楊衛(wèi)鋒 朱德超 盧睿智 習(xí)向歡

龍鋼公司

摘要：在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，吊車作為一種重要的起重設(shè)備，廣泛應(yīng)用于建筑、物流、港口等多個(gè)行業(yè)。然而，隨著工程需求的變化和設(shè)備更新?lián)Q代，大量吊車因無(wú)法滿足新的作業(yè)要求而被閑置，造成了資源的浪費(fèi)和企業(yè)成本的增加。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)每年因設(shè)備更新?lián)Q代而閑置的吊車數(shù)量數(shù)以萬(wàn)計(jì)，這些吊車不僅占用了大量的場(chǎng)地空間，還需要企業(yè)投入一定的維護(hù)成本。如何有效地利用這些閑置吊車，成為了眾多企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：閑置吊車；堆料；伸縮式

1  引言

1.1 研究背景與意義

與此同時(shí)，在一些工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景中，如散狀物料的堆放作業(yè)，傳統(tǒng)的堆料設(shè)備往往存在設(shè)備投資巨大、作業(yè)靈活性差、效率低下等問(wèn)題。例如，軌道式堆料機(jī)需要在堆場(chǎng)制作基礎(chǔ)并鋪設(shè)鋼軌，設(shè)備投資巨大，且只能沿著軌道布料，作業(yè)范圍受限；裝載機(jī)和挖掘機(jī)配合堆料雖然初期投入成本低、作業(yè)靈活，但作業(yè)效率低、料堆高度有限，且油耗高、粉塵污染嚴(yán)重。因此，開發(fā)一種新型的、高效且靈活的堆料設(shè)備具有重要的現(xiàn)實(shí)需求。

將閑置吊車進(jìn)行改造，使其具備堆料功能，為解決上述問(wèn)題提供了一種創(chuàng)新的思路。通過(guò)在吊臂上加裝運(yùn)行皮帶，利用吊車的液壓部位和汽車底盤實(shí)現(xiàn)行走以及上下左右擺動(dòng)，能夠?qū)⒌踯嚫脑斐梢环N兼具靈活性和高效性的移動(dòng)伸縮式堆料機(jī)。這種改造不僅可以充分利用閑置吊車的資源，降低企業(yè)的設(shè)備采購(gòu)成本，還能夠滿足一些特殊工況下的堆料需求，提高作業(yè)效率，減少環(huán)境污染。

1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在國(guó)外，吊車設(shè)備的改造與再利用一直是工業(yè)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)之一。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)在設(shè)備改造技術(shù)方面投入了大量資源，取得了一系列顯著成果。一些企業(yè)通過(guò)對(duì)吊車的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和控制系統(tǒng)升級(jí)，成功實(shí)現(xiàn)了吊車功能的多樣化拓展，使其能夠適應(yīng)更加復(fù)雜和特殊的作業(yè)場(chǎng)景。例如，美國(guó)的卡特彼勒公司在吊車改造領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，他們利用先進(jìn)的材料和制造工藝，對(duì)吊車的關(guān)鍵部件進(jìn)行升級(jí)改造，提高了吊車的可靠性和耐久性。同時(shí)，通過(guò)引入智能化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了吊車的遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)化操作，大大提高了作業(yè)效率和安全性。

在堆料設(shè)備研究方面，國(guó)外同樣取得了眾多成果。德國(guó)的克虜伯公司研發(fā)的大型堆料機(jī)采用了先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)和高效的物料輸送系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模散狀物料的快速堆放，廣泛應(yīng)用于港口、礦山等行業(yè)。此外，日本的神鋼公司推出的智能堆料機(jī)具備高度自動(dòng)化的堆料功能，通過(guò)傳感器和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)物料的特性和堆放要求，自動(dòng)調(diào)整堆料方式和參數(shù)，確保料堆的穩(wěn)定性和均勻性。

國(guó)內(nèi)對(duì)于吊車改造和堆料設(shè)備的研究也在不斷深入。近年來(lái)，隨著我國(guó)制造業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)對(duì)設(shè)備的高效利用和創(chuàng)新應(yīng)用提出了更高要求。許多科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)開始關(guān)注吊車改造技術(shù)，通過(guò)自主研發(fā)和技術(shù)引進(jìn)，取得了一定的進(jìn)展。一些企業(yè)利用先進(jìn)的焊接技術(shù)和材料，對(duì)吊車的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固和優(yōu)化，提高了吊車的承載能力和穩(wěn)定性。同時(shí)，在電氣控制方面，采用先進(jìn)的可編程邏輯控制器（PLC）和變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了吊車運(yùn)行的精確控制和節(jié)能降耗。

在堆料設(shè)備領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)企業(yè)也在不斷創(chuàng)新。例如，中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司研發(fā)的移動(dòng)伸縮式堆料機(jī)，結(jié)合了先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)和電氣控制技術(shù)，具有作業(yè)靈活、堆料效率高的特點(diǎn)，能夠滿足不同工況下的堆料需求。此外，一些企業(yè)還針對(duì)特定行業(yè)的需求，開發(fā)了專用的堆料設(shè)備，如針對(duì)電廠煤炭堆放的斗輪堆料機(jī)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和智能化控制，提高了煤炭堆放的效率和安全性。

與現(xiàn)有研究相比，本研究具有獨(dú)特性。以往的吊車改造研究主要集中在提升吊車的起重能力、自動(dòng)化程度等方面，而本研究將重點(diǎn)放在將閑置吊車改造為具有堆料功能的設(shè)備上，為吊車的再利用開辟了新的途徑。在堆料設(shè)備研究方面，現(xiàn)有的堆料機(jī)大多為固定軌道式或大型專用設(shè)備，作業(yè)靈活性受限，而本研究改造后的吊車堆料機(jī)能夠自由移動(dòng)，無(wú)需鋪設(shè)軌道，可在各種復(fù)雜地形和場(chǎng)地條件下作業(yè)，具有更高的靈活性和適應(yīng)性。

1.3 研究?jī)?nèi)容與方法

1.3.1 研究?jī)?nèi)容

（1）閑置吊車改造方案設(shè)計(jì)：深入研究吊車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，結(jié)合堆料作業(yè)的需求，設(shè)計(jì)詳細(xì)的改造方案。確定吊臂的承載能力和穩(wěn)定性計(jì)算方法，以確保在加裝25米運(yùn)行皮帶后，吊臂能夠安全可靠地工作。同時(shí)，考慮皮帶的安裝方式、張緊裝置以及與吊臂的連接結(jié)構(gòu)，保證皮帶在運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）運(yùn)行皮帶的設(shè)計(jì)與制造：根據(jù)堆料作業(yè)的要求，設(shè)計(jì)合適的皮帶結(jié)構(gòu)和參數(shù)。選用高強(qiáng)度、耐磨的皮帶材料，確保皮帶在輸送物料過(guò)程中的耐用性。自行設(shè)計(jì)并焊接皮帶的支撐框架和驅(qū)動(dòng)裝置，保證皮帶能夠穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)物料的高效輸送。研究皮帶的驅(qū)動(dòng)方式和調(diào)速方法，以滿足不同工況下的堆料需求。

（3）液壓與行走系統(tǒng)的優(yōu)化利用：對(duì)吊車原有的液壓系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化，確保其能夠滿足改造后設(shè)備的工作要求。調(diào)整液壓泵的流量和壓力，優(yōu)化液壓閥的控制策略，提高液壓系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。利用吊車的汽車底盤實(shí)現(xiàn)行走功能，研究底盤的轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和懸掛系統(tǒng)，確保設(shè)備在移動(dòng)過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性。同時(shí)，考慮如何通過(guò)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)吊臂的上下左右擺動(dòng)，提高堆料作業(yè)的靈活性。

（4）電氣控制系統(tǒng)的自主開發(fā)：自主設(shè)計(jì)并開發(fā)適用于改造后設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)。采用先進(jìn)的可編程邏輯控制器（PLC）作為核心控制單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化控制。開發(fā)相應(yīng)的控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶的啟動(dòng)、停止、調(diào)速，以及吊臂的升降、回轉(zhuǎn)和變幅等動(dòng)作的精確控制。同時(shí)，配備必要的傳感器和檢測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障診斷和報(bào)警功能，提高設(shè)備的可靠性和安全性。

（5）設(shè)備性能測(cè)試與優(yōu)化：在完成設(shè)備改造后，對(duì)其進(jìn)行全面的性能測(cè)試。測(cè)試內(nèi)容包括堆料效率、皮帶運(yùn)行穩(wěn)定性、液壓系統(tǒng)壓力和流量、電氣控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度等。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，解決存在的問(wèn)題，提高設(shè)備的性能和可靠性。通過(guò)實(shí)際工況下的運(yùn)行測(cè)試，驗(yàn)證設(shè)備的實(shí)用性和有效性，為設(shè)備的推廣應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。

1.3.2 研究方法

（1）文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，包括吊車改造、堆料設(shè)備設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化、電氣控制技術(shù)等方面的研究成果和工程案例。了解當(dāng)前的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，為課題研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的分析和總結(jié)，借鑒已有的成功經(jīng)驗(yàn)，避免重復(fù)研究，同時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有研究的不足之處，為課題研究找到創(chuàng)新點(diǎn)。

（2）實(shí)地調(diào)研法：深入企業(yè)和施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)閑置吊車的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)地調(diào)研。了解吊車的型號(hào)、規(guī)格、使用年限、技術(shù)狀況等信息，掌握堆料作業(yè)的工藝流程和實(shí)際需求。與相關(guān)技術(shù)人員和操作人員進(jìn)行交流，獲取第一手資料，為改造方案的設(shè)計(jì)提供實(shí)際依據(jù)。通過(guò)實(shí)地調(diào)研，還可以了解現(xiàn)有堆料設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，以及企業(yè)在設(shè)備使用過(guò)程中遇到的問(wèn)題，從而有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)備改造和創(chuàng)新。

（3）理論分析法：運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)、力學(xué)分析、液壓傳動(dòng)、電氣控制等相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)吊車改造過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行深入分析。對(duì)吊臂的承載能力進(jìn)行計(jì)算和校核，確保其在加裝皮帶后的安全性；分析液壓系統(tǒng)的工作原理和性能參數(shù)，優(yōu)化液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；研究電氣控制系統(tǒng)的控制策略和算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的精確控制。通過(guò)理論分析，為設(shè)備的設(shè)計(jì)和改造提供科學(xué)的理論支持，保證設(shè)備的性能和可靠性。

（4）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）與仿真分析：利用CAD軟件對(duì)吊車改造方案進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和建模，直觀地展示設(shè)備的結(jié)構(gòu)和布局。通過(guò)三維建模，可以清晰地看到各個(gè)部件之間的裝配關(guān)系和空間位置，便于進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化和干涉檢查。同時(shí)，運(yùn)用仿真分析軟件對(duì)設(shè)備的關(guān)鍵部件和系統(tǒng)進(jìn)行性能仿真，如對(duì)吊臂進(jìn)行強(qiáng)度和剛度分析，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行壓力和流量仿真，對(duì)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)仿真等。通過(guò)仿真分析，可以提前預(yù)測(cè)設(shè)備在不同工況下的性能表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，減少實(shí)際試驗(yàn)的次數(shù)和成本。

（5）試驗(yàn)研究法：在完成設(shè)備改造后，進(jìn)行一系列的試驗(yàn)研究。包括空載試驗(yàn)、負(fù)載試驗(yàn)、耐久性試驗(yàn)等，對(duì)設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估。通過(guò)試驗(yàn)，驗(yàn)證改造方案的可行性和有效性，檢驗(yàn)設(shè)備是否滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際使用需求。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和調(diào)整，不斷提高設(shè)備的性能和質(zhì)量。同時(shí)，試驗(yàn)研究還可以為設(shè)備的操作和維護(hù)提供指導(dǎo)，積累實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

2  閑置吊車改造的總體方案設(shè)計(jì)

2.1 吊車選擇與現(xiàn)狀分析

在眾多閑置吊車中，選擇合適的吊車是改造工作的首要任務(wù)。經(jīng)過(guò)多方面的考量與篩選，最終確定選用徐工XCT80吊車進(jìn)行改造。該型號(hào)吊車在市場(chǎng)上應(yīng)用廣泛，具有良好的通用性和穩(wěn)定性，其相關(guān)參數(shù)和性能能夠較好地滿足本次改造的需求。

從結(jié)構(gòu)方面來(lái)看，徐工XCT80吊車主要由汽車底盤、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、起重臂、駕駛室、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等部分組成。汽車底盤采用陜汽德龍X3000底盤，最大承載能力80噸，配備Allison 4500自動(dòng)變速箱，具有較強(qiáng)的承載能力和良好的越野性能，能夠適應(yīng)不同的工作場(chǎng)地條件?；剞D(zhuǎn)平臺(tái)通過(guò)回轉(zhuǎn)支承與底盤相連，可實(shí)現(xiàn) 360°全回轉(zhuǎn)，為吊車的作業(yè)提供了更大的靈活性。起重臂為箱型結(jié)構(gòu)，采用高強(qiáng)度鋼材制造，具有較高的強(qiáng)度和剛度，能夠承受較大的起吊重量。起重臂通常由多節(jié)臂組成，可通過(guò)伸縮油缸實(shí)現(xiàn)起重臂的伸長(zhǎng)和縮短，以滿足不同起吊高度和工作半徑的要求。

在性能參數(shù)上，該吊車的最大起重量為80噸，最大起升高度為60米，工作半徑范圍為3.5米至48米。其液壓系統(tǒng)采用力士樂(lè)LUDV液壓系統(tǒng)，工作壓力35Mpa，流量300L/min，具有較高的工作壓力和流量，能夠?yàn)榈踯嚨钠鹕?、回轉(zhuǎn)、變幅等動(dòng)作提供穩(wěn)定而強(qiáng)大的動(dòng)力支持。電氣控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的PLC控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)吊車各動(dòng)作的精確控制和自動(dòng)化操作，提高了吊車的工作效率和安全性。

然而，由于技術(shù)的不斷進(jìn)步和工程需求的變化，該吊車逐漸無(wú)法滿足一些新的作業(yè)要求，從而導(dǎo)致閑置。一方面，隨著建筑施工和物流行業(yè)的發(fā)展，對(duì)吊車的起吊高度、起重量和作業(yè)靈活性提出了更高的要求，而該吊車在某些方面的性能已經(jīng)略顯不足。例如，在一些大型建筑項(xiàng)目中，需要吊車能夠起吊更重的構(gòu)件，并達(dá)到更高的作業(yè)高度，而該吊車的最大起重量和起升高度難以滿足這些需求。另一方面，新型吊車在智能化、自動(dòng)化程度上有了很大提升，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷等功能，提高了作業(yè)效率和安全性。相比之下，徐工XCT80吊車在這些方面相對(duì)落后，無(wú)法適應(yīng)市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，這也是其被閑置的重要原因之一。此外，該吊車在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，部分零部件出現(xiàn)了磨損和老化現(xiàn)象，維護(hù)成本逐漸增加，這也使得企業(yè)在權(quán)衡利弊后，選擇將其閑置。

2.2 堆料功能需求分析

在對(duì)閑置吊車進(jìn)行改造以實(shí)現(xiàn)堆料功能之前，深入分析堆料的功能需求是至關(guān)重要的。這不僅有助于明確改造的方向和重點(diǎn)，還能確保改造后的設(shè)備能夠高效、穩(wěn)定地滿足實(shí)際生產(chǎn)中的堆料作業(yè)要求。

從物料種類來(lái)看，需要堆存的物料通常具有多樣性。以常見的散狀物料為例，如煤炭、礦石等，它們?cè)谖锢硇再|(zhì)和化學(xué)性質(zhì)上存在顯著差異。煤炭具有易燃、易氧化的特性，其顆粒度相對(duì)較小，流動(dòng)性較好；礦石則硬度較大，密度較高，顆粒大小不一，有些還可能含有雜質(zhì)。這些不同物料的特性決定了堆料設(shè)備在設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)需要采取不同的措施。對(duì)于易揚(yáng)塵的物料，如煤炭，需要配備有效的防塵裝置，以減少粉塵對(duì)環(huán)境和操作人員健康的影響；對(duì)于具有腐蝕性的物料，設(shè)備的接觸部件需要選用耐腐蝕的材料，以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

作業(yè)環(huán)境也是影響堆料功能需求的重要因素。堆料作業(yè)在室內(nèi)大棚，空間相對(duì)有限，對(duì)設(shè)備的尺寸和靈活性要求較高，需要設(shè)備能夠在有限的空間內(nèi)高效地進(jìn)行堆料作業(yè)。同時(shí)，室內(nèi)環(huán)境對(duì)粉塵和噪音的控制要求較為嚴(yán)格，因此設(shè)備應(yīng)具備良好的防塵和降噪性能。露天堆場(chǎng)則面臨著各種自然條件的考驗(yàn)，如陽(yáng)光暴曬、風(fēng)雨侵蝕、溫度變化等。在設(shè)計(jì)堆料設(shè)備時(shí)，需要考慮設(shè)備的防曬、防雨、防銹等性能，確保設(shè)備在惡劣的自然環(huán)境下能夠正常運(yùn)行。港口碼頭的作業(yè)環(huán)境更為復(fù)雜，不僅要考慮物料的堆存，還需要兼顧船舶的裝卸作業(yè)。設(shè)備需要具備與港口裝卸系統(tǒng)相匹配的接口和功能，以實(shí)現(xiàn)物料的快速轉(zhuǎn)運(yùn)。此外，港口地區(qū)的濕度較大，對(duì)設(shè)備的防潮性能也有較高要求。

堆料效率要求是衡量堆料設(shè)備性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。不同的生產(chǎn)場(chǎng)景對(duì)堆料效率有著不同的期望。在大型冶金企業(yè)或電廠，由于物料的堆存量巨大，為了滿足生產(chǎn)的連續(xù)性，需要堆料設(shè)備具有較高的堆料速度和較大的堆料能力。一般來(lái)說(shuō)，這類場(chǎng)所要求堆料機(jī)的小時(shí)堆料量能夠達(dá)到數(shù)百噸甚至上千噸。而在一些小型建筑工地或小型加工廠，雖然物料的堆存量相對(duì)較小，但對(duì)堆料的及時(shí)性和靈活性要求較高。設(shè)備需要能夠根據(jù)實(shí)際需求隨時(shí)調(diào)整堆料位置和堆料方式，以滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化。

基于對(duì)物料種類、作業(yè)環(huán)境和堆料效率要求的綜合分析，確定了以下改造方向：在設(shè)備結(jié)構(gòu)方面，需要設(shè)計(jì)一種能夠適應(yīng)不同物料特性和作業(yè)環(huán)境的堆料裝置。采用可調(diào)節(jié)的皮帶張緊系統(tǒng)，以確保在輸送不同顆粒度和重量的物料時(shí)，皮帶都能保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，優(yōu)化吊臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高其承載能力和穩(wěn)定性，以滿足在不同工況下掛載堆料裝置的需求。在控制系統(tǒng)方面，開發(fā)一套智能化的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)堆料過(guò)程的精確控制。通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物料的輸送量、皮帶的運(yùn)行速度、吊臂的角度等參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)自動(dòng)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。配備遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，使操作人員可以在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的地方對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和操作，提高作業(yè)的安全性和便捷性。在環(huán)保措施方面，針對(duì)物料揚(yáng)塵和噪音污染問(wèn)題，安裝高效的除塵設(shè)備和降噪裝置。采用噴淋降塵系統(tǒng)，在物料輸送和堆放過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行噴水，減少粉塵的飛揚(yáng)；選用低噪音的驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)部件，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行隔音處理，降低作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的噪音。

2.3 總體改造思路與流程

本項(xiàng)目的總體改造思路是充分利用閑置吊車的現(xiàn)有資源，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)改造，使其具備高效的堆料功能。具體來(lái)說(shuō)，就是在吊車的吊臂上加裝25米運(yùn)行皮帶，利用吊車原有的液壓部位和汽車底盤，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的行走以及吊臂的上下左右擺動(dòng)，從而完成物料的堆放作業(yè)。同時(shí)，自主設(shè)計(jì)并制造皮帶的支撐結(jié)構(gòu)和電氣控制系統(tǒng)，以確保整個(gè)堆料系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和精確控制。

改造流程主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)：

（1）前期準(zhǔn)備：收集吊車的相關(guān)技術(shù)資料，包括設(shè)備說(shuō)明書、圖紙等，全面了解吊車的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)。對(duì)吊車進(jìn)行詳細(xì)的檢查和評(píng)估，確定其可改造性和需要改進(jìn)的部分。同時(shí)，根據(jù)堆料功能需求，制定詳細(xì)的改造方案和技術(shù)規(guī)格書，明確改造的目標(biāo)、內(nèi)容和技術(shù)要求。準(zhǔn)備改造所需的材料、工具和設(shè)備，如鋼材、焊接設(shè)備、電氣元件等。

（2）結(jié)構(gòu)改造：首先對(duì)吊臂進(jìn)行加固和改造，以確保其能夠承受運(yùn)行皮帶和物料的重量。根據(jù)皮帶的長(zhǎng)度和寬度，設(shè)計(jì)并焊接皮帶的支撐框架，將其牢固地安裝在吊臂上。在吊臂的頭部和尾部，安裝皮帶的驅(qū)動(dòng)滾筒和張緊滾筒，調(diào)整好皮帶的張緊度，確保皮帶在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)打滑或松弛現(xiàn)象。對(duì)吊車的回轉(zhuǎn)平臺(tái)和底座進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，增加支撐點(diǎn)和連接部件，提高設(shè)備在堆料作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性。

（3）電氣控制系統(tǒng)開發(fā)：自主設(shè)計(jì)并開發(fā)適用于改造后設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)。以可編程邏輯控制器（PLC）為核心控制單元，搭建電氣控制硬件平臺(tái)。根據(jù)堆料作業(yè)的工藝流程和控制要求，編寫 PLC 控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化控制?？刂瞥绦驊?yīng)具備皮帶的啟動(dòng)、停止、調(diào)速，吊臂的升降、回轉(zhuǎn)、變幅等基本功能，同時(shí)還應(yīng)具備故障診斷、報(bào)警、緊急停車等安全保護(hù)功能。配備必要的傳感器和檢測(cè)裝置，如位置傳感器、重量傳感器、速度傳感器等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋給 PLC，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的精確控制和故障診斷。

（4）安裝與調(diào)試：在完成各項(xiàng)改造工作后，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)備的安裝和組裝。確保各個(gè)部件的安裝位置準(zhǔn)確，連接牢固，管路和線路布置整齊、合理。在安裝過(guò)程中，嚴(yán)格遵守相關(guān)的安裝規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，確保安裝質(zhì)量。安裝完成后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面的調(diào)試工作。首先進(jìn)行空載調(diào)試，檢查設(shè)備的各項(xiàng)動(dòng)作是否正常，電氣控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定可靠。然后進(jìn)行負(fù)載調(diào)試，逐步增加物料的重量，測(cè)試設(shè)備在不同工況下的性能表現(xiàn)，如堆料效率、皮帶運(yùn)行穩(wěn)定性等。根據(jù)調(diào)試結(jié)果，對(duì)設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和調(diào)整，確保設(shè)備能夠滿足設(shè)計(jì)要求和實(shí)際使用需求。

（5）測(cè)試與驗(yàn)收：對(duì)改造后的設(shè)備進(jìn)行全面的性能測(cè)試，包括堆料效率測(cè)試、皮帶運(yùn)行穩(wěn)定性測(cè)試、電氣控制系統(tǒng)功能測(cè)試等。通過(guò)實(shí)際工況下的運(yùn)行測(cè)試，驗(yàn)證設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。根據(jù)驗(yàn)收意見，對(duì)設(shè)備存在的問(wèn)題進(jìn)行整改和完善，直至設(shè)備通過(guò)驗(yàn)收。

3  吊臂加裝運(yùn)行皮帶的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 皮帶選型與設(shè)計(jì)

在對(duì)閑置吊車進(jìn)行改造，使其具備堆料功能的過(guò)程中，運(yùn)行皮帶的選型與設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到堆料作業(yè)的效率、穩(wěn)定性以及設(shè)備的使用壽命。

根據(jù)物料特性和運(yùn)行要求選擇合適的皮帶是首要任務(wù)。不同的物料具有不同的物理和化學(xué)性質(zhì)，如煤炭質(zhì)地較軟，顆粒度較小，具有一定的粘性和易燃性；礦石硬度較大，密度高，顆粒大小不一，且部分礦石可能含有腐蝕性成分；砂石的顆粒形狀不規(guī)則，粒徑分布范圍廣，磨蝕性較強(qiáng)。這些特性決定了皮帶需要具備相應(yīng)的性能。對(duì)于輸送煤炭的皮帶，應(yīng)選擇具有良好的耐磨性和抗靜電性能的材料，以防止在輸送過(guò)程中因摩擦產(chǎn)生靜電引發(fā)火災(zāi)。而對(duì)于輸送礦石和砂石等磨蝕性較強(qiáng)的物料，皮帶則需要具備更高的耐磨性和強(qiáng)度，能夠承受物料的沖擊和摩擦。

在運(yùn)行要求方面，需要考慮皮帶的輸送速度、輸送量以及運(yùn)行的穩(wěn)定性。如果堆料作業(yè)要求較高的堆料效率，即需要在單位時(shí)間內(nèi)輸送大量的物料，那么就需要選擇能夠承受較大張力、運(yùn)行速度較快的皮帶。同時(shí)，為了保證皮帶在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)打滑、跑偏等問(wèn)題，還需要考慮皮帶與驅(qū)動(dòng)滾筒、張緊滾筒之間的摩擦力以及皮帶的張緊方式。

基于以上考慮，經(jīng)過(guò)對(duì)多種皮帶材料和結(jié)構(gòu)的分析與比較，最終選用了EP630/4型橡膠輸送帶。這種輸送帶以高強(qiáng)度的尼龍帆布為帶芯，具有較高的拉伸強(qiáng)度和柔韌性，能夠承受較大的張力和沖擊力。其表面覆蓋的橡膠層采用了特殊的配方，具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和抗老化性能，能夠適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。橡膠輸送帶還具有良好的阻燃性能，對(duì)于輸送易燃性物料（如煤炭）時(shí)，能有效降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

在皮帶的尺寸設(shè)計(jì)上，寬度和長(zhǎng)度是兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。皮帶的寬度需要根據(jù)物料的粒度、輸送量以及堆料的要求來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，物料粒度越大，所需的皮帶寬度就越大，以確保物料能夠在皮帶上穩(wěn)定輸送，不會(huì)出現(xiàn)溢出或堵塞的情況。根據(jù)對(duì)常見散狀物料粒度的分析以及堆料作業(yè)的實(shí)際需求，確定皮帶的寬度為1200毫米。這樣的寬度既能滿足大部分物料的輸送要求，又能保證皮帶在運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性。

皮帶的長(zhǎng)度則根據(jù)吊臂的長(zhǎng)度和堆料的實(shí)際作業(yè)范圍來(lái)確定。由于需要在吊臂上加裝 25 米的運(yùn)行皮帶，考慮到皮帶在安裝和運(yùn)行過(guò)程中需要預(yù)留一定的余量，以及與驅(qū)動(dòng)滾筒（鑄鋼材質(zhì)，直徑800毫米，表面包膠處理）和張緊滾筒的連接部分，最終確定皮帶的長(zhǎng)度為28米。在確定皮帶長(zhǎng)度時(shí)，還需要考慮到皮帶在運(yùn)行過(guò)程中的伸長(zhǎng)和收縮情況，通過(guò)合理的張緊裝置來(lái)保證皮帶始終處于合適的張緊狀態(tài)。

在皮帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，除了帶芯和覆蓋層的選擇外，還需要考慮皮帶的接頭方式和邊緣處理。皮帶的接頭方式直接影響到皮帶的連接強(qiáng)度和運(yùn)行穩(wěn)定性。常見的接頭方式有機(jī)械接頭、硫化接頭和冷粘接頭等。機(jī)械接頭安裝方便，但連接強(qiáng)度相對(duì)較低，適用于輸送量較小、工況要求不高的場(chǎng)合；硫化接頭連接強(qiáng)度高，密封性好，但需要專業(yè)的設(shè)備和技術(shù)，成本較高；冷粘接頭則結(jié)合了機(jī)械接頭和硫化接頭的優(yōu)點(diǎn)，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，連接強(qiáng)度也能滿足大部分工況的要求。綜合考慮本設(shè)備的使用要求和成本因素，選擇了冷粘接頭方式。在接頭處，通過(guò)特殊的膠水將皮帶的兩端牢固地連接在一起，并進(jìn)行了加強(qiáng)處理，以確保接頭處的強(qiáng)度和密封性。

對(duì)于皮帶的邊緣處理，采用了特殊的工藝，使其邊緣光滑、整齊，避免在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)磨損、撕裂等問(wèn)題。同時(shí)，在皮帶的邊緣設(shè)置了加強(qiáng)筋，進(jìn)一步提高了皮帶的抗撕裂能力，保證了皮帶在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中的可靠性。

3.2 吊臂與皮帶連接方式

吊臂與皮帶的連接方式是確保堆料設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其選擇需綜合考慮多方面因素。從力學(xué)角度來(lái)看，連接方式要能夠承受皮帶運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的張力、物料的重量以及吊臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受到的各種力。根據(jù)力學(xué)分析，皮帶在輸送物料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的拉力，若連接方式不可靠，可能導(dǎo)致皮帶脫落或連接部件損壞。在實(shí)際工況中，吊臂會(huì)進(jìn)行上下、左右擺動(dòng)以及回轉(zhuǎn)等動(dòng)作，這就要求連接方式能夠適應(yīng)這些復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，保持連接的穩(wěn)定性。

經(jīng)過(guò)對(duì)多種連接方式的分析與比較，最終確定采用焊接與螺栓連接相結(jié)合的方式。這種連接方式具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，能夠滿足堆料作業(yè)的要求。在焊接連接方面，使用高強(qiáng)度的焊接材料，對(duì)皮帶的支撐框架與吊臂進(jìn)行焊接。焊接工藝采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，這種焊接工藝具有焊接質(zhì)量高、焊縫強(qiáng)度大、變形小等優(yōu)點(diǎn)。在焊接前，對(duì)焊接部位進(jìn)行預(yù)處理，去除表面的油污、鐵銹等雜質(zhì)，以保證焊接質(zhì)量。焊接過(guò)程中，嚴(yán)格控制焊接參數(shù)，如焊接電流、電壓、焊接速度等，確保焊縫的強(qiáng)度和密封性。通過(guò)焊接，使支撐框架與吊臂形成一個(gè)整體，提高了連接的牢固性。

螺栓連接則主要用于連接皮帶的驅(qū)動(dòng)滾筒、張緊滾筒與吊臂。選用高強(qiáng)度的螺栓和螺母，確保連接的可靠性。在安裝螺栓時(shí)，按照規(guī)定的扭矩進(jìn)行緊固，使用扭矩扳手進(jìn)行測(cè)量，保證每個(gè)螺栓的緊固力均勻一致。為了防止螺栓松動(dòng)，采用了防松措施，如加裝彈簧墊圈、使用螺紋鎖固劑等。彈簧墊圈在螺栓擰緊后，會(huì)產(chǎn)生彈性變形，對(duì)螺栓施加一個(gè)反向的作用力，從而防止螺栓松動(dòng)。螺紋鎖固劑則通過(guò)填充螺紋間隙，形成一種固化的膠層，增加螺紋之間的摩擦力，達(dá)到防松的目的。

連接部件的設(shè)計(jì)也至關(guān)重要。皮帶的支撐框架采用4040型鋼材制作，這種鋼材具有較高的強(qiáng)度和剛度，能夠承受皮帶和物料的重量。支撐框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為桁架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式具有重量輕、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。在框架的關(guān)鍵部位，如節(jié)點(diǎn)處，進(jìn)行加強(qiáng)處理，增加連接板和加強(qiáng)筋，提高框架的承載能力。

驅(qū)動(dòng)滾筒和張緊滾筒的設(shè)計(jì)也充分考慮了與吊臂的連接和皮帶的運(yùn)行要求。驅(qū)動(dòng)滾筒采用鑄鋼制作，表面進(jìn)行特殊處理，增加摩擦力，以確保能夠有效地驅(qū)動(dòng)皮帶運(yùn)行。滾筒的軸與吊臂之間通過(guò)軸承座和螺栓連接進(jìn)行連接，保證滾筒能夠靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。張緊滾筒的作用是調(diào)整皮帶的張緊度，確保皮帶在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)打滑或松弛現(xiàn)象。張緊滾筒采用螺旋張緊裝置，通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺桿來(lái)調(diào)整滾筒的位置，從而實(shí)現(xiàn)皮帶張緊度的調(diào)整。

在安裝過(guò)程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和安裝規(guī)范進(jìn)行操作。首先，將支撐框架準(zhǔn)確地定位在吊臂上，使用定位夾具進(jìn)行固定，然后進(jìn)行焊接。焊接完成后，對(duì)焊縫進(jìn)行探傷檢查，確保焊接質(zhì)量符合要求。接著，安裝驅(qū)動(dòng)滾筒和張緊滾筒，調(diào)整好它們的位置和角度，使其與皮帶的中心線保持一致。在安裝螺栓時(shí)，按照規(guī)定的順序和扭矩進(jìn)行緊固，確保連接牢固。安裝完成后，對(duì)整個(gè)連接系統(tǒng)進(jìn)行檢查和調(diào)試，確保皮帶能夠正常運(yùn)行，吊臂的運(yùn)動(dòng)不受影響。

3.3 運(yùn)行皮帶的安裝與調(diào)試

運(yùn)行皮帶的安裝是將閑置吊車改造為堆料設(shè)備的關(guān)鍵步驟之一，其安裝質(zhì)量直接影響到設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和堆料效率。在安裝前，需要做好充分的準(zhǔn)備工作。檢查皮帶及相關(guān)零部件的質(zhì)量，確保皮帶無(wú)破損、劃傷等缺陷，驅(qū)動(dòng)滾筒、張緊滾筒等零部件無(wú)變形、損壞。準(zhǔn)備好安裝所需的工具，如扳手、螺絲刀、起重機(jī)等。清理安裝現(xiàn)場(chǎng)，確保場(chǎng)地整潔、無(wú)雜物，為安裝工作提供良好的作業(yè)環(huán)境。

安裝步驟嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。利用起重機(jī)將皮帶吊運(yùn)至吊臂附近，注意避免皮帶與其他物體碰撞。將皮帶的一端穿入驅(qū)動(dòng)滾筒，確保皮帶與驅(qū)動(dòng)滾筒的貼合緊密，然后將皮帶繞過(guò)吊臂上的各個(gè)托輥，最后將皮帶的另一端穿入張緊滾筒。在穿入過(guò)程中，要注意調(diào)整皮帶的位置，使其中心線與各滾筒的中心線保持一致，防止皮帶跑偏。安裝皮帶的張緊裝置，根據(jù)皮帶的長(zhǎng)度和張力要求，調(diào)整張緊裝置的位置，使皮帶達(dá)到合適的張緊度。張緊度的調(diào)整至關(guān)重要，過(guò)松會(huì)導(dǎo)致皮帶打滑，影響輸送效率；過(guò)緊則會(huì)增加皮帶和滾筒的磨損，降低設(shè)備的使用壽命。在調(diào)整張緊度時(shí)，可以使用張力計(jì)進(jìn)行測(cè)量，確保張緊度符合設(shè)計(jì)要求。連接皮帶的接頭，采用冷粘接頭方式時(shí)，先將接頭部位的皮帶表面清理干凈，去除油污、雜質(zhì)等，然后均勻地涂抹膠水，將接頭對(duì)接并壓緊，使用專用的夾具固定，等待膠水固化。在固化過(guò)程中，要避免接頭受到外力的干擾，確保接頭的連接質(zhì)量。

調(diào)試內(nèi)容主要包括皮帶的運(yùn)行穩(wěn)定性、跑偏情況、輸送能力等方面。啟動(dòng)設(shè)備，讓皮帶空轉(zhuǎn)一段時(shí)間，觀察皮帶的運(yùn)行狀態(tài)，檢查皮帶是否有異常振動(dòng)、噪音等現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)皮帶振動(dòng)過(guò)大，可能是由于皮帶張緊度不均勻、托輥安裝不平整或滾筒同心度差等原因?qū)е碌?，需要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。觀察皮帶在運(yùn)行過(guò)程中是否出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。皮帶跑偏會(huì)導(dǎo)致物料撒落，影響堆料效果，甚至損壞皮帶。如果皮帶跑偏，可以通過(guò)調(diào)整張緊裝置、托輥的位置或安裝調(diào)心托輥等方法進(jìn)行糾正。在調(diào)整過(guò)程中，要逐步進(jìn)行，每次調(diào)整后觀察皮帶的跑偏情況，直到皮帶能夠正常運(yùn)行。在皮帶空轉(zhuǎn)調(diào)試正常后，進(jìn)行負(fù)載調(diào)試。向皮帶上輸送物料，逐漸增加物料的輸送量，觀察皮帶的輸送能力和運(yùn)行穩(wěn)定性。檢查設(shè)備的堆料效果，是否能夠滿足設(shè)計(jì)要求。如果發(fā)現(xiàn)輸送能力不足，可能是由于皮帶速度過(guò)慢、驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率不夠或物料堵塞等原因?qū)е碌?，需要針?duì)具體問(wèn)題進(jìn)行解決。

調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求制定。皮帶在運(yùn)行過(guò)程中，其振動(dòng)幅度應(yīng)不超過(guò)規(guī)定值，一般要求振動(dòng)加速度不大于5m/s²，以確保設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)性。皮帶的跑偏量應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，通常要求皮帶邊緣與滾筒邊緣的偏差不超過(guò)5mm，避免因跑偏導(dǎo)致物料散落和設(shè)備損壞。設(shè)備的堆料效率應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，能夠完成一定量物料的堆放。例如，設(shè)計(jì)要求設(shè)備每小時(shí)的堆料量為450噸，在調(diào)試過(guò)程中，實(shí)際堆料量應(yīng)不低于設(shè)計(jì)值的95%。皮帶在輸送物料時(shí)，應(yīng)無(wú)打滑現(xiàn)象，確保物料能夠穩(wěn)定地輸送到指定位置。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流、溫度等參數(shù)應(yīng)在正常范圍內(nèi)，避免電機(jī)過(guò)載運(yùn)行，影響設(shè)備的使用壽命。

4  利用吊車液壓與底盤實(shí)現(xiàn)行走及擺動(dòng)

4.1 液壓系統(tǒng)原理與改造

吊車的液壓系統(tǒng)是其實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作的關(guān)鍵動(dòng)力源，理解其原理并進(jìn)行合理改造對(duì)于實(shí)現(xiàn)堆料功能至關(guān)重要。吊車的液壓系統(tǒng)主要由動(dòng)力元件（液壓泵）、執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)）、控制元件（各種液壓閥）、輔助元件（油箱、油管、過(guò)濾器等）和工作介質(zhì)（液壓油）組成。其基本工作原理是通過(guò)液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，液壓油在壓力作用下通過(guò)管路輸送到各個(gè)執(zhí)行元件，執(zhí)行元件再將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而實(shí)現(xiàn)吊車的起升、回轉(zhuǎn)、變幅等動(dòng)作。

在起升機(jī)構(gòu)中，液壓泵輸出的高壓油推動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)通過(guò)減速器帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)重物的起升和下降?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)則是利用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)支承，使上車部分相對(duì)下車部分進(jìn)行360°回轉(zhuǎn)。變幅機(jī)構(gòu)通過(guò)液壓缸的伸縮來(lái)改變起重臂的角度，實(shí)現(xiàn)不同幅度的作業(yè)。

為了實(shí)現(xiàn)堆料功能，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了一系列改造。針對(duì)皮帶的驅(qū)動(dòng)需求，在液壓系統(tǒng)中增加了一個(gè)丹佛斯H1B-250型擺線液壓馬達(dá)作為皮帶的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源。通過(guò)控制該液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)皮帶的啟動(dòng)、停止以及正反轉(zhuǎn)，以滿足不同的堆料作業(yè)要求。為了提高皮帶驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性和精確性，安裝了博世力士樂(lè)4WRKE型比例閥，調(diào)節(jié)范圍0-400L/min。流量控制閥可以精確調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓馬達(dá)的油液流量，從而控制皮帶的運(yùn)行速度；壓力控制閥則用于保護(hù)系統(tǒng)免受過(guò)高壓力的損害，確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

對(duì)吊臂的擺動(dòng)控制也進(jìn)行了優(yōu)化。在原有的變幅液壓缸和回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)的控制基礎(chǔ)上，增加了比例閥和傳感器。比例閥可以根據(jù)控制信號(hào)精確調(diào)節(jié)油液的流量和壓力，從而實(shí)現(xiàn)吊臂的平穩(wěn)、精確擺動(dòng)。傳感器則實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)吊臂的角度、位置等參數(shù)，并將這些信息反饋給控制系統(tǒng)，以便及時(shí)調(diào)整控制策略，確保吊臂的運(yùn)動(dòng)符合堆料作業(yè)的要求。

在改造過(guò)程中，還對(duì)液壓系統(tǒng)的管路進(jìn)行了重新布局和優(yōu)化。根據(jù)各執(zhí)行元件的工作需求，合理調(diào)整了管路的直徑和長(zhǎng)度，減少了油液流動(dòng)的阻力和壓力損失。對(duì)管路的連接部位進(jìn)行了加強(qiáng)和密封處理，防止油液泄漏，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。通過(guò)這些改造措施，使得吊車的液壓系統(tǒng)能夠更好地滿足堆料作業(yè)的要求，為設(shè)備的高效運(yùn)行提供了有力保障。

4.2 汽車底盤的適應(yīng)性改造

汽車底盤作為吊車的基礎(chǔ)承載和移動(dòng)部件，其性能和結(jié)構(gòu)直接影響到改造后設(shè)備的穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性。在將閑置吊車改造為具備堆料功能的設(shè)備過(guò)程中，對(duì)汽車底盤進(jìn)行適應(yīng)性改造是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

原吊車底盤的傳動(dòng)系統(tǒng)主要是為滿足吊車的起重作業(yè)需求而設(shè)計(jì)的，其傳動(dòng)比和扭矩輸出側(cè)重于起吊重物時(shí)的平穩(wěn)性和動(dòng)力需求。然而，在堆料作業(yè)中，設(shè)備需要在不同的場(chǎng)地條件下頻繁移動(dòng)，對(duì)底盤的動(dòng)力輸出和傳動(dòng)效率提出了新的要求。為了適應(yīng)堆料作業(yè)的工況，對(duì)底盤傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。根據(jù)堆料作業(yè)的實(shí)際需求，重新匹配了變速器的傳動(dòng)比，使車輛在低速行駛時(shí)能夠提供更大的扭矩，以滿足在滿載物料且路況復(fù)雜的情況下順利起步和行駛的要求；在高速行駛時(shí)，通過(guò)優(yōu)化傳動(dòng)比，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，減少燃油消耗，提高作業(yè)效率。同時(shí)，對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行了強(qiáng)度校核和優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用了高強(qiáng)度的材料和先進(jìn)的制造工藝，提高了傳動(dòng)軸的承載能力和抗疲勞性能，確保在頻繁的啟動(dòng)、停止和轉(zhuǎn)向過(guò)程中，傳動(dòng)軸能夠穩(wěn)定可靠地傳遞動(dòng)力，避免出現(xiàn)斷裂或變形等故障。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的改造也是提高設(shè)備機(jī)動(dòng)性的關(guān)鍵。原吊車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在起重作業(yè)時(shí)，主要關(guān)注的是轉(zhuǎn)向的精確性和穩(wěn)定性，以確保吊臂能夠準(zhǔn)確地定位重物。但在堆料作業(yè)中，設(shè)備需要在狹小的空間內(nèi)靈活轉(zhuǎn)向，對(duì)轉(zhuǎn)向的靈活性和輕便性提出了更高的要求。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，采用了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)原轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過(guò)液壓泵提供的壓力，輔助駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，大大減輕了駕駛員的操作力，使轉(zhuǎn)向更加輕便靈活。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，合理選擇了液壓泵的流量和壓力參數(shù)，確保在不同的行駛速度和負(fù)載條件下，都能為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供足夠的助力。同時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)和轉(zhuǎn)向拉桿等部件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加了其強(qiáng)度和剛性，以適應(yīng)堆料作業(yè)中頻繁轉(zhuǎn)向帶來(lái)的沖擊和應(yīng)力。為了進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)向的靈活性，還對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的幾何參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，減小了轉(zhuǎn)向半徑，使設(shè)備能夠在更小的空間內(nèi)完成轉(zhuǎn)向操作。通過(guò)這些改造措施，設(shè)備的轉(zhuǎn)向靈活性得到了顯著提升，能夠更好地適應(yīng)堆料作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的地形和空間條件。

除了傳動(dòng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，底盤的懸掛系統(tǒng)也進(jìn)行了適應(yīng)性改造。堆料作業(yè)過(guò)程中，設(shè)備可能會(huì)在不平整的地面上行駛，對(duì)底盤的懸掛系統(tǒng)提出了更高的要求，需要其具備更好的減震和緩沖性能，以保證設(shè)備的穩(wěn)定性和舒適性。原吊車的懸掛系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上主要考慮了起重作業(yè)時(shí)的靜態(tài)負(fù)載，對(duì)于動(dòng)態(tài)沖擊的緩沖能力相對(duì)較弱。因此，在改造過(guò)程中，更換了高性能的減震器和彈簧。選用了阻尼可調(diào)的減震器，通過(guò)調(diào)節(jié)減震器的阻尼力，可以根據(jù)不同的路況和行駛速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛震動(dòng)的有效控制。在通過(guò)顛簸路面時(shí)，增大減震器的阻尼力，減少車輛的顛簸幅度；在平坦路面行駛時(shí)，減小阻尼力，提高車輛的行駛舒適性。同時(shí)，增加了彈簧的剛度和承載能力，以適應(yīng)堆料作業(yè)時(shí)車輛滿載物料的重量。例如，將彈簧的剛度提高了20%，使其能夠更好地支撐車輛的重量，減少?gòu)椈傻膲嚎s變形，提高車輛的行駛穩(wěn)定性。對(duì)懸掛系統(tǒng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，確保車輪在行駛過(guò)程中的定位準(zhǔn)確，減少輪胎的磨損，提高車輛的操控性能。通過(guò)這些懸掛系統(tǒng)的改造，設(shè)備在不平整地面上行駛時(shí)的震動(dòng)得到了有效抑制，行駛穩(wěn)定性和舒適性得到了明顯改善，為堆料作業(yè)的順利進(jìn)行提供了有力保障。

4.3 行走及擺動(dòng)控制策略

行走及擺動(dòng)控制策略的制定依據(jù)主要來(lái)源于設(shè)備的作業(yè)需求和安全運(yùn)行要求。在堆料作業(yè)過(guò)程中，設(shè)備需要在不同的場(chǎng)地條件下靈活移動(dòng)和調(diào)整位置，以實(shí)現(xiàn)物料的準(zhǔn)確堆放。因此，控制策略需要確保設(shè)備能夠穩(wěn)定、精確地實(shí)現(xiàn)行走和擺動(dòng)動(dòng)作，同時(shí)保證操作人員的安全。

對(duì)于行走控制，手動(dòng)控制方式主要通過(guò)操作駕駛室內(nèi)的控制臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂婆_(tái)上設(shè)置有前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向等操作手柄或按鈕，操作人員根據(jù)實(shí)際作業(yè)需求，通過(guò)操作這些控制元件來(lái)控制底盤的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。在手動(dòng)控制模式下，操作人員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地形、障礙物分布以及堆料位置等情況，靈活地調(diào)整設(shè)備的行走速度和方向。當(dāng)需要靠近堆料區(qū)域時(shí)，操作人員可以通過(guò)操作手柄降低行走速度，以確保設(shè)備能夠準(zhǔn)確地停在指定位置；在空曠的場(chǎng)地中移動(dòng)時(shí)，則可以適當(dāng)提高行走速度，提高作業(yè)效率。

自動(dòng)控制則是通過(guò)預(yù)先編寫的控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。控制程序根據(jù)安裝在設(shè)備上的各種傳感器所采集的數(shù)據(jù)，如位置傳感器、速度傳感器、角度傳感器等，自動(dòng)控制底盤的行走和轉(zhuǎn)向。在自動(dòng)控制模式下，首先需要在控制系統(tǒng)中輸入堆料的目標(biāo)位置和行走路徑規(guī)劃信息。控制系統(tǒng)根據(jù)這些信息，結(jié)合傳感器實(shí)時(shí)反饋的數(shù)據(jù)，計(jì)算出設(shè)備的當(dāng)前位置和姿態(tài)，并與目標(biāo)位置進(jìn)行比較。根據(jù)比較結(jié)果，控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整底盤的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，使設(shè)備按照預(yù)定的路徑和速度行走。在行走過(guò)程中，如果傳感器檢測(cè)到前方有障礙物，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出指令，使設(shè)備停止前進(jìn)或調(diào)整行走方向，以避開障礙物。

吊臂的擺動(dòng)控制同樣分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式。手動(dòng)擺動(dòng)控制通過(guò)操作控制臺(tái)上的相應(yīng)手柄或按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，操作人員可以根據(jù)堆料的實(shí)際需要，精確地控制吊臂的上下、左右擺動(dòng)角度。在手動(dòng)控制模式下，操作人員可以根據(jù)物料的堆放高度和位置，靈活地調(diào)整吊臂的角度，確保物料能夠準(zhǔn)確地堆放到位。當(dāng)需要將物料堆放在較高的位置時(shí)，操作人員可以通過(guò)操作手柄將吊臂向上抬起；當(dāng)需要將物料堆放在較遠(yuǎn)的位置時(shí)，則可以將吊臂向外伸展并調(diào)整擺動(dòng)角度。

自動(dòng)擺動(dòng)控制則是基于預(yù)設(shè)的堆料模式和實(shí)時(shí)的物料輸送情況來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的堆料模式，如分層堆料、錐形堆料等，自動(dòng)控制吊臂的擺動(dòng)角度和速度。在自動(dòng)擺動(dòng)過(guò)程中，控制系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物料的輸送量和皮帶的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)這些信息調(diào)整吊臂的擺動(dòng)頻率和幅度，以保證物料能夠均勻地分布在堆料區(qū)域。如果物料輸送量較大，控制系統(tǒng)會(huì)適當(dāng)增加吊臂的擺動(dòng)頻率，使物料能夠更快地堆放；如果物料輸送量較小，則會(huì)降低擺動(dòng)頻率，避免物料過(guò)度集中。控制系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)堆料區(qū)域的形狀和尺寸，自動(dòng)調(diào)整吊臂的擺動(dòng)范圍，確保物料能夠覆蓋整個(gè)堆料區(qū)域。

5  電控部分自主控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 控制系統(tǒng)總體架構(gòu)

本研究設(shè)計(jì)的電控部分自主控制系統(tǒng)采用分層分布式架構(gòu)，主要由管理層、控制層和設(shè)備層組成，各層之間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和指令交互，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)改造后堆料設(shè)備的精確控制和高效管理。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖 1 所示：

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

管理層是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心決策層，主要由工業(yè)計(jì)算機(jī)和監(jiān)控軟件組成。工業(yè)計(jì)算機(jī)采用高性能的工控機(jī)（研華ARK-3500)，具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和穩(wěn)定的運(yùn)行性能，能夠?qū)崟r(shí)處理大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和控制指令。監(jiān)控軟件則是基于先進(jìn)的組態(tài)軟件平臺(tái)（Wincc）開發(fā)而成，具有友好的人機(jī)界面（HMI），操作人員可以通過(guò)該界面直觀地監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，如皮帶的運(yùn)行速度、物料的輸送量等。在監(jiān)控界面上，以動(dòng)態(tài)圖形的方式展示設(shè)備的工作狀態(tài)，用數(shù)字實(shí)時(shí)顯示各項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)還設(shè)置了各種報(bào)警提示信息，以便操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的異常情況。通過(guò)監(jiān)控軟件，操作人員可以遠(yuǎn)程下達(dá)各種控制指令，如設(shè)備的啟動(dòng)、停止、速度調(diào)節(jié)、堆料模式切換等，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和管理。監(jiān)控軟件還具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析功能，能夠?qū)⒃O(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，形成歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，可以了解設(shè)備的運(yùn)行規(guī)律，為設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)和性能優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。

控制層是連接管理層和設(shè)備層的中間環(huán)節(jié)，主要由可編程邏輯控制器（PLC）和運(yùn)動(dòng)控制器組成。PLC 作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心控制單元，承  擔(dān)著設(shè)備運(yùn)行邏輯控制和數(shù)據(jù)處理的重要任務(wù)。選用西門子S7-1200PLC，該型號(hào) PLC 具有高速的運(yùn)算能力、豐富的 I/O 接口和強(qiáng)大的通信功能，能夠滿足系統(tǒng)對(duì)控制精度和實(shí)時(shí)性的要求。PLC 通過(guò)各種輸入模塊采集來(lái)自設(shè)備層的傳感器信號(hào)，如皮帶的速度傳感器、物料的重量傳感器等，對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理和分析，根據(jù)預(yù)設(shè)的控制邏輯和算法，通過(guò)輸出模塊控制執(zhí)行器的動(dòng)作，如電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)，液壓閥的開閉等，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的精確控制。

設(shè)備層是控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要包括各種傳感器、執(zhí)行器和電機(jī)等設(shè)備。傳感器是設(shè)備層的重要組成部分，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和工作環(huán)境參數(shù)。在本系統(tǒng)中，安裝了多種類型的傳感器，如皮帶的速度傳感器采用歐姆龍E6C3的速度傳感器，能夠精確地測(cè)量皮帶的運(yùn)行速度，并將速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳輸給PLC；物料的重量傳感器采用梅特勒-托利多PW15的稱重傳感器，用于測(cè)量輸送物料的重量，為堆料作業(yè)提供數(shù)據(jù)支持。這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，為控制系統(tǒng)提供可靠的信息來(lái)源。執(zhí)行器則根據(jù)控制層發(fā)出的指令，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的各種功能。在本系統(tǒng)中，執(zhí)行器主要包括電機(jī)、液壓閥等設(shè)備。電機(jī)作為設(shè)備的動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)皮帶的運(yùn)行和吊臂的運(yùn)動(dòng)。電機(jī)采用BWY18-17-YEJ22的擺線減速電機(jī)，具有較高的效率和可靠性。

5.2 硬件選型與電路設(shè)計(jì)

控制器的選型對(duì)控制系統(tǒng)的性能起著關(guān)鍵作用。在本系統(tǒng)中，選用了 西門子S7-1200PLC的可編程邏輯控制器（PLC）作為核心控制器。該型號(hào) PLC 具備豐富的指令集和強(qiáng)大的運(yùn)算能力，能夠快速處理各種控制邏輯和數(shù)據(jù)運(yùn)算。其高速的掃描速度可確保對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和及時(shí)響應(yīng)，滿足堆料設(shè)備對(duì)控制實(shí)時(shí)性的嚴(yán)格要求。該 PLC 擁有多個(gè)通信接口，如 RS485、以太網(wǎng)等，便于與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和聯(lián)網(wǎng)控制，能夠方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理。豐富的 I/O 接口也是選擇該 PLC 的重要因素之一，它能夠滿足系統(tǒng)對(duì)各種傳感器信號(hào)輸入和執(zhí)行器控制信號(hào)輸出的需求。通過(guò)擴(kuò)展模塊，I/O 點(diǎn)數(shù)可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置，為系統(tǒng)的功能擴(kuò)展提供了便利。在實(shí)際應(yīng)用中，西門子S7-1200PLC在類似的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中表現(xiàn)出色，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，能夠適應(yīng)復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境，為堆料設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

傳感器作為控制系統(tǒng)的信息采集單元，其精度和可靠性直接影響到系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。根據(jù)堆料設(shè)備的實(shí)際需求，選用了多種類型的傳感器。在皮帶速度檢測(cè)方面，采用了歐姆龍E6C3的速度傳感器。該傳感器基于電磁感應(yīng)原理，能夠準(zhǔn)確地測(cè)量皮帶的運(yùn)行速度。其測(cè)量精度可達(dá) ±0.1m/s，能夠?yàn)榭刂葡到y(tǒng)提供精確的速度反饋信號(hào)，確保皮帶在運(yùn)行過(guò)程中的速度穩(wěn)定，滿足不同堆料工況下對(duì)皮帶速度的控制要求。為了監(jiān)測(cè)物料的輸送量，選用了梅特勒-托利多PW15的重量傳感器。該傳感器利用壓力應(yīng)變?cè)?，能夠精確地測(cè)量輸送物料的重量。其量程可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，精度可達(dá)±0.5% FS，能夠?yàn)槎蚜献鳂I(yè)提供準(zhǔn)確的物料重量數(shù)據(jù)，便于操作人員掌握物料的輸送情況，合理調(diào)整堆料作業(yè)參數(shù)。

硬件電路原理圖是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)需充分考慮各硬件設(shè)備之間的連接關(guān)系和信號(hào)傳輸路徑。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先確定了 PLC 與傳感器、執(zhí)行器之間的連接方式。PLC 的輸入接口與各種傳感器的輸出信號(hào)相連，將傳感器采集到的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)傳輸給 PLC 進(jìn)行處理。PLC 的輸出接口則與執(zhí)行器的控制信號(hào)輸入端相連，根據(jù) PLC 的控制指令，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制。例如，速度傳感器的輸出信號(hào)通過(guò)屏蔽電纜連接到 PLC 的高速計(jì)數(shù)輸入接口，以確保速度信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸；重量傳感器的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路后，輸入到 PLC 的模擬量輸入通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料重量的精確測(cè)量。

在電氣控制電路中，還設(shè)計(jì)了電源電路、信號(hào)調(diào)理電路和保護(hù)電路等。電源電路為整個(gè)控制系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，采用了開關(guān)電源，能夠?qū)⑼獠拷涣麟娹D(zhuǎn)換為適合各硬件設(shè)備使用的直流電。信號(hào)調(diào)理電路用于對(duì)傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理，以滿足 PLC 的輸入要求。保護(hù)電路則對(duì)系統(tǒng)中的電氣設(shè)備起到保護(hù)作用，防止因過(guò)電流、過(guò)電壓、短路等故障對(duì)設(shè)備造成損壞。例如，在電機(jī)的控制電路中，設(shè)置了熱繼電器和熔斷器，當(dāng)電機(jī)過(guò)載或發(fā)生短路時(shí)，熱繼電器會(huì)自動(dòng)切斷電路，熔斷器會(huì)迅速熔斷，保護(hù)電機(jī)電氣設(shè)備的和其他安全。通過(guò)合理的硬件選型和精心設(shè)計(jì)的硬件電路原理圖，為電控部分自主控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和精確控制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5.3 軟件編程與功能實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的軟件編程環(huán)境選用了TIA Portal V15，該軟件具有豐富的函數(shù)庫(kù)和便捷的開發(fā)工具，能夠大大提高編程效率。編程語(yǔ)言采用梯形圖語(yǔ)言，它以圖形化的方式表達(dá)控制邏輯，直觀易懂，便于工程技術(shù)人員理解和維護(hù)。

在物料輸送控制功能模塊中，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶運(yùn)行的精確控制。當(dāng)系統(tǒng)接收到啟動(dòng)指令后，首先檢測(cè)皮帶的張緊度和物料輸送通道是否暢通。若檢測(cè)正常，通過(guò) PLC 控制皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，按照預(yù)設(shè)的速度運(yùn)行。在運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)物料的輸送量和皮帶的負(fù)載情況，實(shí)時(shí)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。若物料輸送量過(guò)大，導(dǎo)致皮帶負(fù)載過(guò)重，通過(guò) PLC 控制變頻器降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，防止皮帶打滑；若物料輸送量較小，可適當(dāng)提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，提高堆料效率。當(dāng)系統(tǒng)接收到停止指令時(shí)，先停止物料的輸送，然后逐漸降低皮帶的運(yùn)行速度，待皮帶上的物料全部輸送完畢后，再停止皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮帶的運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，如皮帶跑偏、電機(jī)過(guò)載等，立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并停止皮帶運(yùn)行，以保護(hù)設(shè)備和人員安全。

堆料模式切換功能模塊使設(shè)備能夠適應(yīng)不同的堆料需求。系統(tǒng)預(yù)設(shè)了多種堆料模式，如分層堆料模式、錐形堆料模式、定點(diǎn)堆料模式等。操作人員可以根據(jù)實(shí)際堆料場(chǎng)地的形狀、物料的性質(zhì)和堆料要求，在控制臺(tái)上選擇相應(yīng)的堆料模式。當(dāng)選擇分層堆料模式時(shí)，PLC 根據(jù)預(yù)設(shè)的分層厚度和堆料范圍，控制吊臂和皮帶的運(yùn)動(dòng)，使物料均勻地堆積成一層一層的形狀。在每層堆料過(guò)程中，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物料的堆積高度和位置，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)的分層厚度時(shí)，自動(dòng)調(diào)整吊臂的高度，開始下一層的堆料。當(dāng)選擇錐形堆料模式時(shí)，PLC 控制吊臂以一定的角度和半徑進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)皮帶持續(xù)輸送物料，使物料堆積成錐形。在堆料過(guò)程中，根據(jù)錐形的形狀要求，實(shí)時(shí)調(diào)整吊臂的回轉(zhuǎn)速度和物料的輸送量，保證錐形堆料的形狀規(guī)則。定點(diǎn)堆料模式則適用于需要在特定位置進(jìn)行集中堆料的情況。操作人員在控制臺(tái)上設(shè)定好堆料的位置和范圍，PLC 控制吊臂和皮帶將物料準(zhǔn)確地輸送到指定位置進(jìn)行堆積。通過(guò)這些堆料模式的切換，設(shè)備能夠靈活地滿足不同的堆料作業(yè)需求，提高堆料的質(zhì)量和效率。

6  改造后設(shè)備的性能測(cè)試與分析

6.1 測(cè)試方案制定

在完成對(duì)閑置吊車的改造后，為了全面評(píng)估其性能是否滿足堆料作業(yè)的要求，制定了詳細(xì)的測(cè)試方案。測(cè)試項(xiàng)目涵蓋了堆料效率、皮帶運(yùn)行穩(wěn)定性、液壓系統(tǒng)性能以及電氣控制系統(tǒng)功能等多個(gè)關(guān)鍵方面。

堆料效率測(cè)試旨在衡量設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)完成的堆料量。采用的測(cè)試方法為在一定時(shí)間內(nèi)，向設(shè)備輸送定量的物料，記錄設(shè)備完成堆料所需的時(shí)間，從而計(jì)算出堆料效率。具體步驟為：首先確定測(cè)試場(chǎng)地，清理場(chǎng)地內(nèi)的雜物，確保堆料區(qū)域平整。然后準(zhǔn)備一定量的物料，如焦炭，其質(zhì)量為5000 噸。啟動(dòng)設(shè)備，將物料通過(guò)皮帶輸送至堆料區(qū)域，同時(shí)使用計(jì)時(shí)器記錄堆料開始時(shí)間。在堆料過(guò)程中，保持物料的輸送速度和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。當(dāng)物料全部堆放到指定區(qū)域后，停止計(jì)時(shí)器，記錄堆料結(jié)束時(shí)間。根據(jù)堆料時(shí)間和物料質(zhì)量，計(jì)算堆料效率，計(jì)算公式為：堆料效率 = 物料質(zhì)量 ÷ 堆料時(shí)間。

皮帶運(yùn)行穩(wěn)定性測(cè)試主要檢查皮帶在運(yùn)行過(guò)程中是否出現(xiàn)跑偏、打滑、異常振動(dòng)等問(wèn)題。測(cè)試時(shí)，讓皮帶在空載和滿載兩種工況下運(yùn)行，通過(guò)觀察和測(cè)量來(lái)評(píng)估其穩(wěn)定性。在空載運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使皮帶以正常運(yùn)行速度運(yùn)轉(zhuǎn)，觀察皮帶的運(yùn)行軌跡，檢查是否有跑偏現(xiàn)象。使用直尺或其他測(cè)量工具，測(cè)量皮帶邊緣與滾筒邊緣的偏差，記錄跑偏量。同時(shí)，傾聽皮帶運(yùn)行過(guò)程中是否有異常噪音，觀察皮帶是否有抖動(dòng)或振動(dòng)現(xiàn)象。在滿載運(yùn)行時(shí)，向皮帶上輸送物料，使皮帶達(dá)到額定負(fù)載，再次觀察皮帶的運(yùn)行狀態(tài)，重復(fù)上述測(cè)量和檢查步驟。若發(fā)現(xiàn)皮帶跑偏，分析跑偏原因，如皮帶張緊度不均勻、托輥安裝不平行等，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和處理。

電氣控制系統(tǒng)功能測(cè)試通過(guò)模擬各種操作指令，檢查系統(tǒng)的響應(yīng)速度、控制精度以及各項(xiàng)保護(hù)功能是否正常。使用專門的測(cè)試設(shè)備，向電氣控制系統(tǒng)發(fā)送啟動(dòng)、停止、調(diào)速、堆料模式切換等指令，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和執(zhí)行效果。在發(fā)送啟動(dòng)指令后，記錄系統(tǒng)從接收到指令到設(shè)備開始動(dòng)作的時(shí)間，評(píng)估響應(yīng)速度。在調(diào)速過(guò)程中，檢查設(shè)備的速度變化是否平穩(wěn)，是否能夠準(zhǔn)確達(dá)到設(shè)定的速度值，以評(píng)估控制精度。對(duì)系統(tǒng)的過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、限位保護(hù)等功能進(jìn)行測(cè)試，模擬相應(yīng)的故障情況，檢查系統(tǒng)是否能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并采取保護(hù)措施，確保設(shè)備和人員的安全。

6.2 性能測(cè)試結(jié)果

通過(guò)一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)試，獲得了改造后設(shè)備在各項(xiàng)性能指標(biāo)上的具體數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)直觀地反映了設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行能力和效果。

堆料效率測(cè)試結(jié)果顯示，在不同物料種類和工況下，設(shè)備的堆料效率表現(xiàn)出色。當(dāng)輸送煤炭時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)工況下（物料粒度、濕度等符合正常范圍），設(shè)備的平均堆料效率達(dá)到了450 噸 / 小時(shí)，與設(shè)計(jì)預(yù)期相符。通過(guò)對(duì)不同工況下堆料效率數(shù)據(jù)的分析，繪制出堆料效率與物料種類、輸送速度等因素的關(guān)系曲線，如圖 2 所示。

圖2 堆料效率與輸送速度關(guān)系曲線

從曲線中可以清晰地看出，隨著物料輸送速度的增加，堆料效率呈現(xiàn)先上升后趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)。當(dāng)輸送速度達(dá)到一定值后，由于設(shè)備的機(jī)械性能限制和物料輸送過(guò)程中的阻力等因素，堆料效率不再顯著提高。不同物料種類對(duì)堆料效率也有明顯影響，煤炭等粒度較小、流動(dòng)性較好的物料，堆料效率相對(duì)較高；而砂石等粒度較大、摩擦系數(shù)較大的物料，堆料效率相對(duì)較低。

皮帶運(yùn)行穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果表明，在空載和滿載工況下，皮帶均能保持穩(wěn)定運(yùn)行。在空載運(yùn)行時(shí)，皮帶的跑偏量控制在極小范圍內(nèi)，最大跑偏量不超過(guò)5 mm，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。皮帶運(yùn)行過(guò)程中無(wú)明顯振動(dòng)和噪音，運(yùn)行平穩(wěn)。在滿載運(yùn)行時(shí)，盡管皮帶承受了較大的物料重量和張力，但通過(guò)合理的張緊裝置和托輥布置，皮帶的跑偏量依然控制在8mm 以內(nèi)，確保了物料的穩(wěn)定輸送。皮帶在運(yùn)行過(guò)程中未出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流和溫度均在正常范圍內(nèi)，表明皮帶與驅(qū)動(dòng)滾筒之間的摩擦力能夠滿足物料輸送的需求。

電氣控制系統(tǒng)功能測(cè)試結(jié)果顯示，系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，控制精度高。在發(fā)送啟動(dòng)指令后，設(shè)備能夠在0.05秒內(nèi)迅速響應(yīng)并啟動(dòng)，響應(yīng)速度滿足實(shí)際作業(yè)需求。在調(diào)速過(guò)程中，設(shè)備能夠準(zhǔn)確地按照設(shè)定的速度值進(jìn)行調(diào)整，速度偏差控制在±5%以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備運(yùn)行速度的精確控制。各項(xiàng)保護(hù)功能正常，當(dāng)模擬過(guò)載、短路等故障時(shí)，系統(tǒng)能夠在10毫秒內(nèi)迅速發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，如切斷電源、停止設(shè)備運(yùn)行等，有效地保障了設(shè)備和人員的安全。

6.3 結(jié)果分析與優(yōu)化建議

綜合測(cè)試結(jié)果來(lái)看，改造后的設(shè)備在堆料效率、皮帶運(yùn)行穩(wěn)定性以及電氣控制系統(tǒng)功能等方面均表現(xiàn)良好，基本滿足了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，展現(xiàn)出在實(shí)際堆料作業(yè)中的應(yīng)用潛力。堆料效率方面，在不同物料工況下，設(shè)備的堆料效率雖有波動(dòng)，但總體處于較高水平，能夠適應(yīng)常見散狀物料的堆料需求。這得益于合理的皮帶設(shè)計(jì)和高效的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使得物料能夠快速、穩(wěn)定地輸送至堆料區(qū)域。皮帶運(yùn)行穩(wěn)定性在空載和滿載工況下均得到了有效保障，通過(guò)精確的張緊控制和合理的托輥布局，確保了皮帶在運(yùn)行過(guò)程中的平穩(wěn)性，減少了因皮帶問(wèn)題導(dǎo)致的故障風(fēng)險(xiǎn)。

然而，測(cè)試過(guò)程中也暴露出一些有待改進(jìn)的問(wèn)題。在堆料效率方面，當(dāng)物料的濕度較大或顆粒度不均勻時(shí)，堆料效率會(huì)出現(xiàn)明顯下降。這是因?yàn)闈穸容^大的物料容易粘連在皮帶上，導(dǎo)致皮帶輸送阻力增大，影響輸送速度；而顆粒度不均勻的物料在輸送過(guò)程中可能會(huì)造成皮帶受力不均，引發(fā)皮帶跑偏等問(wèn)題，進(jìn)而降低堆料效率。針對(duì)這一問(wèn)題，建議在后續(xù)優(yōu)化中，增加物料預(yù)處理環(huán)節(jié)，如對(duì)濕度較大的物料進(jìn)行烘干處理，對(duì)顆粒度不均勻的物料進(jìn)行篩選或破碎，以提高物料的均勻性和流動(dòng)性。同時(shí)，優(yōu)化皮帶的表面處理工藝，采用具有更好防粘性能的材料或涂層，減少物料在皮帶上的粘連。

在皮帶運(yùn)行穩(wěn)定性方面，雖然整體表現(xiàn)良好，但在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，仍發(fā)現(xiàn)皮帶存在輕微的磨損現(xiàn)象。這主要是由于皮帶與托輥、滾筒之間的摩擦以及物料對(duì)皮帶的沖擊所致。為解決這一問(wèn)題，可選用耐磨性更好的皮帶材料，提高皮帶的使用壽命。優(yōu)化托輥和滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少其與皮帶之間的摩擦力。例如，采用自潤(rùn)滑托輥，降低托輥的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力，減少對(duì)皮帶的磨損；對(duì)滾筒表面進(jìn)行優(yōu)化處理，增加其表面粗糙度，提高與皮帶之間的摩擦力，同時(shí)減少皮帶的打滑現(xiàn)象。加強(qiáng)對(duì)皮帶的日常維護(hù)和保養(yǎng)，定期檢查皮帶的磨損情況，及時(shí)更換磨損嚴(yán)重的部件，確保皮帶的正常運(yùn)行。

展望未來(lái)，隨著工業(yè)自動(dòng)化和智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)堆料設(shè)備的性能和智能化水平提出了更高的要求。在后續(xù)研究中，可以進(jìn)一步引入先進(jìn)的傳感器技術(shù)和智能控制算法，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化運(yùn)行和遠(yuǎn)程監(jiān)控。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，操作人員可以通過(guò)手機(jī)、電腦等終端設(shè)備隨時(shí)隨地監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。引入人工智能技術(shù)，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，提前預(yù)警設(shè)備故障，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)，提高設(shè)備的可靠性和運(yùn)行效率。還可以探索將新能源技術(shù)應(yīng)用于堆料設(shè)備，如采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油驅(qū)動(dòng)，減少設(shè)備的能耗和環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)綠色堆料作業(yè)。

7  結(jié)論與展望

7.1 研究成果總結(jié)

本研究成功將閑置吊車改造為具備堆料功能的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)閑置資源的有效利用，在技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用方面取得了顯著成果。

在技術(shù)層面，通過(guò)對(duì)吊車結(jié)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)等多方面的改造與創(chuàng)新，攻克了一系列技術(shù)難題。設(shè)計(jì)了合理的吊臂與皮帶連接方式，確保了運(yùn)行皮帶在吊臂上的穩(wěn)定安裝和可靠運(yùn)行。選用了合適的皮帶材料和結(jié)構(gòu)，保證了皮帶的強(qiáng)度和耐磨性，滿足了堆料作業(yè)對(duì)皮帶性能的要求。自主開發(fā)的電氣控制系統(tǒng)，采用先進(jìn)的 PLC技術(shù)和傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高了設(shè)備的運(yùn)行精度和安全性。

從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，改造后的設(shè)備在堆料作業(yè)中表現(xiàn)出色。堆料效率達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，在不同物料和工況下，均能保持較高的堆料速度，滿足了工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)堆料效率的要求。皮帶運(yùn)行穩(wěn)定性良好，在空載和滿載工況下，皮帶均未出現(xiàn)明顯的跑偏、打滑等問(wèn)題，保證了物料的穩(wěn)定輸送。液壓系統(tǒng)性能穩(wěn)定，各執(zhí)行元件動(dòng)作順暢，能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)吊臂的升降、回轉(zhuǎn)和變幅等動(dòng)作。電氣控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快，控制精度高，操作人員可以通過(guò)人機(jī)界面方便地對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)控，提高了作業(yè)的便捷性和安全性。

7.2 研究的不足與展望

盡管本研究取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處。在設(shè)備的可靠性和耐久性方面，雖然經(jīng)過(guò)測(cè)試驗(yàn)證設(shè)備能夠滿足基本的堆料作業(yè)需求，但由于實(shí)際工況的復(fù)雜性和多樣性，設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)一些潛在的問(wèn)題。例如，皮帶的磨損、液壓系統(tǒng)的泄漏以及電氣元件的老化等，這些問(wèn)題可能會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命。在未來(lái)的研究中，可以進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)設(shè)備關(guān)鍵部件的可靠性設(shè)計(jì)和耐久性研究，采用更先進(jìn)的材料和制造工藝，提高設(shè)備的可靠性和耐久性。

從技術(shù)創(chuàng)新的角度來(lái)看，目前設(shè)備的自動(dòng)化和智能化程度還有待提高。雖然電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本的自動(dòng)化控制功能，但與先進(jìn)的智能化堆料設(shè)備相比，還存在一定的差距。例如，在設(shè)備的故障診斷和預(yù)測(cè)方面，目前主要依賴人工巡檢和簡(jiǎn)單的報(bào)警系統(tǒng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的提前預(yù)警和智能診斷。在未來(lái)的研究中，可以引入人工智能、大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化管理和故障診斷，提高設(shè)備的運(yùn)行效率和安全性。

在市場(chǎng)推廣方面，雖然改造后的設(shè)備具有成本低、靈活性高等優(yōu)勢(shì)，但由于其屬于新型設(shè)備，市場(chǎng)認(rèn)知度較低，推廣難度較大。為了更好地推廣應(yīng)用該設(shè)備，需要加強(qiáng)市場(chǎng)宣傳和推廣工作，提高設(shè)備的知名度和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

展望未來(lái)，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，堆料設(shè)備的智能化、綠色化和高效化將成為發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)的研究可以朝著這些方向展開，進(jìn)一步提升設(shè)備的性能和技術(shù)水平。在智能化方面，深入研究人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在堆料設(shè)備中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自主決策、遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能運(yùn)維。通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用人工智能算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障預(yù)測(cè)，提高設(shè)備的可靠性和運(yùn)行效率。在綠色化方面，探索新能源技術(shù)在堆料設(shè)備中的應(yīng)用，如采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油驅(qū)動(dòng)，減少設(shè)備的能耗和環(huán)境污染。研發(fā)高效的除塵和降噪技術(shù)，降低設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)綠色堆料作業(yè)。在高效化方面，不斷優(yōu)化設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)，提高設(shè)備的堆料效率和作業(yè)質(zhì)量。通過(guò)改進(jìn)皮帶的輸送方式、優(yōu)化吊臂的運(yùn)動(dòng)軌跡等措施，進(jìn)一步提高設(shè)備的堆料速度和精度，滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)堆料效率的更高要求。

本研究為閑置吊車的再利用和堆料設(shè)備的創(chuàng)新發(fā)展提供了有益的參考，未來(lái)需要針對(duì)研究中的不足，不斷探索和創(chuàng)新，推動(dòng)堆料設(shè)備技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步和廣泛應(yīng)用。

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