選煤廠裝車自動平煤裝置的研究與應用

趙新平

(陽煤集團技術中心機電研究所，山西省陽泉市，045008)

選煤廠裝車自動平煤裝置的研究與應用

趙新平

(陽煤集團技術中心機電研究所，山西省陽泉市，045008)

針對陽煤集團的幾個主力礦井裝車系統存在的裝車質量差和裝載效率低等主要問題，分析了平煤過程的力學模型，對平煤裝置機械結構進行了優化，介紹了裝車系統外部設備總體布置，改造后的自動平煤裝置降低了工人的勞動強度和勞動成本，提高了裝車的精度。

選煤廠 裝車系統 平煤裝置 自動控制

1 引言

目前，我國煤礦用于煤炭列車裝載后平整車箱上部煤堆的設備多為龍門式裝置，這種平煤裝置存在一些弊端:一是安裝使用受場地條件限制;二是運行機構較復雜、故障率高;三是需設專人操作，使用管理不便;四是平頭式平煤鏟平煤工作阻力較大，各承載部件受載較重，故障率高，使用壽命低;五是平煤鏟的升降操作與列車裝載運行的協調性差，易發生操作失靈而刮碰車箱現象;六是制造安裝成本較高。

快速裝車系統是我國在20世紀90年代中期從國外引進的一種新型列車裝載系統，它是以自動控制的方式快速并連續地將煤炭按設定的重量裝載到以一定速度行進的列車中的一種高效定量的裝車系統。裝車工藝一般要求稱重系統的靜稱重精度達到±0.1%，每節車皮的裝車精度達到0.3%，每節車皮裝車誤差不超過200 kg。快速裝車系統中的自動平煤裝置能夠保證煤炭在車皮中均勻平整，達到鐵路系統要求的范圍內，增加煤炭運量提高運載能力，保證煤炭運輸安全。基于此，陽煤集團對現有的裝車系統進行了改造，對平煤裝置進行了重新設計，這對改善裝車工藝、提高裝車自動化水平、提高裝煤質量和效率以及降低工人勞動強度具有重要意義。

2 原有裝車系統存在的問題

(1)裝車質量差。即使經過平煤裝置平整后，仍存在車皮部分位置缺煤虧煤，車皮尾部堆煤嚴重;

(2)煤炭散落量大。由于裝煤不均勻，在平整過程中，大量煤炭被推落到車皮外，造成損失;

(3)人工勞動強度大。為使裝煤平整，需要人工將尾部堆煤填補到缺煤虧煤的部位，工人在運行的車皮上攀爬工作，存在安全性差、工作量大及工作艱苦的問題;

(4)裝載效率低。如果裝煤偏重嚴重時，整列火車要倒行，利用平煤裝置再次平整，增加了裝煤時間和能量消耗;

(5)自動化程度低。裝車質量和裝車速度完全依賴機車駕駛狀態和裝車員的工作經驗等人為因素，由于需要人工判定車速并通過按鍵控制放煤的時機以及溜槽的高度，裝車質量和裝車速度很難達到理想狀態;

(6)平煤裝置變形失效嚴重。由于目前對平煤受力分析缺乏研究，平煤裝置的設計工藝較不合理，平煤裝置受力后變形嚴重，甚至無法正常工作。

3 自動平煤裝置設計

3.1 平煤過程力學模型的建立

經過對平煤裝置力學分析提出的推積理論和推落理論，平煤過程中平煤裝置所受到的阻力為:

式中:τ——剪切應力，N/m2;

隨著課程改革進一步推進和深化，統計與概率教學越來越受到重視.2001年《全日制義務教育數學課程標準(實驗稿)》簡稱《標準(實驗稿)》將“統計與概率”作為義務教育階段數學課程學習的四大版塊之一并提出了“統計觀念”，《義務教育數學課程標準(2011年 版)》(簡稱《標準(2011年版)》)又提出了“數據分析觀念”.《普通高中數學課程標準(2017版)》(簡稱《標準2017年版》)更是將數據分析作為六大核心素養之一.可見，數據分析觀念在我國當前課程改革中占據了重要地位.那么，關于數據分析觀念的已有研究有哪些呢？下面我們將對2001年至2017年的與數據分析觀念相關的文獻進行分析.

σ——正應力，MPa;

G——煤的重力，N;

θ——剪切角度，(°);

S——剪切面積，m2;

ρ——煤的密度，kg/cm;

dV——煤的體積，m3。

上式說明平煤裝置所受到的阻力與煤炭的剪切應力、擠壓正應力、煤炭的重力和剪切角度、剪切面積以及煤炭堆積對平煤裝置的靜壓力有關。應用推積理論和推落理論，經科學的裝煤工藝改進和合理的安裝平煤裝置，可降低平煤阻力12倍以上。

3.2 平煤裝置機械結構優化

按照平煤阻力優化平煤裝置機械結構的外形結構尺寸，平煤裝置機械部分的設計要考慮平煤鏟的形狀結構、平煤鏟升降牽引方式和平煤鏟的導向支撐。目前，平煤鏟的形狀主要有平底平面板結構和平底弧形 (三角形)面板等結構，其中弧形面板平煤阻力小，平煤效果略優于平面板結構，但弧形(三角形)面板平煤鏟起降所需車廂頭尾預留空間大，操作不便。

經實驗發現，將平煤鏟由板式結構改為梳齒狀結構不僅平煤阻力小，而且靠自重入煤插入性好，特別是針對塊狀煤炭，平煤效果尤為明顯，因此，平煤裝置的平煤鏟采用平面梳齒狀結構。梳齒狀平煤鏟平煤效果車廂剖面示意圖如圖1所示。

圖1 梳齒狀平煤鏟平煤效果車廂剖面示意圖

平煤鏟升降牽引可采用鋼絲繩絞車牽引、齒輪齒條驅動和液壓缸驅動等方式。鋼絲繩絞車牽引機構簡單，維護方便，本裝置采用鋼絲繩絞車牽引，采用門型支架支撐，支架兩立柱為槽鋼，兼做平煤鏟升降導向槽。平煤裝置機械結構示意圖如圖2所示。

圖2 平煤裝置機械結構示意圖

3.3 平煤裝置自動控制系統

本裝置的控制系統采用伺服電機及PLC控制器來實現，機械傳動部分采用交流伺服電機，這樣既可以精確定位設備的位置和高度，便于實現精確定位操作，又可以達到快速定點平煤的效果。PLC為本系統的控制單元，實現各傳感器的信號接收，并對伺服放大器進行控制，以便實現精確的自動化控制。平煤裝置自動控制系統如圖3所示。

由圖3可見，安裝兩組紅外線位置傳感探頭，當車廂鏈接處的空檔通過時，觸發傳感器動作，并經過PLC控制火車的牽引、料斗升降、放料帶式輸送機運轉以及平煤器升降等動作。當平煤擋板在平煤時，壓力開關將平煤的擠壓力傳輸給PLC，PLC再自動控制平煤的速度和高度，防止設備堵轉運行。

圖3 平煤裝置自動控制系統

自控系統采用西門子自動化與驅動系統的編程軟件SIMATIC AUTOMATION STEP7 V5.4軟件進行編程，該軟件使用可靠、方便，具有很強的邏輯與通訊能力，且便于操作和調試。本系統采用梯形圖實現系統的編程調試工作，PLC與3臺伺服之間的連接采用PROFIBUS(現場總線)的通訊方式，可以實現雙方的數據非常便捷的互相訪問，減少設備之間的電纜連接和電磁干擾，達到精準控制。同時在控制室安裝一臺上位機，可以在畫面上實時查看到設備的運行位置和運行狀態，方便對設備的控制和監控。

4 裝車系統外部設備布置

裝車系統外部設備總體布置如圖4所示，根據實際需要，可添加攝像頭，觀察落煤和平煤情況，還可以添加平煤精整設備對平煤后的煤層進行精整，精整設備可沿X、Y、Z三個方向往復運動，進行小范圍區域操作，也可用于裝車標記的自動噴灑。

5 結語

本項目的實施能夠有效地利用運載能力，增加煤炭運量和運煤效益，提高了煤炭運輸和平煤作業的安全性，降低了工人勞動強度，節約了勞動成本，同時達到了裝車精度在0.3%以內、火車裝車作業一次完成、減少人工平煤勞動量、縮短裝煤時間以及減少煤炭灑落。

圖4 裝車系統外部設備總體布置

［1］張澤江.新型稱重系統在快速裝車系統中的應用［J］.煤炭技術，2009(4)

［2］侯波波，楊珍珍，王圣林.裝車站平煤裝置的改進及有限元分析［J］.煤礦機械，2012(5)

Research and application of automatic leveling device for loading system in coal preparation plant

Zhao Xinping
(Electromechanical Institute，Technical Center of Yangquan Coal Industry(Group)Co.，Ltd.，Yangquan，Shanxi045008，China)

Aimed atmain problems existing in loading system in somemainmines of Yangquan Coal Industry Group，such as bad loading effet and low loading efficiency，themechanicalmodel of coal leveling process was analyzed，and the mechanical structure of coal leveling device was optimized.In addition，the general layout of external device of loading system was introduced.The improved automatic coal leveling device reduced the labor intensity ofworkers and labor cost，and enhanced the loading accuracy.

coal preparation plant，loading system，coal leveling device，automatic control

TD4.7

A

趙新平 (1970－)，男，山西陽泉人，本科學歷，現任陽煤集團技術中心機電研究所所長，主要從事電氣方面的研究。

(責任編輯 路 強)