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1、1 快速定量装车站系统工作原理快速定量装车系统是将物料按规定的重量连续地自动称量并装入车辆的系统,它主要由输煤系统、定量装车机械设备、三级自动取样系统设备、液压控制系统、电脑监控系统等组成。补连塔装车系统示意如图1。图1的生产工艺流程是产品仓内的煤经仓下给煤机卸至仓下的带式输送机并转载到上塔带式输送机上,然后卸入装车塔中的250t缓冲仓内,缓冲仓下部的4个方形排料口上各安装1套双翼平板闸门,可将煤炭排到其下面的圆锥形定量仓,再通过定量仓下口安装的1套双翼排料平板闸门和摆动式装车溜槽把煤装入火车车厢内。2 快速定量装车系统功能设计3 快速定量装车系统通过计算机采集主上煤带式给料机、主上煤带式输送
2、机及各种现场设备的信号,处理接收操作指令后发出正确的控制指令,实现自动连续调节给料、定量自动装车、三级取样、清单打印、动态图面显示等功能。211装车操作者选定与机车(或调车绞车)的速度、车型相适应的给料量后,被选择的给料机给料,给料量随时由输送带秤(核子秤)反映出来,在计算机内部与设定的给料量比较,从而调节给料机给料量,两者协调一致,确保了装车的连续和稳定值,保证了连续自动调节给料。当列车到装车塔下时,由系统控制放下装车溜槽,此时缓冲仓料位已到合适的位置。操作者按下称重循环按钮后,缓冲仓下的4个配料液压平板闸门自动地向定量仓中卸料,同时称重传感器准确地称重、控制完成定量配料。其后,由闸门控制向
3、车厢中放料,料量放足后由称重传感器控制排料平板闸门关闭。而后车辆行驶车厢之间的空档距离,这期间缓冲仓又向定量仓继续配料,为下一车厢装车作准备,从而实现连续定量自动装车。212取样系统的三级取样与快速定量装车系统协调工作,在装车的同时实现煤炭的采样、缩分、破碎、再缩分与装罐工序(图1)。第一级取样机全截面比例截取主上煤输送带上的物料作为样品,通过一级给料机将样品送至第二级取样机进行取样,通过二级给料机送入样品破碎机,将样品破碎至预定尺寸,再送至第三级取样机获取最终样品装入样品容器。一级、二级所取样品的余量通过相应溜槽返回到缓冲仓。三级取样的样品余量,每隔1个车厢或2个车厢,经过相应溜槽、螺旋输送
4、机及回料液压平板闸门回到定量仓1次。213打印装车前先把车皮号、标号和车皮质量输入计算机。当某个车厢装料完成后,计算机立即给出该车厢的车号、净质量、皮质量、毛质量、累计质量、装车时间等一系列数据,并把需要的装车清单打印出来。直到最后一节车厢,计算机才让装车程序停止,并自动打出整列车的总料质量。214监控装车时,计算机将显示所有设备的运行状态,如给料机的起停、带式输送机运行状态、缓冲仓煤位变化、各闸门开关状态、三级取样系统各设备的运行状况、定量仓煤量变化等,便于监控整个装车过程。3研究解决的主要问题(1)装车配料环节是整个装车过程的关键环节,采用多仓口脉冲逼近方式配料,准确保证配料精度。对每个卸
5、料平板闸门的每块闸板都设一个判断是否打开的接近开关,闸门真正到位就能反映出来,提高系统的可靠性。同时,为了配料准确,对配料周期中闸板的动作节奏按各阶段所设置称重值渐次打开,就是采用逼近方式配料。设2个闸板的半开半闭状态的限位开关,使闸板设定在半位状态,对煤量进行微调,确保定量仓的配料精度。(2)PLC的CPU直接读取称重传感器的数据,提高系统反应速度,保证系统的可靠性。称重传感器的数据直接用于控制配料平板闸门和排料平板闸门,让PLC的CPU直接读取采集数据,由控制模块的RS接口处理数据并直接参与控制,使系统的反应速度快。同时,计算机关机后,亦不影响整个系统的正常操作,也就是整个系统仍可正常装车
6、,提高了系统的可靠性。(3)装车系统的控制值有两个波动值:一是给料机给料量的不稳定性,二是列车运行速度的不均匀性。脉冲给料原理是在连续装车过程中自动交替增减给料机开动台数,使缓冲仓内存煤形成周期性增减,呈煤位上升或下降的脉冲变化。这样由煤位脉冲变化有机控制给料系统与列车速度两个波动因素来使装车作业连续进行。(4)多仓口脉冲逼近法配料及配料时间确定。当煤从缓冲仓靠自重全流排出时,速度值取115ms,煤流断面面积2132m2,煤容重0185tm3,则每个料口排量2196ts。缓冲仓在列车非工作区通过的t秒内应完成给定量仓配62t料。配料原理采用多仓口脉冲逼近配料法,就是通过有规律地控制开闭各个仓口
7、的开口度,在总配料时间814s内完成准确配料。(5)缓冲仓、定量仓参数及结构设计。缓冲仓接收主上煤输送带来煤,缓冲煤流的冲击,缓冲仓储量为定量仓的3倍以上。定量仓通过称重桥上的支承腿,座落在称重传感器上进行称重实现定量装车。对于缓冲仓、定量仓,可根据薄壳容器受力原理及排料方式、运输、安装方便的前提进行设计,以保证加工及安装成形后的精度,保证称重精度和煤以全流方式卸仓(6)液压双翼卸料、排料平板闸门设计。安装在缓冲仓4个卸料口上,每个闸门有2个平闸板,开口为115m115m。闸板支承在重载滚柱支持轮上,由各自的液压缸驱动,按照配料程序要求顺序动作,以适应不同车辆的装车要求。(7)砝码校正装置。2
8、组砝码通过砝码升降液压缸联接装置对称悬挂在定量仓外壁上,砝码装置用来定期校准定量仓的称量精度。(8)液压摆动装车闸门系统设计。改正原闸门系统缺点,采用液压传动的摆动式分离装载溜槽配上排料平板闸门控制放煤量的装车闸门系统,实现装车功能。摆动式溜槽由内、外溜槽组成。内溜槽通过横梁结构固定在塔架下方,内溜槽两侧的枢轴上悬挂外溜槽,外溜槽能绕枢轴摆动,用来控制装车的装载高度,并可关断定量仓内的流出物料。这种溜槽使向车厢送料过程中的流通渠道得以扩展,可有效地利用溜槽容积,而不影响定量仓大量快速送煤料的特点。摆动装车溜槽与排料平板闸门分离设置,保证了定量仓称重时不受来自装车溜槽动作冲击的影响,使装车称重精
9、度得以提高,配料时间缩短。分离的下部溜槽使列车误撞时不损坏溜槽的全部。设计上有安全链和安全螺栓。这种闸门系统由于摆动式装车溜槽和结构强度大,最大限度地接近车厢,能按要求自动平整煤堆,使物料落入车厢的距离很短,大大减少了落尘的飞扬。(9)三级取样系统设备参数设计。通过对原取样系统的研究和分析,对三级取样系统工艺流程和设备作了国产化设计。设计时系统中各环节均可调节,这样系统就适应了各种煤量、煤质以及采用不同标准的取制样,扩大了原系统使用范围。国产化设计的一、二、三级取样机按样品质量公式m=QbV(式中,Q为流量,b为取料盒宽度,V为取样速度)和GB475-83煤样的采取及制备方法国家标准确定。(1
10、0)防尘设计。本系统采用全封闭防尘平板闸门,缓冲仓、定量仓和溜槽间的所有连接部位都用软联接加以密封,以防煤尘溢出。摆动装车溜槽也作防尘设计,以最大限度地减少煤尘。(11)产品分离。在装完一种煤时,输送带上及缓冲仓和定量仓内不会再有这种产品,可以保证再装另一种煤时使2种产品分离。(12)液压控制系统的设计。根据各闸门的计算载荷确定了系统的工作压力和额定压力,根据各闸板动作速度和液压缸的作用腔面积确定了系统需要的流量。在此基础上进行液压系统的合理配置设计,液压系统由泵组、装车阀组、配料阀组、取样阀组等16个阀组组成,驱动全系统23条液压缸的准确动作,满足装车和取样。系统选型采用了节能回路、差动回路
11、、快慢速回路、防液压冲击回路、循环过滤和多级过滤回路、热循环回路、油压、油温、油位和堵塞发讯控制。尤其执行元件液压缸均采用高压胶管连接。(13)电脑监控系统的设计。装车电脑监控系统示意如图2。图2电脑监控系统示意装车电脑监控系统主机采用GE90-30可编程控制器。这种PLC结构先进,组件模块化、通用化,坚固耐用、高性能、高可靠性,编程语言简单、面向用户、通俗易懂,安装调试方便、设计简化、维修方便。操作者用计算机编程,将工艺流程以梯形图的程序方式进入主机贮存器中,由其完成程序所要求的全部逻辑。它首先接收IO接口的信息,对这些信息进行处理,然后把新的信息送至彩显显示出动态画面,同时,也将新的信息送
12、到IO接口用于控制和显示(采用中文智能显示)。系统的控制方式考虑集中和就地2种方式。其工作类型考虑装车过程全自动、半自动和手动3种,以实现各种情况下装车快速准确。4装车系统主要技术参数及应用结果该类型装车系统最大年装运能力1000万t,适用300万t以上的矿井或选煤厂或集运站装车站。411主要技术参数列车速度为(018012)kmh,上装车站输送带的输送量为5400th,入料粒度不大于100mm的万吨列车装车时间为114118h,普列为016018h,单车厢装车精度是011%、整列车是0101%。每列车所取样品重1530kg,取样精度1%,最终样品粒度不大于5mm。配料和排料液压平板闸门的卸煤
13、能力为1万th,总配料时间为614s。装车溜槽装煤能力1万th,全工作行程时间快速为115s,慢速为715s。安全锁销时间为015s。412应用结果补连塔装车站装运能力不小于500万t,大普列(72节)装车时间不大于75min,小普列(60节)不大于55min,单车不超过1min。单车厢装车精度为011%,整列车是0101%。整列车取样品重量不大于30kg。现场经验证明,列车不恒速时,亦可进行快速定量装车作业。方法是靠半自动控制和随机增减给料机开动台数及通讯调度指挥进行装车。5经济效益和社会效益该新技术就铁路全线而言,提高综合装车效率34倍,减少机车和车辆2819%,提高运输效率4016%。还可减少超、欠载现象和节省建设投资。补连塔装车站与引进的同类装车站相比,用人民币计算引进实际费用为2000多万元,而补连塔只用了650万元,减少1350万元。三级取样成套设备的研制成功,使我国煤炭行业采制样达到了国际先进水平。采用该装车系统,可减少工业区煤尘飞扬,改善环境污染,减轻工人劳动强度。
