防凍干粉智能自動(dòng)撒播系統(tǒng)研究

韓春福 祝 菁 郭少帥

（陜西陜煤曹家灘礦業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000）

陜西陜煤曹家灘礦業(yè)公司為年產(chǎn)1800 萬t 動(dòng)力煤型礦井，每年鐵路銷售煤炭在1300 萬t 左右，現(xiàn)有火車裝車站兩個(gè)，所在地理位置為陜北榆林地區(qū)，冬季最低溫度可達(dá)-30 ℃左右，選煤廠外運(yùn)煤中含有水分，冬季運(yùn)輸會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重黏連、掛壁、結(jié)塊等凍車現(xiàn)象[1]。掛壁和黏連會(huì)使車廂內(nèi)煤卸載不干凈，降低了卸車效率，增加卸車難度，甚至?xí)霈F(xiàn)無法卸車的情況，給煤礦、鐵路、電廠或港口帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，制約了火車的周轉(zhuǎn)和運(yùn)輸效率。所以冬季鐵路運(yùn)煤車廂需要播撒防凍干粉，以防止出現(xiàn)凍車皮的情況。目前曹家灘主要是人工在車廂內(nèi)播撒防凍干粉[2]，存在一定的弊端，一方面工人工作量大，工作環(huán)境惡劣，并且干粉對(duì)人體有一定的傷害性[3]；另一方面播撒干粉時(shí)需要停車作業(yè)，嚴(yán)重影響裝車效率。

1 防凍干粉智能自動(dòng)撒播設(shè)備的組成

1.1 運(yùn)煤列車防凍干粉自動(dòng)撒播機(jī)構(gòu)

防凍干粉裝置側(cè)視圖如圖1。

圖1 防凍干粉裝置側(cè)視圖

防凍干粉裝置包括斗提機(jī)、儲(chǔ)料罐、大傾角皮帶機(jī)和撒料裝置。斗提機(jī)入口為防凍干粉輸入位置，將防凍干粉放入斗提機(jī)后，由斗提機(jī)將防凍干粉提升至儲(chǔ)料罐；儲(chǔ)料罐下方有緩沖裝置；緩沖裝置出口直連給料機(jī)，給料機(jī)下方設(shè)置有大傾角皮帶刮板傳送裝置，大傾角皮帶刮板傳送裝置主要用于將粉狀物料輸送至龍門架上的撒料裝置；撒料裝置主要用于向車廂內(nèi)撒料，防止煤凍結(jié)；旋轉(zhuǎn)升降裝置可將撒料裝置根據(jù)不同車型車廂的高低不同進(jìn)行高度的調(diào)節(jié)，在車廂到達(dá)及離開時(shí)提升至指定位置，以保證在裝車過程中安全可靠[4]。

1.2 車型識(shí)別與防凍干粉播撒量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

當(dāng)有裝車任務(wù)時(shí)，裝車任務(wù)啟動(dòng)后同步獲得RFID 獲取的車廂信息，車廂信息包括車型、車號(hào)、車廂的長、寬、高等信息[5]。智能算法會(huì)根據(jù)這些車廂信息計(jì)算出對(duì)應(yīng)的播撒量，并將播撒量信息傳輸給撒料裝置，撒料裝置會(huì)根據(jù)車廂的高度調(diào)節(jié)撒料裝置的高度至合適位置，避免高度過低造成的磕車及高度過高造成的防凍干粉飛濺[6]，在保證正常工作安全的基礎(chǔ)上，避免防凍干粉的浪費(fèi)，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境。

1.3 室外溫度與播撒量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在裝車室室外安裝溫度傳感器，PLC 根據(jù)室外溫度傳感器反饋回來的室外溫度，調(diào)整各種車型每節(jié)列車播撒防凍干粉量。不同溫度下每節(jié)火車車箱防凍干粉播撒量見表1。

表1 溫度與不同車型噴灑量統(tǒng)計(jì)表 kg

播撒量是通過PLC 控制螺旋輸送桿和星輪的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率來控制[7]，保證每節(jié)火車車箱防凍干粉的播撒量能夠滿足不同溫度下的要求。

1.4 車速變化調(diào)整播撒量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在鐵路兩側(cè)安裝測速雷達(dá)對(duì)車速進(jìn)行監(jiān)測，把車速的快慢和正向負(fù)向傳輸給PLC，PLC 通過返回的車速控制撒料裝置的運(yùn)行與停止[8]。當(dāng)車速為正，螺旋給料桿和星輪會(huì)根據(jù)車速快慢調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，車速快頻率高開度大，車速慢頻率低開度小。當(dāng)車速為零時(shí)，也就是停車的情況下，螺旋給料桿和星輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，防止播撒量局部堆積；當(dāng)車速為負(fù)時(shí)，也就是倒車的情況下，螺旋給料桿和星輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)管嚱Y(jié)束后，車輛再次前進(jìn)時(shí)，PLC 根據(jù)RFID監(jiān)測出的車型車號(hào)信息與播撒過的車型車號(hào)信息進(jìn)行比對(duì)，對(duì)已經(jīng)播撒過的車廂不播撒，當(dāng)?shù)竭_(dá)未播撒車廂，PLC 控制播撒裝置開始進(jìn)行播撒，避免重復(fù)播撒造成浪費(fèi)。

1.5 車鉤停止播撒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

與干粉播撒裝置同中心位置處，順火車前進(jìn)方向安裝了對(duì)射裝置，如圖2。

圖2 對(duì)射與車廂相對(duì)位置

對(duì)射為多點(diǎn)對(duì)射，安裝高度與車廂實(shí)際高度的中間位置齊平。當(dāng)車廂前進(jìn)時(shí)，會(huì)有部分對(duì)射點(diǎn)被遮擋，PLC 根據(jù)相應(yīng)對(duì)射點(diǎn)遮擋后又被釋放判定車廂車頭車尾位置，控制播撒裝置進(jìn)行播撒啟停。前一節(jié)車廂車尾到達(dá)相應(yīng)對(duì)射點(diǎn)時(shí)，播撒臂駛出車廂，即可停止播撒干粉。當(dāng)下一節(jié)車廂車頭到達(dá)對(duì)射某一點(diǎn)時(shí)，即可以開始播撒干粉。

1.6 控制系統(tǒng)的模式設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的模式分為智能控制模式、自動(dòng)控制模式和手動(dòng)控制模式三種模式。

（1）智能控制模式。根據(jù)不同車型計(jì)算相應(yīng)車廂內(nèi)表面積，根據(jù)室外溫度和內(nèi)表面積計(jì)算出合理播撒量。播撒量通過PLC 控制螺旋輸送桿和星輪的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率來控制。

（2）自動(dòng)控制模式。根據(jù)既定指標(biāo)或者要求，輸入每節(jié)車廂要求的播撒量，綜合計(jì)算雜編車的面積、體積，然后根據(jù)要求的播撒量通過PLC 控制螺旋輸送桿和星輪的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率來控制播撒量。

（3）手動(dòng)控制模式。在調(diào)試狀態(tài)或單獨(dú)控制狀態(tài)下使用，正常工作狀態(tài)也可以使用。基本原理是通過直接控制螺旋輸送桿和星輪的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率來控制防凍干粉的播撒量。此方式可在設(shè)備初期為人工調(diào)試提供一個(gè)直接有效的接口，可獲得設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)和性能參數(shù)。

三種不同模式能夠滿足生產(chǎn)過程中的不同需求。

2 防凍干粉智能自動(dòng)撒播系統(tǒng)的使用效果

防凍干粉智能自動(dòng)撒播系統(tǒng)在陜煤曹家灘煤礦投入使用后，改變了曹家灘煤礦火車裝車站之前需要人工搬運(yùn)干粉、人工撒播、人工控制撒播量的狀態(tài)，最大程度地減少了人力，避免了物料對(duì)人體的傷害，提高了每節(jié)車廂撒播與計(jì)量的準(zhǔn)確性[9]。該系統(tǒng)能夠根據(jù)RFID 識(shí)別的不同車型實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)車型總體撒播量的控制；根據(jù)室外的實(shí)際溫度，對(duì)撒播量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；根據(jù)不同的車速對(duì)應(yīng)控制撒播速度，保證車廂底部均勻鋪撒防凍干粉；能夠?qū)崿F(xiàn)停車、倒車停撒，進(jìn)入車箱開撒，駛出車箱停撒，車鉤停撒，并具有記錄統(tǒng)計(jì)等功能。防凍干粉智能自動(dòng)撒播系統(tǒng)投入使用后，干粉播撒量相比原來人工噸煤播撒的量1 kg 有大幅度減少，且效果均勻可控。

表2 智能自動(dòng)防凍干粉播撒量統(tǒng)計(jì)

3 系統(tǒng)具備特點(diǎn)

本文所述智能防凍干粉自動(dòng)撒播系統(tǒng)已經(jīng)在陜煤榆北煤業(yè)有限公司推廣應(yīng)用，系統(tǒng)特點(diǎn)：

（1）自動(dòng)播撒，減少勞動(dòng)力，播撒均勻；

（2）根據(jù)識(shí)別車型，控制相應(yīng)的播撒量；

（3）根據(jù)車廂位置和車廂型號(hào)執(zhí)行擺動(dòng)與升降，防止磕碰，保證播撒效果；

（4）根據(jù)溫度、車速正負(fù)、車鉤、車廂播撒狀況等狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)播撒智能控制。

4 結(jié)語

本智能防凍干粉自動(dòng)撒播系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)不同車型和不同溫度下車廂內(nèi)播撒，實(shí)現(xiàn)車鉤、停車、倒車停撒和防止車廂內(nèi)播撒后重復(fù)播撒，從而減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，防止干粉對(duì)員工的傷害，保證了車廂內(nèi)干粉的播撒質(zhì)量，杜絕了防凍干粉的浪費(fèi)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。