散粮装卸两用机喂料系统故障的综合分析与解决方法

2024-01-01邱金钰王帅国王康兴任书杰徐子锋

现代食品 2023年20期

◎ 邱金钰，王帅国，王康兴，任书杰，赵征，徐子锋

（连云港东粮码头有限公司，江苏连云港 222000）

散粮装卸两用机是一种专门用于港口散粮装卸的专业化设备。其可在搭载辅助系统的情况下，独立完成装船、卸船、清仓设备吊装等一系列工作，且整体工艺流程由PLC 控制，自动化程度高[1]，设计工作流量可达500 t·h-1。其中，喂料系统直接与散料物料接触，实际生产中发生故障较多，故障原因较复杂。

1 散粮装卸两用机系统分析

1.1 散粮装卸两用机结构

散粮装卸两用机按照功能可分为装船、卸船、旋转、变幅、行走、起升、辅助7 大系统，其机械结构如图1 所示（图中未标明辅助系统）。

图1 散粮装卸两用机机械结构示意图

（1）卸船系统。作为使用率最高的系统，其主要由喂料系统、垂直卸船臂、水平中继皮带机组成。

（2）装船系统。由抑尘溜筒、水平皮带机、Z 形装船皮带机组成。

（3）旋转系统。在卸船、装船、辅助系统中，分别有3 套旋转系统，相互独立，可分别实现卸船、装船、辅助系统机械设备的旋转，使其达到工作位置。

（4）起升系统。起升系统同样有3 套，其中，卸船与装船的起升系统设计类似，采用液压传动的方式实现机械设备在Z 轴方向的移动，辅助系统的变幅采用起升电机、线缆卷筒、钢丝绳的组合。

（5）行走系统。由基座、行走电机、刹车装置、铁鞋、车轮等装置组成。由于整个散粮装卸两用机的自重较大，需要在工作位置提前敷设轨道，整个机械利用行走系统在固定的机械轨道上行走。

（6）变幅系统。变幅系统与起升系统类似，卸船与装船的设计类似，辅助系统为单独的钢丝绳滑轮组设计。

（7）辅助系统。辅助系统为牵揽式桅杆起重机，可吊装12 t，主要用于清仓机械设备的入船吊装。拥有独立的旋转系统，也可用于吨袋、杂货等整件货物的装卸作业。

1.2 喂料系统结构

喂料系统竖直布置于装船系统中卸船臂的头部，如图2 所示。工作时伸入船舱内部直接与散粮物料接触，可通过机械结构直接将散料物料送入下一道工序流程。

图2 喂料系统布置示意图

喂料系统主要由螺旋喂料器、叶轮喂料器、机壳、螺旋电机、叶轮电机、传动装置组成，其机械部件的旋转依靠电机通过链条传动运行，结构示意图如图3所示。

图3 喂料系统结构示意图

其工作原理是当喂料系统直接与散粮物料接触时，先由两边的螺旋喂料器将物料旋挤入中间的叶轮喂料器中，再由叶轮喂料器转动的叶片将粮食翻打进入卸船臂皮带机的皮斗中输送到下一级的输送机。

2 喂料系统出现的故障及原因

2.1 喂料系统故障

在实际生产使用中，喂料系统的故障主要可分为机械故障、电气故障、综合故障3 大类。

2.1.1 机械故障

机械故障的现象主要表现在壳体、传动装置、喂料器、后续工序皮带等装置机械结构方面的损坏。损坏形式主要有壳体穿孔破损、传动装置内部结构疲劳断裂，喂料器机械结构改变[2]。

2.1.2 电气故障

喂料系统采用三相异步电机驱动，电气故障主要表现在工作过程中出现叶轮或者螺旋喂料器突然不工作、接线盒位置突然出现电火花等现象，经过测量为电机烧毁导致。

2.1.3 综合故障

喂料系统的综合故障是机械故障与电气故障共同作用导致的。在实际生产中，单纯的机械或电气故障并不常见，大多是共同作用的结果。例如，若发现喂料系统出现冒烟、火花的情况，最直接的故障可能为电气故障伴随传动系统的损坏[3]。

2.2 故障原因分析

喂料系统作为卸船系统的一部分，其工作时并不是独立的，在进行故障原因分析时，工作人员也需要考虑后续工艺流程。

在顺序控制设备系统中，影响一级设备负载的因素，除了自身原因以外还包括前一级或后一级设备工作效率的高低。在散粮系统中，喂料系统为卸船系统的最先级，优先与物料接触。因此，位于后一级的卸船臂皮带机的工作效率会直接影响喂料系统的工作状态。比如，当卸船臂的工作效率下降时，由于不能及时将喂料系统所输送的粮食带走，螺旋及叶轮喂料器会处在低效率的堵塞运行中，从而加大喂料系统的负载，使机械受力增加、电机电流升高。因此，分析两用机喂料系统故障的原因时，必须从“喂料系统自身原因”与“整体工艺流程原因”两方面入手。

2.2.1 喂料系统自身原因

（1）在电气方面，造成电气设备绝缘损坏的主要原因是电流的热效应。由公式1 可知，热量与电流值的大小呈平方关系。

式中：Q为电流通过导体所产生的热量，J；I为通过导体的电流，A；R为导体的电阻，Ω；t为电流通过导体的时间，s；KT是综合散热系数，w·（m2·k）-1；A是电阻的散热面积，m2；τ是电阻表面温度与环境温度的温度差即温升，K。

叶轮及螺旋喂料器的电机是在高粉尘和较高温度的工作环境中工作。这种工作环境不利于将电机产生的温升散发出去，对应公式1 便是τ值过小，导致电动机的热量随着时间t值的上升缓慢升高。温度升高会加速电机绝缘层的老化，造成电机的短路，巨大的短路电流对应巨大的I值，造成Q值在短时间内迅速增加，使得电机过流、过热，造成电机的烧毁。

（2）在机械方面，由于粮食长时间的高速冲击，会给设备的金属结构带来严重的磨损。其中，弧形挡板的穿孔与叶轮叶片之间的间隙会发生变化，加上叶轮与螺旋叶片的严重磨损都会直接影响喂料器的上料效率（如图4 所示）。

图4 喂料系统头部结构示意图

此外，在机械传动机构中，长期工作的磨损和过载造成的轴承损坏和链条断裂，是其故障的主要因素。

2.2.2 整体工艺流程原因

在卸船作业中，设备的自身因素（此处指整个涉及卸船流程的设备）和司机的操作因素，是影响卸船臂皮带机工作效率的两大主要因素。

（1）设备自身因素。由于卸船臂皮带的制造工艺问题造成皮斗撕裂脱落，皮斗与波纹挡边松脱等原因，都可能使皮带机的带载能力严重下降。此外，后级工艺流程效率的下降，也会影响喂料系统的工作状态。卸船臂皮带如图5 所示。

图5 卸船臂皮带示意图

（2）司机操作因素。在两用机的卸船作业中，当垂直臂与水平臂夹角为最大值时（外杆作业），由于皮带机的皮斗向上倾斜一定角度工作，卸船臂的工作效率为最高。随着垂直臂与水平臂的夹角逐渐减小，皮带机的工作效率也随之降低。当夹角小于90°时（里杆作业），皮带机的工作效率就会大幅度降低，导致卸船散粮物料的流量减少。此时，为达到流量指标，司机会操作机械下切机头，使整个喂料系统更深地没入物料之中，进入堵塞过载运行状态。图6 为垂直臂水平臂示意图。

一旦喂料系统堵塞过载运行，给设备带来的危害如下：①当系统处于轻度长时间的堵塞运行，设备的过流、过载保护无法检测到，此时给设备带来的危害是长期、缓慢的。电气方面表现为线路绝缘系统的老化，机械方面表现为缓慢的机械变形与金属疲劳[4]。②当系统处于重度堵塞过载运行时，会发生两种情况。第一，保护设备运转良好，及时切断电源，电气、机械部分得到保护，但此种情况依然会伴随卸船流程的忽然暂停，影响生产的连续性；第二，电机出现堵转现象，电流过大且绝缘失效，导致电机迅速烧毁、机械传动链条断裂，不仅会造成生产暂停影响连续性，还会造成设备损坏。

3 解决办法

3.1 针对司机操作流程方面的办法

（1）完善散粮装卸两用机司机的操作规程。司机在卸船作业时，应当尽可能避免垂直臂与水平臂夹角过小时的卸船作业。在进行里杆作业时，可通过行走系统与旋转系统，改变散粮装卸两用机的工作位置，保证在作业时垂直臂与水平臂始终保持较大夹角。必要时，可利用扒仓设备改变粮食在船舱中的布局。

（2）制定相关制度。禁止在流量的情况下采用简单的下压机头的方式提升流量。卸船期间，喂料系统禁止在负载情况下启动。

3.2 改善电机运行环境

有必要改造叶轮喂料器电机的散热系统，加装强制风冷装置。原因如下：①工作环境温度较高，粉尘浓度高，影响电机散热。②叶轮喂料器电机本身速度较低，自身的风扇叶片较小，不足以给电机完全散热。③叶轮喂料器电机的负载较重，且长时间连续不间断工作产生的热量较高。④拆除原有风扇叶片可为电机减轻1 kW 左右的负载。⑤通过加装较大功率的散热风机，可同时给叶轮喂料器与减速箱一起散热[5]。

3.3 增加可视化监控报警系统

将叶轮喂料器、螺旋喂料器、卸船臂皮带机、卸船中继运输机的电机电流值作为监控数据，时刻监控其大小，超过正常值自动报警，并且以数值的形式直接显示在司机室内。

这一系统应包含以下功能：①可以方便地直接监控各设备的运行状态，直观地展示各部位的“健康”情况。②相关数据应与中控室相连接，方便中控室根据设备状态修改具体工艺流程。③可以快速精准地计算出叶轮喂料器、螺旋喂料器、卸船臂皮带机、卸船中继运输机的电机电流值之间的电流比值变化。例如，当叶轮、螺旋喂料器电机电流增加，处于后续工序的卸船臂皮带机与中继运输机的电流值变化不大，或是在下降。此时，可根据电流值判断出喂料系统处于低效率的堵塞运行状态。守时系统应当提醒操作人员对机械设备的工作状态作出调整，并且提示应当在司机室与中控室同时进行。

此外，系统应当及时计算出各设备电流与实际物料流量比值的正常范围，方便操作人员加以判断；应精确计算出喂料系统各设备空载、轻载、重载、过载电流，并定期记录，方便维修人员加以查看。