杜平偉  尹石良

（河北新金鋼鐵有限公司）

摘要：針對燒結機臺車車輪軸承人工注油勞動強度大、安全性差、注油不均、效率低下等問題，本文設計了一種智能行走自動注油小車。該小車采用激光/視覺定位、隨動跟蹤、自動清潔、定量注油和PLC智能控制技術，可在燒結機不停機運行狀態下，自動完成臺車輪油嘴識別、清潔、動態跟隨與精準注油。現場應用表明：系統定位精度≤1 mm，注油成功率≥98%，效率提升6–8倍，顯著降低工人勞動強度，延長車輪軸承壽命30%以上，為燒結設備智能化運維提供了可靠技術方案。

關鍵詞：燒結機；臺車車輪；智能注油；自動小車；視覺定位；隨動跟蹤；PLC

1 引言

燒結機是鋼鐵生產的核心熱工設備，臺車車輪長期在高溫、粉塵、重載、交變應力惡劣工況下連續運轉。每臺燒結機通常擁有數百個車輪軸承潤滑點，傳統注油方式依靠人工手持油槍在設備運行旁近距離蹲位操作，存在以下突出問題：

1. 安全風險高：靠近運動臺車，易發生機械傷害；高溫、粉塵環境惡劣。

2. 勞動強度大：長時間彎腰、重復動作，人工效率低。

3. 注油質量不穩定：油量不均、漏注、油嘴堵塞無法及時清理，導致軸承過早磨損。

4. 數據無法追溯：注油時間、油量、狀態缺乏記錄，難以實現設備數字化管理。

隨著智能制造與智慧礦山建設推進，在線、自動、精準、可追溯的潤滑維護成為必然趨勢。為此，本文研發一套燒結主機臺車輪智能行走自動注油小車，實現“清掃—定位—跟隨—注油—復位”全流程自動化作業。

2 總體設計方案

2.1 設計原則

- 在線不停機作業：不影響燒結機連續生產。

- 高可靠性適應惡劣工況：耐高溫、防塵、防震動。

- 高精度定位與定量注油：重復定位精度≤1 mm，注油量誤差≤±1%。

- 模塊化設計：便于安裝、維護與功能擴展。

- 安全聯鎖：防撞、急停、光柵保護、故障自診斷報警。

2.2 系統總體構成

智能行走自動注油小車主要由以下子系統組成：

1. 智能行走車體：軌道/地面行走機構、伺服驅動、剎車定位。

2. 視覺/激光定位系統：工業相機、激光測距、RFID/編碼器測速。

3. 隨動跟蹤機構：伸縮滑臺、浮動注油槍、自適應對中機構。

4. 自動清潔單元：高速旋轉刷+高壓氣吹，清除油嘴粉塵結焦。

5. 定量潤滑系統：油脂泵、減壓閥、流量傳感器、壓力開關。

6. PLC控制系統：西門子S7?1200為主控，觸摸屏人機界面，支持遠程通訊。

7. 安全防護系統：安全光柵、防撞傳感器、急停按鈕、聲光報警。

系統整體布置可根據現場工況，結合燒結機側邊空間合理規劃，確保行走順暢、對位精準，不干涉臺車正常運行。

3 關鍵結構設計

3.1 智能行走車體

車體采用重型型鋼+防塵密封結構，配備伺服電機驅動行走輪，沿燒結機側部專用軌道或地面導軌行走。具備精準停靠、自動對位、斷電剎車功能，可在任意潤滑點穩定?？浚凶咚俣瓤筛鶕_車運行速度自適應調節，確保與臺車運動節奏匹配。車體底部設置減震墊，減少設備運行過程中的震動，避免影響定位精度與注油效果。

3.2 視覺?激光融合定位

采用工業相機+激光測距組合定位方式，解決單一定位方式在高溫、粉塵環境下精度不足的問題：

- 工業相機搭載高清鏡頭與防塵罩，通過圖像識別算法捕捉臺車車輪輪廓與油嘴位置，實現靜態定位；

- 激光測距傳感器實時測量小車與臺車車輪的距離、相對速度，動態計算油嘴瞬時坐標；

- 配合臺車編碼器信號，實現動態坐標跟蹤，實時補償臺車運行過程中的位置偏差，確保運動中精準對位，定位響應時間≤50ms。

3.3 隨動跟蹤與浮動注油機構

核心采用雙偏心浮動+自適應回彈萬向軸結構，適應臺車運行過程中的微小晃動與位置偏移：

- 小車定位后，伸縮滑臺根據定位坐標精準伸出，帶動注油槍靠近油嘴；

- 浮動注油槍通過萬向軸連接，可實現上下、左右各±5mm的自適應調節，自動對中油嘴，補償車輪形變與位置偏差；

- 隨動機構采用伺服跟隨控制，實時跟蹤臺車前進速度，保持注油槍與油嘴相對靜止，完成連續、穩定注油，避免注油過程中出現溢油、漏注現象。

3.4 油嘴自動清潔裝置

設置高速旋轉柔性刷+高壓吹掃組合清潔機構，解決油嘴表面粉塵、干結油脂堵塞問題，保障注油通道暢通：

- 作業前3–5秒，高速旋轉柔性刷啟動，轉速可達1500r/min，輕柔清理油嘴表面鐵粉、干結油脂，避免損傷油嘴接口；

- 清潔完成后，高壓氣吹立即啟動，吹凈油嘴表面殘留粉塵與碎屑，壓力控制在0.3–0.5MPa，防止雜質進入軸承造成磨料磨損，確保潤滑效果。

3.5 定量潤滑系統

采用高精度計量泵+壓力閉環控制，實現注油量的精準控制與油路狀態的實時監測：

- 推薦潤滑脂：二硫化鉬鋰基脂（適用溫度-20℃~120℃，具備良好的耐高溫、抗磨損、防腐蝕性能）；

- 單次注油量可通過人機界面設定（典型30–50 mL），計量精度≤±1%，滿足不同規格車輪軸承的潤滑需求；

- 壓力開關實時檢測油路壓力，當壓力低于設定值（提示油脂不足）或高于設定值（提示油路堵塞）時，自動報警并終止注油作業，避免設備損壞。

4 控制系統設計

4.1 控制流程

系統采用全自動控制模式，可實現無人值守作業，自動運行流程如下：

1. 小車根據預設程序，行至待注油工位并精準停靠，完成初始定位；

2. 視覺/激光定位系統啟動，檢測車輪到位情況，同步測速并計算油嘴動態坐標；

3. 自動清潔裝置伸出，完成油嘴表面清潔作業；

4. 隨動機構伸出，注油槍自動對中并貼合油嘴，確認貼合無誤后發出信號；

5. 隨動機構同步跟隨臺車運動，啟動油泵進行定量注油，實時監測注油量與油路壓力；

6. 注油完成后，注油槍、清潔裝置、隨動機構依次自動復位；

7. 小車根據預設路徑，移動至下一待注油工位，重復上述流程，直至所有潤滑點注油完成，返回待機位；

8. 全程自動記錄注油時間、油量、車輪編號、作業狀態等數據，并上傳至上位機，實現數據可追溯。

4.2 PLC控制與通訊

- 主控單元：采用西門子S7?1200 PLC，具備運算速度快、抗干擾能力強、編程靈活等特點，可滿足惡劣工業環境下的控制需求；

- 人機界面：采用10英寸彩色觸摸屏，可實現參數設定（注油量、行走速度、清潔時間等）、運行狀態顯示、故障報警、手動/自動切換等功能，操作簡潔直觀；

- 通訊功能：支持Profinet/Modbus通訊協議，可接入燒結主控系統，實現遠程監控、參數下發與數據上傳，便于設備集中管理與運維。

4.3 安全聯鎖

為保障設備與人身安全，系統設置多重安全聯鎖機制：

- 小車前后端均安裝防撞傳感器與安全光柵，當檢測到障礙物或人員靠近時，立即停止行走并發出聲光報警；

- 設置超程、過載、壓力異常等報警模塊，當設備出現異常時，立即停止動作并退出作業，避免設備干涉損壞；

- 設備各關鍵部位均配備急停按鈕，支持手動緊急停機，確保突發情況下的安全；

- 系統具備故障自診斷功能，可快速定位故障點并在觸摸屏上顯示，便于維修人員及時處理。

5 現場應用與效果分析

5.1 應用工況

某鋼廠260 m²燒結機，臺車數量163臺，每臺臺車配備4個車輪，共652個潤滑點。臺車運行速度1.5–3.0 m/min，作業環境溫度40–60 ℃，粉塵濃度較高，傳統人工注油方式難以滿足生產需求，因此引入本文設計的智能行走自動注油小車進行現場應用測試。

5.2 主要性能指標

經過3個月的現場試運行，智能行走自動注油小車各項性能指標均達到設計要求，具體如下：

- 重復定位精度：≤1 mm；

- 注油成功率：≥98%；

- 單輪注油時間：10–15 s；

- 單次注油量：30–50 mL（可調）；

- 連續無故障運行時間：≥8000 h；

- 適應環境溫度：-10℃~80℃，可穩定應對燒結現場高溫、粉塵工況。

5.3 應用效果

現場應用表明，智能行走自動注油小車有效解決了傳統人工注油的諸多弊端，應用效果顯著：

1. 效率大幅提升：單臺小車可替代4–6名注油工，完成652個潤滑點的注油作業僅需8–10小時，效率較人工提升6–8倍，大幅減少人工投入；

2. 注油質量穩定：實現定量、均勻、清潔注油，避免漏注、溢注現象，車輪軸承潤滑效果顯著改善，軸承壽命延長30%以上，減少軸承備件消耗；

3. 安全性顯著提高：實現無人化作業，徹底消除人工靠近運動設備的機械傷害風險，改善工人作業環境，降低安全事故發生率；

4. 運維數字化：自動記錄每一個潤滑點的注油數據，形成運維臺賬，支持設備健康狀態分析與預測，為燒結機智能化運維提供數據支撐；

5. 降本增效：減少人工成本、備件消耗與設備停機時間，提高燒結機作業率，每年可為企業節約運維成本80–100萬元。

6 結論與展望

本文設計的燒結主機臺車輪智能行走自動注油小車，融合視覺?激光定位、隨動跟蹤、自動清潔與定量潤滑技術，實現了燒結臺車車輪在線、自動、精準、安全注油?，F場應用證明，系統運行穩定可靠，各項性能指標滿足設計要求，顯著提升了潤滑質量與運維效率，降低了安全風險與生產成本，符合鋼鐵行業智能制造與綠色發展方向，具有廣泛的推廣應用價值。

未來可進一步優化系統功能，融合AI視覺缺陷識別技術，在注油作業的同時，自動檢測車輪裂紋、磨損與油嘴損壞等故障，實現“潤滑+檢測+預警”一體化智能運維；同時，可引入物聯網技術，實現多臺小車的協同作業與遠程運維，為燒結設備全生命周期管理提供更全面的技術支撐。

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