抹的润滑方式存在润滑油量不可控、润滑涂抹不均匀及润滑周期调整不便等弊端。为了避免上述不足，钢丝绳稀油高压智能润滑系统必须在润滑周期、润滑油量、润滑时间以及喷油压力等方面实现精细化控制。并且以上控制特性还能根据生产作业的实际情况进行实时调整，以达到钢丝绳润滑的有效性、可靠性、安全性和经济性的统一。
　　2.2.3.3　手动与自动切换
　　为了便于检修、调试，钢丝绳稀油高压智能润滑系统还应具备手动操作模式。
　　2.2.3.4　故障报警要求
　　针对无人值守的全自动智能化润滑系统，应考虑到设备故障、电气故障、管路泄漏及喷嘴堵塞等问题。因此，润滑系统还需具备油泵电机故障、油箱高低液位检测及管路过压/欠压等故障的检测和报警功能，不仅能实现故障时的自动停止、手动故障复位功能，而且还能在卸船机司机室触摸屏上进行故障报警提醒。
　　3　高压稀油智能润滑系统的具体实施
　　3.1　工作原理
　　在系统工作时，高压齿轮泵将油箱内润滑油吸出，经过过滤器、溢流阀、压力开关、电磁球阀、流量调节阀和二次过滤器，再经管路系统输送至喷嘴，将雾化后的润滑油喷出，对钢丝绳进行定时定量带压润滑。
　　3.2　主要组成与功能
　　高压稀油智能集中润滑系统主要由控制系统、润滑泵站、管路系统和执行机构等4大部分组成。
　　PLC控制系统为润滑系统的指挥控制中心，其主要功能包括设备启停、润滑周期、润滑时间和润滑油量等的控制、运转实时监控显示、设备运转信息收集、设备运转参数修改和输出报警等。
　　滑润泵站为润滑系统的压油设备，其主要功能是将专用润滑油加压经各管路送达各预定润滑点，再经喷嘴将雾化后的润滑油均匀喷涂于钢丝绳表面。
　　管路系统是连接整个系统、输送滑润油的通路。
　　执行机构主要由流量调节阀和喷嘴组成，用于润滑油雾成型和喷涂。
　　通信线将各个润滑泵站、主站控制系统和主机连接成通信网络系统。
　　3.2.1　润滑泵站结构
　　润滑泵站主要由贮油箱、高压齿轮泵、电磁阀组、压力控制器、过滤器和溢流阀等部件组成。润滑泵站结构原理见图1。

图1 润滑泵站结构原理图

　　每个电磁阀组作为每套管路的控制元件，根据PLC输出的控制信号，分别控制对应的管路和润滑点的动作。
　　智能数显压力控制器和溢流阀共同组成流量压力检控系统，监控管路油压是否符合设定值，并保持相对恒定，以保证各润滑点的出口油压、雾化效果和油雾成型角度，防止油雾喷涂面积过大或过小而影响润滑效果，喷涂面积过小会导致润滑不足，喷涂面积过大则会造成润滑油浪费和环境污染。
　　3.2.2　润滑点布置
　　根据润滑点的设置要求，选择在悬臂梁端部改向定滑轮组、臂架T型架托绳滑轮组、后大梁中部托绳滑轮组、后大梁端部改向定滑轮组及机器房内四卷筒机构上部等位置安装5组润滑油喷嘴。润滑点布置示意图见图2。

图2 润滑点布置示意图

　　选择在各改向滑轮处对钢丝绳进行高压喷涂润滑具有以下优点：
　　（1）可充分利用钢丝绳经过各滑轮改向时的弯折现象，在绳股间出现间隙时，经高压油喷涂，以提高润滑油膜的渗透效果，实现对绳芯内部的润滑。
　　（2）可通过喷油嘴的雾化角度控制，使其喷涂扇型角度略小于滑轮绳槽宽度，避免无效喷涂、环境污染等问题。
　　（3）喷嘴点设定在各滑轮组上方，可利用油雾在滑轮组绳槽内的积聚和短时贮油功能，实现钢丝绳下部的适当润滑。
　　（4）各滑轮组上方均设有压绳导轮，可有效防止钢丝绳跳动对喷嘴造成损坏。
　　3.3　系统的功能特性
　　可在卸船机运行过程中定时、定点、定量、定压地连续提供满足预定过滤精度的润滑油，以实现对钢丝绳高质量润滑保养，且能根据卸机作业的实际情况对有关参数进行快速调整。
　　3.3.1　工作状态选择
　　在润滑泵站内的控制箱上，针对每条润滑管路均设有手动/自动2个选择开关，方便选择所需运行方式。
　　3.3.1.1　自动运行方式
　　自动运行方式为正常工作状态，可实现全自动智能化工作，无需人工干预。
　　当系统自动工作时，需关闭手动旋钮，再将相应的控制旋钮调到自动位，操作非常简单。此时电控箱内的PLC会对每次钢丝绳的运行时间进行累计运算，在到达预设的润滑周期设定值后，自动启动1个润滑周期。
　　当润滑系统启动时，润滑泵首先自动启动，当供油压力达到出口压力设定值后，PLC控制打开相应电磁阀并开始对钢丝绳进行喷油润滑。在此期间，MDS910智能数显压力控制器对管路压力进行保压。在喷涂时间达到预设的润滑时间设定值后，润滑系统自动停止，钢丝绳累计运行时间自动清零，并重新开始1个润滑循环的运行时间累计。
　　3.3.1.2　手动运行方式
　　手动运行方式在检修、调试或试运行时使用。当润滑系统需要手动工作时，首先把运行模式调到手动位，再打开相应的控制旋钮，润滑泵和相应的电磁阀得电，给钢丝绳润滑，需停止润滑时关闭相应旋钮即可，操作非常简单。
　　具体的润滑系统电气控制原理见图3。

图3 电气控制原理图

　　3.3.2　使用PLC实现智能化操控，能与卸船机PLC控制系统进行通信
　　在桥式抓斗卸船机运行过程中，钢丝绳做周期性的往返动作。在每个周期动作过程中，钢丝绳还存在慢（启动）→快（运行）→慢（减速）→停（换向）不断变化的运行速度；在抓料和放料过程中，起升钢丝绳还存在间断性停顿。为了避免在不同运行速度下及间断性停止状态下的润滑过量问题，需采用SIEMENSLOGO!230RC型PLC控制器来实现有针对性的精细化控制。
　　（1）分别采用起升和开闭制动器打开的限位信号作为对应润滑系统启动运行的控制信号和反馈，以实现仅在卸船机运行中才能启动润滑系统，避免设备停用期间的无效润滑。同样，分别将制动器关闭限位信号作为暂停润滑的信号反馈来进行控制。
　　（2）利用PLC的锁存和计数模块，对钢丝绳运行时间（制动器打开时间）进行累计，以控制钢丝绳润滑周期。
　　（3）根据卸船机正常作业循环周期，确定每次润滑喷涂时间。
　　（4）通过PLC的异步脉冲发生器和接通延时定时器模块，将每个润滑时间进行细分，尽量避免钢丝绳慢速运行过程中的过量润滑，防止润滑滴油浪费和环境污染。
　　通过编写PLC程序，实现系统润滑周期、润滑时间、喷涂时间的智能化和精细化逻辑控制。具体PLC控制逻辑见图4。

图4 PLC控制逻辑图

　　同时，通过通信线路将各泵站的运行、故障等信息传达到司机室触摸屏，以供操作人员实时掌握系统运行状况。
　　3.3.3　运行参数修改方便
　　系统采用SIEMENS LOGO!230RC型PLC，因其自带显示模块，可实现润滑周期、润滑时间及喷涂时间等参数的轻松调节。运行或检修人员只需根据实际润滑情况，通过B45~B48模块进行润滑时间的调整，通过B50~53模块进行累计运行时间的调整，通过B60~B63模块进行润滑周期的调整，通过B71~73模块进行喷涂时间的调整。
　　根据各润滑点的不同工作情况、不同润滑要求进行精细化设置，实现每根管路滑润的个性化设置，以满足各种不同工况要求。喷油量的精细化控制还可节约用油量，防止润滑过量造成作业环境的污染。
　　3.3.4　管路压力可控，保证润滑油雾化和喷涂均匀
　　在润滑泵站内设置数显智能压力控制器，通过设定上限值、下限值来控制系统压差。在油压超过预定上限值时，进行泄压保护；在油压低于下限值时，可自动启动高压油泵电机进行保压。以此保护润滑油管路系统，保证系统油压在预定范围内。
　　同时，根据滑润管路距离的不同，通过不同的参数设置来保证各润滑点出口处的压力符合要求，以保证润滑油的雾化效果和喷涂润滑质量。
　　在每个管路末端的喷嘴附近，还设置手动调节阀，用来调节喷射角度。这样管路压力、系统压差、喷涂压力及喷涂角度等均可有效调节，实现定压式喷油雾化和均匀喷涂，从而提高润滑效果。
　　3.3.5　喷嘴更换方便，适应不同油质和不同季节
　　在夏冬季温度不同或所使用的滑润油品发生变化时，可通过更换不同型号的喷油嘴来达到同样的润滑效果。
　　3.3.6　故障报警
　　润滑泵站的电气控制箱具有低液位、超负载运转及供油压力超压等故障检测功能。当油箱液位低于下，油箱液位低信号灯发出报警信号；当润滑泵出现超负载运转时，润滑泵停止工作并发报警信号；当检测到供油压力超压时，润滑泵停止工作并发报警信号。
　　同样，在电气控制箱内还设有故障复位控制按钮。当系统发生故障停止运行后，在故障排除后，按一下故障复位控制按钮，系统将再次正常投入工作。
　　压力控制与故障电气控制图见图5。

图5 压力控制与故障电气原理图

　　4　结语
　　卸船机钢丝绳智能高压稀油润滑系统不仅改变原有的润滑方式，还改换润滑介质，并优化润滑控制方式。与常见的油脂涂刷润滑方式相比，该系统具有全自动智能化控制、润滑效果好、设备故障率低和受自然环境影响小等优势，且其高压喷涂的润滑方式能有效降低自然环境中风速对润滑效果的影响。在实际使用过程中，在卸船机允许作业风速（6级风速）下，该系统能正常工作，大幅提高卸船机钢丝绳的润滑效果。

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