摘　要：為實現(xiàn)卸船機鋼絲繩的定期全自動潤滑保養(yǎng)，開發(fā)卸船機鋼絲繩智能高壓稀油潤滑系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于卸船機結(jié)構(gòu)，設立分布式潤滑泵站、管路系統(tǒng)和潤滑點等，采用新的潤滑介質(zhì)和潤滑方式，實現(xiàn)高壓稀油噴涂潤滑。根據(jù)卸船機間隙性作業(yè)特點、鋼絲繩往返性運行特點，采用PLC系統(tǒng)和智能壓力控制，并與卸船機建立通信，實現(xiàn)隨卸船機作業(yè)而自動啟動、循環(huán)運行、間隙噴涂的全自動智能控制。選擇性的系統(tǒng)功能和模塊化的參數(shù)調(diào)整滿足各潤滑點的精細化控制要求，避免常規(guī)油脂刷涂潤滑方式中的各種弊端，潤滑效果提升明顯。
　　關鍵詞：港口；卸船機；鋼絲繩；潤滑系統(tǒng)；智能控制；稀油；高壓噴涂
　　0　引言
　　江蘇常熟發(fā)電有限公司配備的ZQX1500抓斗橋式卸船機額定起重量為42t。起升/開閉鋼絲繩選用德國DIEPA的Φ40mm鋼絲繩（6x36SW+IWRC-40-1770zs/sz型），抓斗為四繩雙顎板。
　　鋼絲繩作為抓斗橋式卸船機的主要承重部件之一，影響其使用壽命的主要因素包括過載使用、磨損損傷、壓潰和打結(jié)損傷、疲勞損傷以及腐蝕等。為了防止鋼絲繩生銹，減少鋼絲繩彼此之間或鋼絲繩與滑輪表面之間的磨損和斷絲，必須進行定期潤滑保養(yǎng)。否則，斷絲發(fā)展到一定程度就無法保證必要的安全系數(shù)，此時鋼絲繩應予以報廢，不能繼續(xù)使用。
　　隨著公司發(fā)電量的不斷增長，電煤年接卸量已達1000萬t。為保障4臺卸船機的正常作業(yè)，開發(fā)1套智能高壓稀油潤滑系統(tǒng)，以期能減少鋼絲繩的異常磨損，延長其使用壽命，降低維保更換費用，同時提高生產(chǎn)作業(yè)的安全性。
　　1　鋼絲繩常規(guī)潤滑方式存在的問題
　　目前橋式抓斗卸船機在鋼絲繩潤滑方面采用油脂涂刷的方式，但其存在以下問題：
　　1.1　潤滑量與鋼絲繩運行速度不匹配
　　油脂涂刷潤滑采用定時定量供油方式，但卸船機為間隙性運行設備，鋼絲繩通常處于高速運行或靜止這2種狀態(tài)。當鋼絲繩高速運行時，就會出現(xiàn)潤滑不夠；當鋼絲繩處于靜止狀態(tài)時，卻又會產(chǎn)生油脂并大量堆積在鋼絲繩表面，當鋼絲繩運行時又會被高速甩落。因此，潤滑效果難以令人滿意。
　　1.2　潤滑不均勻
　　受油脂流動性差的影響，涂刷潤滑的供油量通常較小且壓力低，但作業(yè)中鋼絲繩的運行速度卻處于不斷變化的過程中，故常出現(xiàn)潤滑不均勻的情況。
　　1.3　潤滑面積小
　　刷頭僅能接觸到鋼絲繩上部表面，故其僅能潤滑到上部繩面，對于下部繩面根本無法潤滑。
　　1.4　刷頭磨損及損壞
　　涂刷潤滑需在刷頭與鋼絲繩接觸時才能進行，這就無法避免刷頭的磨損。而且，在鋼絲繩的啟動/停止運行時，特別是在抓斗閉合和起升操作的啟動瞬間，鋼絲繩會產(chǎn)生明顯的跳動，更易出現(xiàn)刷頭被擊打變形甚至損壞。
　　1.5　日常點檢確認困難
　　油脂涂刷在鋼絲繩表面，不但很難有效滲透至繩芯，還易使鋼絲繩表面黏結(jié)大量油脂及煤炭粉塵，造成日常檢查困難，導致操作人員難以有效地檢查、判斷鋼絲繩表面磨損情況和斷絲數(shù)量是否超標，直接影響作業(yè)安全。
　　2　高壓稀油智能潤滑系統(tǒng)的方案設計
　　2.1　鋼絲繩潤滑新工藝
　　針對目前抓斗橋式卸船機鋼絲繩潤滑工藝存在的不足，考慮通過更換潤滑介質(zhì)（稀油）來解決上述問題。結(jié)合設備結(jié)構(gòu)布局情況和運行實際工況，設計鋼絲繩專用的智能高壓稀油潤滑系統(tǒng)，通過高壓將潤滑稀油霧化后噴涂至鋼絲繩表面，以提高鋼絲繩的潤滑效果，減少其磨損、銹蝕以及內(nèi)部繩芯潤滑不足等不良情況，延長鋼絲繩使用壽命，保障作業(yè)安全。
　　2.2　潤滑系統(tǒng)設計要求
　　2.2.1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設置與要求
　　卸船機為高空高速運轉(zhuǎn)設備，機房為上置式，起升、開閉鋼絲繩采用前后出繩的布置方式。因此，潤滑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設置需重點考慮以下因素：
　　（1）卸船機上部空間有限，且懸臂梁需抬放操作，故適合系統(tǒng)安裝的位置較少，因此潤滑系統(tǒng)體積不宜過大，重量不宜過重。
　　（2）鋼絲繩跨越距離非常長（單繩長度≥190m），為盡量做到對整繩進行充分潤滑，需設置多個潤滑點。
　　（3）潤滑油管路布置不宜過多、過長，否則壓降明顯，影響末端潤滑霧化效果。
　　因此，考慮采用潤滑泵站分布式布置，即在卸船機上合適位置分別布置若干泵站，各泵站通過高壓油管將潤滑油輸送至各潤滑點。泵站內(nèi)油箱、高壓油泵、電磁閥、控制系統(tǒng)、壓力開關及就地操作開關等設備應高度集中布置。
　　同時，還需考慮潤滑油的使用周期，盡可能地避免頻繁補油，油箱容積應盡可能大一些。
　　2.2.2　潤滑點的確定與要求
　　由于卸船機作業(yè)環(huán)境較惡劣，潤滑油質(zhì)難以保證，并且季節(jié)氣溫變化對潤滑油黏度會產(chǎn)生影響，潤滑點的位置應滿足便于安裝、巡查以及遇噴嘴堵塞時能方便維護、更換等條件，以保障潤滑油霧化及潤滑效果。
　　為實現(xiàn)對整繩的充分潤滑，各潤滑點應盡可能地均勻布置。
　　考慮到作業(yè)中鋼絲繩需頻繁換向，導致鋼絲繩上下跳動幅度較大。故潤滑點還應選擇在鋼絲繩跳動Z小的部位安裝，以避免被鋼絲繩擊打而損壞。
　　供油管路的鋪設除需避開鋼絲繩、小車等運動區(qū)域外，還應盡量縮短距離、減少直彎連接等。
　　因此，根據(jù)卸船機上各改向滑輪組的布置圖及鋼絲繩的纏繞方式，選定機房內(nèi)卷筒機構(gòu)上部及鋼絲繩繞經(jīng)的部分滑輪組部位設置若干潤滑點。
　　2.2.3　系統(tǒng)的控制方式與要求
　　2.2.3.1　智能化控制要求
　　抓斗橋式卸船機是間歇性動作的大型起重機械，即以重復的、短時間的工作循環(huán)來完成物料的轉(zhuǎn)運。所以在每1個工作循環(huán)中，鋼絲繩都做1次正向和反向運動。只有充分利用這一特性，實現(xiàn)潤滑系統(tǒng)的高壓油泵自動啟停、管路壓力自動保持、噴涂時間自動控制及潤滑周期自動循環(huán)等特性要求，才能保證潤滑效果。
　　2.2.3.2　精細化控制要求
　　鋼絲繩油脂涂抹的潤滑方式存在潤滑油量不可控、潤滑涂抹不均勻及潤滑周期調(diào)整不便等弊端。為了避免上述不足，鋼絲繩稀油高壓智能潤滑系統(tǒng)必須在潤滑周期、潤滑油量、潤滑時間以及噴油壓力等方面實現(xiàn)精細化控制。并且以上控制特性還能根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)的實際情況進行實時調(diào)整，以達到鋼絲繩潤滑的有效性、可靠性、安全性和經(jīng)濟性的統(tǒng)一。
　　2.2.3.3　手動與自動切換
　　為了便于檢修、調(diào)試，鋼絲繩稀油高壓智能潤滑系統(tǒng)還應具備手動操作模式。
　　2.2.3.4　故障報警要求
　　針對無人值守的全自動智能化潤滑系統(tǒng)，應考慮到設備故障、電氣故障、管路泄漏及噴嘴堵塞等問題。因此，潤滑系統(tǒng)還需具備油泵電機故障、油箱高低液位檢測及管路過壓/欠壓等故障的檢測和報警功能，不僅能實現(xiàn)故障時的自動停止、手動故障復位功能，而且還能在卸船機司機室觸摸屏上進行故障報警提醒。
　　3　高壓稀油智能潤滑系統(tǒng)的具體實施
　　3.1　工作原理
　　在系統(tǒng)工作時，高壓齒輪泵將油箱內(nèi)潤滑油吸出，經(jīng)過過濾器、溢流閥、壓力開關、電磁球閥、流量調(diào)節(jié)閥和二次過濾器，再經(jīng)管路系統(tǒng)輸送至噴嘴，將霧化后的潤滑油噴出，對鋼絲繩進行定時定量帶壓潤滑。
　　3.2　主要組成與功能
　　高壓稀油智能集中潤滑系統(tǒng)主要由控制系統(tǒng)、潤滑泵站、管路系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)等4大部分組成。
　　PLC控制系統(tǒng)為潤滑系統(tǒng)的指揮控制中心，其主要功能包括設備啟停、潤滑周期、潤滑時間和潤滑油量等的控制、運轉(zhuǎn)實時監(jiān)控顯示、設備運轉(zhuǎn)信息收集、設備運轉(zhuǎn)參數(shù)修改和輸出報警等。
　　滑潤泵站為潤滑系統(tǒng)的壓油設備，其主要功能是將專用潤滑油加壓經(jīng)各管路送達各預定潤滑點，再經(jīng)噴嘴將霧化后的潤滑油均勻噴涂于鋼絲繩表面。
　　管路系統(tǒng)是連接整個系統(tǒng)、輸送滑潤油的通路。
　　執(zhí)行機構(gòu)主要由流量調(diào)節(jié)閥和噴嘴組成，用于潤滑油霧成型和噴涂。
　　通信線將各個潤滑泵站、主站控制系統(tǒng)和主機連接成通信網(wǎng)絡系統(tǒng)。
　　3.2.1　潤滑泵站結(jié)構(gòu)
　　潤滑泵站主要由貯油箱、高壓齒輪泵、電磁閥組、壓力控制器、過濾器和溢流閥等部件組成。潤滑泵站結(jié)構(gòu)原理見圖1。 　　每個電磁閥組作為每套管路的控制元件，根據(jù)PLC輸出的控制信號，分別控制對應的管路和潤滑點的動作。
　　智能數(shù)顯壓力控制器和溢流閥共同組成流量壓力檢控系統(tǒng)，監(jiān)控管路油壓是否符合設定值，并保持相對恒定，以保證各潤滑點的出口油壓、霧化效果和油霧成型角度，防止油霧噴涂面積過大或過小而影響潤滑效果，噴涂面積過小會導致潤滑不足，噴涂面積過大則會造成潤滑油浪費和環(huán)境污染。
　　3.2.2　潤滑點布置
　　根據(jù)潤滑點的設置要求，選擇在懸臂梁端部改向定滑輪組、臂架T型架托繩滑輪組、后大梁中部托繩滑輪組、后大梁端部改向定滑輪組及機器房內(nèi)四卷筒機構(gòu)上部等位置安裝5組潤滑油噴嘴。潤滑點布置示意圖見圖2。 　　選擇在各改向滑輪處對鋼絲繩進行高壓噴涂潤滑具有以下優(yōu)點：
　　（1）可充分利用鋼絲繩經(jīng)過各滑輪改向時的彎折現(xiàn)象，在繩股間出現(xiàn)間隙時，經(jīng)高壓油噴涂，以提高潤滑油膜的滲透效果，實現(xiàn)對繩芯內(nèi)部的潤滑。
　　（2）可通過噴油嘴的霧化角度控制，使其噴涂扇型角度略小于滑輪繩槽寬度，避免無效噴涂、環(huán)境污染等問題。
　　（3）噴嘴點設定在各滑輪組上方，可利用油霧在滑輪組繩槽內(nèi)的積聚和短時貯油功能，實現(xiàn)鋼絲繩下部的適當潤滑。
　　（4）各滑輪組上方均設有壓繩導輪，可有效防止鋼絲繩跳動對噴嘴造成損壞。
　　3.3　系統(tǒng)的功能特性
　　可在卸船機運行過程中定時、定點、定量、定壓地連續(xù)提供滿足預定過濾精度的潤滑油，以實現(xiàn)對鋼絲繩高質(zhì)量潤滑保養(yǎng)，且能根據(jù)卸機作業(yè)的實際情況對有關參數(shù)進行快速調(diào)整。
　　3.3.1　工作狀態(tài)選擇
　　在潤滑泵站內(nèi)的控制箱上，針對每條潤滑管路均設有手動/自動2個選擇開關，方便選擇所需運行方式。
　　3.3.1.1　自動運行方式
　　自動運行方式為正常工作狀態(tài)，可實現(xiàn)全自動智能化工作，無需人工干預。
　　當系統(tǒng)自動工作時，需關閉手動旋鈕，再將相應的控制旋鈕調(diào)到自動位，操作非常簡單。此時電控箱內(nèi)的PLC會對每次鋼絲繩的運行時間進行累計運算，在到達預設的潤滑周期設定值后，自動啟動1個潤滑周期。
　　當潤滑系統(tǒng)啟動時，潤滑泵首先自動啟動，當供油壓力達到出口壓力設定值后，PLC控制打開相應電磁閥并開始對鋼絲繩進行噴油潤滑。在此期間，MDS910智能數(shù)顯壓力控制器對管路壓力進行保壓。在噴涂時間達到預設的潤滑時間設定值后，潤滑系統(tǒng)自動停止，鋼絲繩累計運行時間自動清零，并重新開始1個潤滑循環(huán)的運行時間累計。
　　3.3.1.2　手動運行方式
　　手動運行方式在檢修、調(diào)試或試運行時使用。當潤滑系統(tǒng)需要手動工作時，首先把運行模式調(diào)到手動位，再打開相應的控制旋鈕，潤滑泵和相應的電磁閥得電，給鋼絲繩潤滑，需停止?jié)櫥瑫r關閉相應旋鈕即可，操作非常簡單。
　　具體的潤滑系統(tǒng)電氣控制原理見圖3。 　　3.3.2　使用PLC實現(xiàn)智能化操控，能與卸船機PLC控制系統(tǒng)進行通信
　　在橋式抓斗卸船機運行過程中，鋼絲繩做周期性的往返動作。在每個周期動作過程中，鋼絲繩還存在慢（啟動）→快（運行）→慢（減速）→停（換向）不斷變化的運行速度；在抓料和放料過程中，起升鋼絲繩還存在間斷性停頓。為了避免在不同運行速度下及間斷性停止狀態(tài)下的潤滑過量問題，需采用SIEMENSLOGO!230RC型PLC控制器來實現(xiàn)有針對性的精細化控制。
　　（1）分別采用起升和開閉制動器打開的限位信號作為對應潤滑系統(tǒng)啟動運行的控制信號和反饋，以實現(xiàn)僅在卸船機運行中才能啟動潤滑系統(tǒng)，避免設備停用期間的無效潤滑。同樣，分別將制動器關閉限位信號作為暫停潤滑的信號反饋來進行控制。
　　（2）利用PLC的鎖存和計數(shù)模塊，對鋼絲繩運行時間（制動器打開時間）進行累計，以控制鋼絲繩潤滑周期。
　　（3）根據(jù)卸船機正常作業(yè)循環(huán)周期，確定每次潤滑噴涂時間。
　　（4）通過PLC的異步脈沖發(fā)生器和接通延時定時器模塊，將每個潤滑時間進行細分，盡量避免鋼絲繩慢速運行過程中的過量潤滑，防止?jié)櫥斡屠速M和環(huán)境污染。
　　通過編寫PLC程序，實現(xiàn)系統(tǒng)潤滑周期、潤滑時間、噴涂時間的智能化和精細化邏輯控制。具體PLC控制邏輯見圖4。 　　同時，通過通信線路將各泵站的運行、故障等信息傳達到司機室觸摸屏，以供操作人員實時掌握系統(tǒng)運行狀況。
　　3.3.3　運行參數(shù)修改方便
　　系統(tǒng)采用SIEMENS LOGO!230RC型PLC，因其自帶顯示模塊，可實現(xiàn)潤滑周期、潤滑時間及噴涂時間等參數(shù)的輕松調(diào)節(jié)。運行或檢修人員只需根據(jù)實際潤滑情況，通過B45~B48模塊進行潤滑時間的調(diào)整，通過B50~53模塊進行累計運行時間的調(diào)整，通過B60~B63模塊進行潤滑周期的調(diào)整，通過B71~73模塊進行噴涂時間的調(diào)整。
　　根據(jù)各潤滑點的不同工作情況、不同潤滑要求進行精細化設置，實現(xiàn)每根管路滑潤的個性化設置，以滿足各種不同工況要求。噴油量的精細化控制還可節(jié)約用油量，防止?jié)櫥^量造成作業(yè)環(huán)境的污染。
　　3.3.4　管路壓力可控，保證潤滑油霧化和噴涂均勻
　　在潤滑泵站內(nèi)設置數(shù)顯智能壓力控制器，通過設定上限值、下限值來控制系統(tǒng)壓差。在油壓超過預定上限值時，進行泄壓保護；在油壓低于下限值時，可自動啟動高壓油泵電機進行保壓。以此保護潤滑油管路系統(tǒng)，保證系統(tǒng)油壓在預定范圍內(nèi)。
　　同時，根據(jù)滑潤管路距離的不同，通過不同的參數(shù)設置來保證各潤滑點出口處的壓力符合要求，以保證潤滑油的霧化效果和噴涂潤滑質(zhì)量。
　　在每個管路末端的噴嘴附近，還設置手動調(diào)節(jié)閥，用來調(diào)節(jié)噴射角度。這樣管路壓力、系統(tǒng)壓差、噴涂壓力及噴涂角度等均可有效調(diào)節(jié)，實現(xiàn)定壓式噴油霧化和均勻噴涂，從而提高潤滑效果。
　　3.3.5　噴嘴更換方便，適應不同油質(zhì)和不同季節(jié)
　　在夏冬季溫度不同或所使用的滑潤油品發(fā)生變化時，可通過更換不同型號的噴油嘴來達到同樣的潤滑效果。
　　3.3.6　故障報警
　　潤滑泵站的電氣控制箱具有低液位、超負載運轉(zhuǎn)及供油壓力超壓等故障檢測功能。當油箱液位低于下限時，油箱液位低信號燈發(fā)出報警信號；當潤滑泵出現(xiàn)超負載運轉(zhuǎn)時，潤滑泵停止工作并發(fā)報警信號；當檢測到供油壓力超壓時，潤滑泵停止工作并發(fā)報警信號。
　　同樣，在電氣控制箱內(nèi)還設有故障復位控制按鈕。當系統(tǒng)發(fā)生故障停止運行后，在故障排除后，按一下故障復位控制按鈕，系統(tǒng)將再次正常投入工作。
　　壓力控制與故障電氣控制圖見圖5。 　　4　結(jié)語
　　卸船機鋼絲繩智能高壓稀油潤滑系統(tǒng)不僅改變原有的潤滑方式，還改換潤滑介質(zhì)，并優(yōu)化潤滑控制方式。與常見的油脂涂刷潤滑方式相比，該系統(tǒng)具有全自動智能化控制、潤滑效果好、設備故障率低和受自然環(huán)境影響小等優(yōu)勢，且其高壓噴涂的潤滑方式能有效降低自然環(huán)境中風速對潤滑效果的影響。在實際使用過程中，在卸船機允許作業(yè)風速（6級風速）下，該系統(tǒng)能正常工作，大幅提高卸船機鋼絲繩的潤滑效果。