摘要：垃圾焚烧发电厂在城市固体废弃物处理中发挥重要作用，抓斗作为进料系统的核心设备，其运行状态直接影响焚烧效率与设备安全性。实际运行中，抓斗常见问题包括机械磨损严重、控制系统响应迟缓、垃圾堆布不均导致作业盲区等，不仅限于设备故障率偏高，又在于对燃烧稳定性造成干扰，依托运行现场反馈与设备监测数据，可识别抓斗在高频工况与恶劣环境下的主要薄弱环节，针对这些问题，需从结构优化、材料选型、控制精度和运行管理等方面提出改进方案，未来，抓斗系统的发展应注重材质强化、智能控制升级和作业标准化管理，增强其在复杂垃圾成分下的适应能力和稳定性，为焚烧发电厂的持续稳定运行提供保障。

关键词：垃圾焚烧发电厂；抓斗系统；运行故障；结构优化；智能控制

伴随城市化进程加快，生活垃圾产生量持续增长，传统填埋方式因占地大、污染重，已难以长期适应。垃圾焚烧因具备减量化和资源化优势，逐渐成为主流处理方式 , 其中，抓斗作为垃圾进入焚烧炉前的关键输送设备，其运行状态直接影响炉排负荷和燃烧效率。在实际作业中，抓斗常出现机械磨损快、作业盲区多、控制不精准等问题，且面对高水分、高异质性的垃圾，作业稳定性与适应能力易受影响，长期运行中的这些隐患，不仅增加检修成本，也威胁系统安全，已成为制约焚烧厂高效运行的关键因素。

一、垃圾焚烧发电厂抓斗系统概述

（一）抓斗系统的结构组成及工作原理

垃圾焚烧发电厂普遍采用电动双梁桥式抓斗起重机，用于生活垃圾的抓取、提升和投料作业。该系统主要由钢结构桥架、电动葫芦、电控系统及液压或电动驱动抓斗本体构成。抓斗本体一般采用五爪或六爪式结构，以增强对疏松垃圾的抓取效率，动力系统多采用变频控制电机，通过减速机驱动钢丝绳滑轮，实现抓斗的升降和张合，电控系统中，PLC 模块协调控制桥机行走、提升机构与抓斗开合动作，以实现完整的取料流程，其运行过程通常包括抓斗沿轨道移动至垃圾堆位置、下放至设定深度、张开爪臂、合拢抓取垃圾后提升并输送至投料口上方完成投料。

（二）抓斗在垃圾焚烧工艺流程中的作用

抓斗承担着垃圾池内物料管理与投料任务，是连接前端垃圾收运系统与焚烧炉的桥梁。其一，通过垃圾池的翻动与混合，有效均化垃圾水分与热值，有助于减少炉排运行的波动性；其二，抓斗可根据炉前负荷调整投料量，实现精细化供料控制；其三，在垃圾存储空间有限的条件下，合理调度抓斗可提高池容利用率，减少死角积压。部分厂区还采用双抓斗结构，以实现垃圾池分区管理，提高垃圾流动性，降低积存腐化带来的恶臭与渗滤液问题。

（三）目前抓斗系统的运行模式

目前多数焚烧厂采用半自动或远程遥控操作方式，部分厂区开始尝试全自动化抓斗调度系统。手动控制依赖操作员经验，作业效率及准确性不稳定；半自动模式下，系统根据炉排负荷和垃圾池高度信息自动规划部分轨迹，仍需人工干预；全自动模式集成了传感器数据采集、垃圾高度识别及智能调度算法，可实现垃圾池全覆盖作业，但对控制系统稳定性与识别算法准确性要求较高，且投入成本较大，推广尚不普遍。

二、垃圾焚烧厂抓斗系统存在的主要问题

（一）机械故障频发，维护成本高

高频度作业和恶劣环境条件对抓斗机械结构带来巨大考验[1]。钢丝绳作为关键传动部件，长期受力疲劳后出现磨损、断股等情况，严重时将导致抓斗跌落事故，抓斗的爪臂常因垃圾中含有金属构件而发生冲击损伤，关节部位轴销与衬套磨损导致动作卡滞，此外垃圾腐蚀性气体与渗滤液的长期浸蚀会导致金属结构腐蚀穿孔，尤其是使用普通 Q235 钢材的机型，腐蚀速度明显快于 304 不锈钢或 Q345 合金钢，因而部分厂区更换为抗腐蚀能力更强的双金属复合材料或外包耐蚀涂层设计。频繁更换零部件不仅增加运行费用，也延长检修周期，影响供料连续性。

（二）垃圾堆积不均与作业盲区问题

垃圾池多数采用纵深式布局，长度通常在25 至 35 米之间，环卫车辆集中在靠近卸料口一端投放垃圾，导致该区域堆积密度远高于远端。若抓斗轨道未覆盖整个池体，尾部区域长期难以作业，形成明显盲区，这类区域垃圾长时间堆积，受潮后发酵，易产生甲烷、硫化氢等有害气体，不仅恶化作业环境，也对混合效果构成影响，部分老旧垃圾池底部未设置辅助推料器，抓斗难以深入至池底，出现“上层浮堆、下层硬积”的供料障碍，影响燃烧炉进料均匀性和热值稳定，此外一些厂区抓斗操作未形成标准作业路线，常出现“重复抓取中区、忽略边角”的作业模式，效率低且易造成能耗升高和设备磨损加剧。

（三）抓斗控制系统响应滞后或不精准

目前仍有部分焚烧厂使用传统PLC 或继电器系统控制抓斗动作，控制程序老旧，信号响应时间长，定位偏差常超过 10 厘米，难以适配现代焚烧系统对快速高精度供料的要求。尤其当垃圾堆高超过 5 米时，视觉盲区增多，容易出现抓斗下降深度判断错误，导致爪臂未能完整闭合或空抓，未配备深度感知装置的系统依赖操作员肉眼判断，效率大幅降低。部分厂区已开始引入激光雷达结合机器视觉识别设备，建立垃圾堆三维模型，系统可动态规划最优路径并修正偏差，其控制精度可达到 ±5 厘米以内，但该系统在高温、高湿环境下的稳定性仍需验证，调试周期长，对维护人员的技术水平也提出更高要求，使用效果受限于厂区管理能力和系统集成度。

（四）操作人员技能参差不齐

在不少厂区，抓斗仍由人工遥控操作完成，操作人员的经验水平直接影响设备运行效率与故障率。经验不足者容易出现垃圾抓取量不足、重复空行程、抓斗晃动幅度过大等问题，长期运行还可能因误判而发生抓斗撞击池壁、吊钩挂缆等风险事故，一些操作员未能准确掌握钢丝绳张紧、制动器反馈、电机温升等关键运行参数，导致早期异常信号被忽视，目前不少厂区尚未建立统一培训体系，缺乏岗位技能等级标准和定期评估机制，部分人员长期凭经验操作，设备运行风格差异明显，影响交接班的连贯性，长期下来也加剧了机械疲劳和磨损速度。

（五）垃圾水分与成分波动大带来的适应性问题

生活垃圾来源广泛、季节性强，含水率常在 40% 至65% 之间波动，且混杂大量有机残渣、塑料布、金属边角料等物质[2]。湿垃圾抓取后极易黏附在爪体表面，增加设备自重，影响动作灵活性与能耗表现；若附着未及时清除，还可能腐蚀结构件，缩短整机寿命，布料与塑料袋等软性垃圾容易缠绕爪头、钢丝绳导向轮或滑轮系统，造成卡顿甚至电机过载跳闸，在缺乏自动甩料功能的系统中，残留垃圾常随下一次作业被重复抓取，形成效率浪费，部分厂区尝试在抓斗上安装小型电动振动器或设置喷水装置以辅助清理，但受限于结构复杂、检修难度大，目前推广较少，抓斗若未结合垃圾特性进行结构改进，其在实际应用中将频繁受到工况限制，适应能力显得不足。

三、抓斗系统的优化措施与发展方向

（一）抓斗结构与材料的优化设计

增强垃圾焚烧厂抓斗的性能，需从结构优化和材料选型两个方向同步推进[3]。

结构设计方面，抓斗爪臂若采用分体式模块化结构，维修时可对单个爪体进行快速更换，减少停机时间，适用于垃圾成分复杂、机械冲击频繁的厂区，为了缓解垃圾抓取瞬间产生的机械冲击负荷，可在抓斗吊钩与爪体之间加设液压缓冲缸，缓冲压力峰值，有效保护钢丝绳和起重机构，适用于高频率作业的炉前投料工位，此外爪口曲率应根据垃圾类型进行优化设计。针对厨余垃圾占比较高、含水率大的工况，爪口可设计为较深的弧形闭合结构，增加包容力与密封性。

在材料选用方面，普通 Q235 钢已逐渐无法满足抓斗长期在高温、高腐蚀环境下的使用要求，越来越多的厂区开始选用 Q345B 结构钢作为基本材料，并在易磨损部位堆焊 Cr 系或 Mn 系高耐磨合金，爪尖部分推荐采用 NM400 或更高等级的耐磨钢板作为耐冲击覆盖层，其布氏硬度可达 360HB 以上，使用寿命较普通钢材提升 1.8 倍，部分技术领先厂区，如某大型垃圾焚烧厂，已开始试点将碳纤维复合材料应用于非承重部件，兼具高强度与轻量化，有效减轻桥机负载，降低电机功耗。

（二）提升控制系统的智能化水平

针对传统抓斗控制系统响应慢、路径重复、定位不准的问题，有必要对其控制逻辑和感知系统进行全面升级。在 PLC 控制框架下集成嵌入式图像处理模块，可采集垃圾池实时图像并进行垃圾堆高分析，再结合激光雷达扫描数据建立三维堆料模型，系统可依托深度学习模型识别垃圾分布特征，结合抓斗当前工况，自主规划轨迹，实现动态路径调整与空行程减少。

为了增强操作的柔性，应在电控系统中引入自适应速度控制功能，根据抓取负载自动调节电机转速，防止超载运行。增加定位编码器和轨道端点限位装置，可将抓斗行走定位误差控制在 ±20mm 以内，在部分自动化程度较高的焚烧厂，如某项目中，抓斗控制系统与 DCS 主控平台实现数据互通，可根据焚烧炉负荷、排烟温度等参数自动调整抓斗投料节奏，避免炉温波动，增强燃烧稳定性。

（三）优化垃圾池设计与堆放管理

垃圾池的结构设计直接决定抓斗作业空间与调度效率[4]。针对抓斗难以到达的池尾区域，建议在新建厂区设计中预留足够长度的桥架轨道，并合理设置缓冲区与导轨末端限位装置，确保抓斗作业覆盖全池，对于存量设施，可引入小型履带推料机器人或可升降翻板结构，使垃圾在池内重新分布，打破长期静置垃圾堆积的结构性问题。

在堆放管理方面，厂区应规范垃圾车投放作业流程。通过设置激光辅助定位、语音提示或红外投放指引装置，引导环卫车辆分散投料，避免集中堆积于卸料口，为便于动态监控池内堆料高度与分布，可在池体顶部安装热成像或超声波测距设备，实时传输数据至调度系统。部分自动化程度较高的焚烧厂，如某生物质能源中心，已分区域部署光电识别系统，每个区域由系统评估垃圾高度及抓斗作业频次，依据抓斗运行优先级进行动态调度，提升全池作业覆盖率。

（四）建立标准化操作流程与培训体系

为减少因操作不规范造成的设备故障和效率下降，应构建完整的操作标准体系，并将流程执行情况纳入绩效考核。操作规程需明确各阶段动作要求，如垃圾抓取深度控制在2 米以内、抓取周期不超过60 秒、投料位置偏差不大于0.5 米等，同时应建立设备点检制度，内容涵盖钢丝绳张紧度、电机温升、滑轮润滑状态等日常巡查项。

培训方面建议分阶段推进。新进人员应经过不少于 30 小时的理论学习和实操演练，考核通过后方可独立上岗；每季度安排一次操作技能再评估，通过仿真系统或虚拟现实平台进行抓斗操控测试；每年开展一次包括故障排查、应急停机、抓斗卡滞处理等内容的专项演练，例如某大型焚烧企业对操作员设置分级制度，将操作精度、能耗水平、故障发生率等量化指标纳入岗位评级，有效增强操作水平的稳定性和整体团队协作能力。

（五）引入预测性维护机制

传统的定期保养模式存在“过度维护”与“维护滞后”并存的矛盾，已难以适应高负荷、高强度运行的抓斗系统。建议构建基于多源数据融合的状态监测体系，结合电流、电压、温度、振动频率、钢丝绳张力变化等关键参数，建立设备运行状态数据库，利用时间序列分析与机器学习模型，可实时判断钢丝绳磨损程度、电机绝缘下降趋势、轴承发热异常等潜在故障因素[5]。

在技术实践中，部分厂区已部署边缘计算设备，如英特尔NUC 平台或树莓派控制模块，配合国产化监测软件如“永通设备云”或“迈信系统”，可在本地实现数据采集、预警判断与远程维护调度，一旦监测系统识别异常信号，将自动发送报警至维护人员终端，并生成检修建议，此类“预测性维护”策略不仅延长了设备使用寿命，也减少了因突发故障带来的整线停产风险，显著增强了系统运行可靠性。

总结：垃圾焚烧发电厂抓斗作为垃圾投料系统中的关键设备，其运行状态直接关系到燃烧稳定性与整体产能。目前实际运行中，抓斗普遍存在结构磨损快、控制系统响应迟缓、垃圾堆布不均等问题，影响了系统效率与安全。针对上述问题，应从抓斗结构强化、材料选型优化、智能控制升级、垃圾池管理完善以及操作流程标准化等方面同步推进。部分厂区的实践表明，引入图像识别、预测性维护、分区作业调度等措施后，抓斗作业精度与稳定性明显增强。未来抓斗系统的发展方向应立足于实际运行环境，强化设备耐久性，推动系统智能化水平的实质应用，以满足焚烧厂日益增长的处理能力和运行连续性的需求。

参考文献

[1] 崔学强 , 赵丽媛 , 步超 . 垃圾抓斗起重机的常见电气故障现象和排查方法 [J]. 起重运输机械 ,2020,(23):80-82.

[2] 俞云辉 , 张明洋 , 杨旭 , 等 . 垃圾焚烧发电厂抓斗起重机的自动化改造设计 [J]. 有色设备 ,2025,39(05):99-106.

[3] 洪光 , 祁司亮 . 垃圾焚烧发电厂起重机配置 [J]. 起重运输机械 ,2023,(07):18-22.

[4] 王帅, 王进军, 胥银, 等. 垃圾焚烧发电厂垃圾收储系统设计研究 [J].电力勘测设计 ,2023,(09):45-48.

[5]赵宇航,龚元明,王瑶,等.基于LoRa的垃圾抓斗远程监测系统设计[J].农业装备与车辆工程 ,2023,61(08):150-154.