運煤列車防凍液噴灑裝置的研究

尤 森

（大同煤礦集團 小峪煤礦，山西 懷仁 038300）

0 引言

冬季煤炭外運時因天氣寒冷，易使煤炭與列車結冰，凍結的煤車進入港口后再進行解凍處理，會嚴重影響煤炭的運輸。通常在煤場配備工人進行防凍液噴灑，以解決凍結問題。但是人工噴灑勞動強度大，而且運煤列車環境條件差，人工噴灑覆蓋面不充分、不穩定，且浪費大，不能完全解決凍結和快速裝煤問題。在運煤列車駛入駛出點安裝防凍液噴灑裝置，以實現防凍液自動噴灑，不僅實現了快速裝車而且又可以降塵，改善煤場環境。

1 防凍液噴灑裝置的設計

對運煤列車進行防凍液噴灑可有效地解決冬季卸煤問題。防凍液原體為防凍液粉，通過與水配比為濃縮防凍液原液，之后再進行二次配比。

由于駛入、駛出煤場的運煤車廂與其他車廂高度不一，因此噴灑裝置必須實現位置調節，以避免影響列車運輸。當車頭或其他列車駛入時，懸臂與列車行駛方向相同；當車頭或其他列車駛過后懸臂旋轉至運煤車廂上進行防凍液噴灑，這樣可保證鐵路的正常運行。

1．1 噴灑裝置的機構設計

本設計是通過旋轉噴灑懸臂來為運煤車廂進行噴灑，如圖1所示。轉軸1上焊接法蘭盤，以安裝減速電機2，電機軸上的齒輪4與固定軸6上的外齒圈5相嚙合，通過控制電機轉動可實現懸臂角度的調節。其中電機型號為SHF32，功率為1．1kW，減速比為30。轉軸和固定軸固定在H鋼的塔架內，以實現穩定運行。在防凍液懸臂上安裝噴嘴，噴嘴選用1／4PZ80110B4型，可形成覆蓋面較廣的扇形水霧［1，2］。其中懸臂4個噴嘴正對車廂底部，另外2個噴嘴對準車廂內部側壁，這樣安裝可實現防凍液對運煤車廂內部的全面覆蓋。

本裝置采取了失效安全措施，即在設備發生機械故障而導致懸臂旋轉失效或發生其他運輸事故時可以人工調節懸臂，為此在轉軸處安裝轉輪。轉輪為齒輪機構，與固定軸外齒圈相嚙合。通過人工轉動轉輪可使懸臂擺動，以解決機構失效引發的安全問題。

圖1 噴灑裝置機構簡圖

1．2 電氣控制設計

防凍液噴灑裝置電控部分以西門子PLC為控制核心［3］，懸臂的旋轉通過PLC對轉軸上減速電機的控制來實現。在固定軸上安裝接近開關，實現對轉軸及懸臂的定位，當懸臂平行和垂直于運煤列車位置時，可觸發固定軸上的接近開關，實現對懸臂位置的調節。列車的駛入駛出通過對射傳感器的信號來判斷，本設計安裝有兩組對射傳感器，一組正對運煤車廂（1＃），另一組對車頭頂部（2＃）。當1＃發出信號，2＃無信號時可判斷為運煤列車車廂，PLC接收到1＃和2＃傳感器信號后控制減速電機運行，懸臂旋轉至運煤車廂上，接近開關（1＃）發出信號，PLC發出信號使減速電機停止并發出開啟電磁閥信號，此時懸臂處于列車車廂之上并開始噴灑防凍液；當列車駛出煤場后，1＃、2＃對射傳感器無輸入信號，PLC發出減速電機反轉運行信號，懸臂開始回轉，當位置接近開關（2＃）收到信號，表明此時懸臂已經平行于列車，PLC發出減速電機制動信號，并停止電機運行。溫度傳感器主要用于煤場環境溫度的顯示，以確定是否進行防凍液噴灑作業。本系統根據煤場環境溫度對防凍液進行配制。溫度傳感器將溫度信號輸入PLC中，通過運算來控制流量閥控制防凍液的配比。當儲液罐中的防凍液液位不足時，液位傳感器發出信號至PLC，PLC發出防凍液不足信號，同時打開清水和防凍液原液的電磁閥（1＃和2＃電磁閥），啟動防凍液配置電機，實現防凍液的自動配置。圖2為各控制模塊系統框圖。

圖2 各控制模塊系統框圖

1．3 液路設計

火車駛入煤場，離心泵將儲液罐中的防凍液泵入懸臂噴嘴進行噴灑，液路中液體壓力設定為1MPa～3 MPa。當運煤車廂駛入煤場，對射傳感器發出運煤車廂抵達信號，PLC發出信號啟動離心泵電機，離心泵開始運轉，當防凍液液體壓力達到1MPa后，PLC發出電磁閥（3＃電磁閥）換向信號，進液管導通，液體經過換向閥通過噴嘴噴出，此外，進液管路安裝止回閥，以防止液體倒流，液路簡圖見圖3。壓力變送器的主要作用是監測管道壓力，為水泵電機調頻變速［4］。本系統選用西門子1TL0002－1EA23－3變頻電機作為整個液路系統的動力源，功率為22kW，可在30Hz～50Hz恒轉矩運行。通過對電機變頻可實現流量控制，極大地節省防凍液，此外還可以防止管路壓力過大發生安全事故。同時安裝減壓閥以進行二次保護，壓力設定為3．5MPa，當液路系統發生機電故障，導致壓力升高至減壓閥設定值時，實現減壓，以保證人員和設備安全。當電磁閥發生故障或因其他原因導致電磁閥無法換向時，會引發噴嘴無法噴灑，為此在電磁換向閥處并聯一手動換向閥，以臨時進行人工手動控制噴灑作業。

經實踐證明，對皮帶輸送機上的堆煤進行防凍液噴灑也可有效地解決運煤列車凍結問題。為此在對列車車廂噴灑的同時對來往車廂輸送煤炭的運煤皮帶上的煤炭進行噴灑，更加有效地解決了煤炭的凍結問題。通過控制4＃電磁閥啟閉，可以實現運輸皮帶上煤炭的防凍，也能降低皮帶運輸所產生的煤塵，同時電磁閥并聯一手動換向閥，以防止電磁閥損壞引起無法噴灑作業。流量計可以顯示防凍液的消耗量，以計算資金投入和經濟效益。

圖3 液路簡圖

2 結論

冬季為煤場配備防凍液噴灑裝置，可以有效地解決運煤車廂凍結問題。通過傳感器對列車駛入駛出的判斷和其他機電功能的相互配合，可實現無人值守作業，自動配比、自動噴灑，可以大大減輕勞動強度，提高運輸效率；其次本裝置后備安全保護可以使裝置關鍵部位發生事故時仍可以人工安全運行，具有失效安全功能，保證了設備安全和運輸順利。

［1］ 李元宗，張曉東，董志國．運煤車智能全自動防凍液噴灑系統［J］．機械工程與自動化，2009（2）：90－91．

［2］ 郭文俊．選煤廠防凍液自動噴灑系統［J］．煤炭加工與綜合利用，2009（1）：11－13．

［3］ 袁森，肖軍，羅衛東．基于PLC的機械手控制系統設計［J］．煤礦機械，2009（5）：198－200．

［4］ 黃健．鐵路運煤車防凍液自動噴灑裝置在太原選煤廠的應用［J］．選煤技術，2010（2）：55－56．