關(guān)于燃料智能化管控中原煤樣傳輸模式的研究

凌君安， 陳 燕， 陳 康

（長沙君祥科技有限公司， 湖南 長沙 410100）

0 引言

在當(dāng)前煤炭市場供大于求的情況下， 煤炭采購成本仍占企業(yè)成本的70%以上， 粗放型管理模式的弊端逐步顯現(xiàn)，傳統(tǒng)方式的煤樣管理大部分工作均由人工完成，人為因素風(fēng)險(xiǎn)極高，無法保證樣品的代表性和可靠性。隨著科技的進(jìn)步，結(jié)合國家兩化融合政策，提出了一套燃料智能化管控系統(tǒng)[1-3]。該系統(tǒng)將煤樣管理業(yè)務(wù)中的采樣、制樣、封樣、存樣、取樣、化驗(yàn)各環(huán)節(jié)看成一條自動(dòng)化生產(chǎn)線，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感技術(shù)、光電技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)，確保全過程無人干預(yù)，人樣分離，實(shí)現(xiàn)了樣品管理自動(dòng)化、智能化。 燃料智能化管控系統(tǒng)中的硬核設(shè)備就包括原煤樣傳輸系統(tǒng)， 其主要作用是將采樣機(jī)所采的煤樣封裝后傳輸?shù)胶蠖酥茦釉O(shè)備處進(jìn)行煤樣制樣的， 用以評(píng)估整批煤炭的品質(zhì)。通常采樣地點(diǎn)與制樣地點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，尤其是皮帶采樣和火車采樣，而且采得的煤樣封裝后有10～50kg/桶，對(duì)于較大的電廠每天需要轉(zhuǎn)運(yùn)的煤樣有幾十上百桶。針對(duì)電廠對(duì)原煤樣傳輸?shù)男枨笕找婷黠@， 且傳統(tǒng)的人工送樣模式存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、煤樣保密性低等缺點(diǎn)，本文提供了多種傳輸模式的原煤樣轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，可以確保人樣分離，傳輸過程中無人為干預(yù)。

1 原煤樣傳輸模式介紹

1.1 原煤樣鏈板輸送系統(tǒng)

該系統(tǒng)（如國電濮陽電廠）用于將采樣端封裝后的原煤樣桶進(jìn)行全自動(dòng)輸送、歸批、合樣、倒料。 該系統(tǒng)包括鏈板輸送機(jī)、浮動(dòng)連接裝置、矩陣式合樣歸批系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)式合樣歸批系統(tǒng)等，如圖1-5。

圖1 原煤樣鏈板輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖

圖2 濮陽鏈板輸送系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)物圖

圖3 浮動(dòng)連接裝置實(shí)物圖

圖4 矩陣式合樣歸批系統(tǒng)

圖5 旋轉(zhuǎn)式合樣歸批系統(tǒng)

浮動(dòng)連接結(jié)構(gòu)主要用于解決對(duì)接過程中高度、 角度及對(duì)接距離存在偏差的問題， 即采用高度與間距雙向浮動(dòng)裝置與側(cè)面皮帶驅(qū)動(dòng)結(jié)合的方式來進(jìn)行輸送。

矩陣式合樣歸批系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)式合樣歸批系統(tǒng)都具備存儲(chǔ)、歸批、合樣倒料等功能，只是實(shí)現(xiàn)形式不一樣，客戶可根據(jù)場地布置及總體方案自行選擇樣式。

1.2 原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)由原煤樣轉(zhuǎn)運(yùn)車輛、樣桶裝車模塊、樣桶卸車模塊、讀卡支柱及倒車限位框組成。系統(tǒng)前端樣桶裝車模塊通過門禁鏈板輸送機(jī)與全自動(dòng)封裝機(jī)對(duì)接， 后端樣桶卸車模塊與自動(dòng)合樣歸批系統(tǒng)對(duì)接。

（1）原煤樣轉(zhuǎn)運(yùn)車輛車廂內(nèi)放置車內(nèi)輸送機(jī)，用于自動(dòng)樣桶裝車和卸車，車廂尾部為電動(dòng)卷簾門，通過系統(tǒng)控制，防止人為開門換樣，如圖6。

圖6 原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)小車結(jié)構(gòu)組成圖

（2）樣桶裝車/卸車模塊具有與轉(zhuǎn)運(yùn)車輛內(nèi)輸送機(jī)對(duì)接的功能，能夠容許一定的停車誤差，用于實(shí)現(xiàn)煤樣桶的自動(dòng)裝車和卸車。

（3）讀卡支柱是駕駛員啟動(dòng)煤樣桶自動(dòng)裝車和卸車的操作終端，該部件上設(shè)有停車位置檢測傳感器，可判斷停車是否準(zhǔn)確；同時(shí)還裝有報(bào)警燈柱，提示設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

原煤樣桶裝車和卸車的流程分別如圖7、圖8 所示。

圖7 原煤樣桶裝車流程圖

圖8 原煤樣桶卸車流程圖

1.3 原煤樣軌道小車轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)是通過軌道輸送的方式來實(shí)現(xiàn)煤樣輸送的。煤樣桶放置于軌道小車上， 軌道小車沿預(yù)先架設(shè)好的軌道自動(dòng)行駛到制樣端， 自動(dòng)卸車裝置將煤樣桶從軌道車上卸下，并送至自動(dòng)歸批合樣系統(tǒng)，整個(gè)輸送過程自動(dòng)完成無需人工干預(yù)，如圖9-13。

圖9 原煤樣軌道小車轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)示意圖

圖10 智能軌道車樣圖

圖11 行駛軌道圖

圖12 變軌岔道圖

圖13 合樣歸批系統(tǒng)樣圖

1.5 原煤樣索道式轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

1.4 原煤樣牽引小車式轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要包括小車、軌道牽引系統(tǒng)、Z 字型提升機(jī)三部分，如圖14-16。 小車包括底架、料筒、封蓋及驅(qū)動(dòng)裝置；軌道牽引系統(tǒng)包括牽引減速機(jī)、鋼纜、軌道、軌道頭部、軌道尾部等；Z 字型提升機(jī)用于將卸料煤樣從卸料斗底提升至全自動(dòng)制樣系統(tǒng)處。

圖14 小車結(jié)構(gòu)組成圖

該系統(tǒng)的運(yùn)輸載體為軌道式鋼纜牽引往復(fù)型小車，小車自帶可以旋轉(zhuǎn)傾翻的料筒以及可以翻轉(zhuǎn)的密封蓋；小車軌道兩頭分別為進(jìn)料區(qū)域和卸料區(qū)域，在進(jìn)料區(qū)域，小車運(yùn)行至指定地點(diǎn)后，小車密封蓋自動(dòng)打開，可以直接通過溜管裝料，料斗容積超過100L；在卸料區(qū)域，小車料斗自動(dòng)翻轉(zhuǎn)180°，煤樣通過料斗導(dǎo)入Z 字型提升機(jī)，然后進(jìn)入全自動(dòng)；在小車軌道各關(guān)鍵位置點(diǎn)，均設(shè)置有限位裝置、感應(yīng)裝置、鋼纜驅(qū)動(dòng)減速機(jī)配置有力矩限制器。

小車包括底架、料筒、封蓋及驅(qū)動(dòng)裝置等組成，料筒、封蓋連接有驅(qū)動(dòng)齒輪，在特定區(qū)域的導(dǎo)軌上布 置有相匹配的齒條，在齒輪齒輪配合驅(qū)動(dòng)的情況下，料筒、封蓋可以分別轉(zhuǎn)動(dòng)；料筒和封蓋筒式連接有限位卡盤裝置，只有在特定區(qū)域，限位卡盤 裝置才能允許料筒、封蓋轉(zhuǎn)動(dòng)，一方面保證封蓋與料筒在運(yùn)輸過程中保持相對(duì)固定， 另一方面起到一定的防止運(yùn)輸過程中人為干預(yù)樣品的作用。

軌道牽引系統(tǒng)包括牽引減速機(jī)、鋼纜、軌道、軌道頭部、軌道尾部等，用于驅(qū)動(dòng)小車進(jìn)行往復(fù)行駛。

圖15 軌道牽引系統(tǒng)樣圖

圖16 Z 型提升機(jī)樣圖

該系統(tǒng)類似于架空索道，是由架空的鋼索（鋼絲繩）作為行車軌道以輸送原煤樣桶的機(jī)械裝置，如圖17-20。它主要由傳動(dòng)裝置、承載索、牽引索、運(yùn)輸容器、線路支架、裝載站、卸載站以及中間站、轉(zhuǎn)向站、錨固站、拉緊站等所組成。 它具有對(duì)自然地形適應(yīng)性強(qiáng)、爬坡能力大、占地面積少、受氣象影響小等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于山區(qū)和傳輸線路比較復(fù)雜的情況。

圖17 原煤樣索道式轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)樣圖

原煤樣索道式轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的組成設(shè)備及功用： ①輸送小車：主要負(fù)責(zé)吊運(yùn)原煤樣桶；②鋼索：供索道輸送小車行走、牽引索道輸送小車運(yùn)行等；③絞盤機(jī)：索道的動(dòng)力設(shè)備；④支架（活立木、木架或鋼支架等）：起支撐承載索保持懸空狀態(tài)；⑤鞍座（直線或拐彎鞍座）：承托承載索且減少其撓度；⑥止動(dòng)器：固定在承載索上，使跑車在預(yù)定位置停止，以便拖集木材和卸材；⑦滑車：承托、轉(zhuǎn)向、拉緊鋼索等作用。

圖18 索道式輸送小車樣圖1

圖19 索道式輸送小車樣圖2

1.6 原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)

圖20 索道式輸送小車倒料樣圖

該系統(tǒng) （如吉林熱電） 與前面幾種傳輸模式不同的是， 其傳輸載體不是煤樣桶而是封裝后的大容量煤樣瓶（極限5kg）。采樣機(jī)采樣后進(jìn)行首次破碎的13mm 或6mm煤樣灌裝密封裝瓶后通過氣動(dòng)管道的形式直接傳輸至全自動(dòng)制樣系統(tǒng)的進(jìn)料處，如圖21。

圖21 原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)（吉林熱電）

該系統(tǒng)主要由風(fēng)機(jī)動(dòng)力單元、中央控制機(jī)、旁通管、管道換向器、各收發(fā)終端、泄氣閥、輸送管道及管道附屬支撐等組成。風(fēng)機(jī)動(dòng)力單元是整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力源，主要提供正負(fù)空氣壓力，推動(dòng)煤樣瓶在管道中傳輸。中央控制機(jī)負(fù)責(zé)控制傳輸流程，記錄傳輸任務(wù)及故障報(bào)警信息。旁通管是吸送模式下的減速裝置，如圖22。 管道換向器是管道切換裝置，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，可實(shí)時(shí)更換輸送線路，將煤樣瓶沿著指定的傳輸管道傳輸?shù)街付ǖ氖瞻l(fā)站中。各收發(fā)終端就是工作站點(diǎn)，負(fù)責(zé)發(fā)送和接收煤樣瓶。泄壓閥是安裝在傳輸管道靠近收發(fā)終端處， 主要是為了將管道末端進(jìn)行泄壓確保煤樣瓶瓶達(dá)到平穩(wěn)、無沖擊，如圖23。傳輸管道按材質(zhì)分PVC 管、不銹鋼管、透明管（展示用）。電氣控制部分主要包含電氣控制線路、傳感器等。

圖22 管道換向器實(shí)物圖

圖23 傳輸管道PVC 管、不銹鋼管、煤樣瓶圖

該系統(tǒng)的工作原理是結(jié)合吹氣和吸氣的形式來對(duì)原煤樣瓶進(jìn)行輸送。 風(fēng)機(jī)動(dòng)力單元中的風(fēng)向切換器主要使輸送系統(tǒng)在吹送和吸送這兩個(gè)模式下進(jìn)行來回切換，而管道換向器可實(shí)時(shí)更換輸送線路，將煤樣瓶沿著指定的傳輸管道傳輸?shù)街付ǖ氖瞻l(fā)站中[4]。詳細(xì)的傳輸流程見圖24。

圖24 傳輸流程圖及工作原理圖

以A 收發(fā)站發(fā)送到B 收發(fā)站為例說明：

（1）將風(fēng)向切換器的設(shè)置為X 位置，并將管道換向器連通A 收發(fā)站，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)為吸送，樣瓶從A 收發(fā)站流過管道換向器直至旁通管， 并最終緩慢的停止在旁通管中。

（2）將風(fēng)向切換器設(shè)置成P 位置，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)為吹送，同時(shí)將管道換向器連通B 收發(fā)站。此時(shí)樣瓶從旁通管中開始加速，沿著B 輸送管道進(jìn)行輸送，當(dāng)樣瓶輸送至末端時(shí)在滑動(dòng)閥和泄氣閥的作用下平穩(wěn)減速，到達(dá)無沖擊。

1.7 原煤樣無人機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)是筆者認(rèn)為未來將會(huì)出現(xiàn)的一種新型的傳輸模式，它是基于無人機(jī)技術(shù)（民用）進(jìn)行輸送的，無人機(jī)可以從采樣機(jī)處直接將封裝后的原煤樣桶吊掛并飛行到制樣機(jī)處。

該系統(tǒng)與前面幾種傳輸模式相比， 它最大的特點(diǎn)在于在空間上不用鋪設(shè)任何管道、 軌道等， 也不用管土建等，完全不受空間地域限制，因此施工方面非常省事，節(jié)省了大量的施工成本， 特別適用于1 公里以上的長路徑的且采用其他傳輸方式施工不方便的原煤樣傳輸系統(tǒng)。

2 優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

本文一共介紹了7 種已經(jīng)實(shí)施的或正在實(shí)施以及未來可能出現(xiàn)的原煤樣轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的傳輸模式。

（1）從傳輸載體上來看分三種，即原煤樣桶、原煤樣瓶、原煤樣散料。現(xiàn)有的原煤樣桶有塑料桶和不銹鋼桶兩種形式，都能裝在25～32kg 的煤樣。 原煤樣瓶目前電廠使用的最大規(guī)格是直徑為150 高度320 的塑料瓶， 可以裝3～5kg 的煤樣。

（2）從單次傳輸量來看，原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)單次傳輸量最少，單次只能傳輸一個(gè)煤樣瓶的量。而原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)單次可以裝載約24 個(gè)原煤樣桶，具體數(shù)量主要跟電廠選用的運(yùn)輸車輛的載重量和車廂尺寸有關(guān)，但無疑是單次傳輸量最大的。

（3）從傳輸速度來看，原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)，原煤樣無人機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)這三個(gè)最快；原煤樣鏈板傳輸系統(tǒng)最慢，其余次之。

（4）從施工角度考慮，原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)和原煤樣無人機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)最為省事， 幾乎不涉及土建以及戶外施工。 次之是原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)，只需要鋪設(shè)管道，相比鋪設(shè)軌道以及現(xiàn)場配焊齒軌，要容易多，即使管道需要橫跨馬路， 其涉及到的鋼架及土建工作也要比其他安裝軌道、架空索道等容易些。

（5）從維修性考慮，原煤樣鏈板傳輸系統(tǒng)、原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)、原煤樣無人轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)較好， 維修人員都能安全且方便的接觸到設(shè)備進(jìn)行檢修。

(6）從傳輸功能來看，原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、原煤樣軌道小車轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)、原煤樣無人機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)都具有多點(diǎn)互傳功能，其余只能一對(duì)一傳輸。

（7）從拓展性來看，即使增加點(diǎn)位也能實(shí)現(xiàn)傳輸功能的依舊是上述四種， 但最佳的是原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)和原煤樣無人機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)， 因?yàn)檫@兩種不需要因增加點(diǎn)位而重新鋪設(shè)管道和軌道等。

（8）從技術(shù)可靠性來看，原煤樣無人機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)最低，因?yàn)槟壳皼]有已經(jīng)實(shí)施成功的案例。 最可靠的是原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)和原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)， 還有原煤樣鏈板輸送系統(tǒng)。前者在醫(yī)院領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)施多年，技術(shù)上成熟了， 后面兩種主要是因?yàn)榧夹g(shù)比較簡單， 均為常規(guī)技術(shù)，因此可靠。

（9）從后期升級(jí)改造情況來看，比方說電廠用了多年需要升級(jí)或者不想要了、需要拆掉，此時(shí)就需要考慮拆除成本，包括恢復(fù)相關(guān)綠化成本。此時(shí)電廠會(huì)優(yōu)先選擇原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)， 因?yàn)闊o需拆除管道、 軌道或架空索道等，而且原運(yùn)輸車輛還可以改投它用。原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)也是最能迎合電廠客戶心態(tài)的， 即在滿足原煤樣傳輸功能的前提下，對(duì)電廠的綠化及建筑物外觀是最小的。

（10）從成本角度角度考慮，原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最高，次之是原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)，管道鋪設(shè)相比軌道及索道鋪設(shè)要經(jīng)濟(jì)些。

3 結(jié)論

電廠在選用原煤樣轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)時(shí)， 一定要結(jié)合自身項(xiàng)目特點(diǎn)，綜合各種情況進(jìn)行合理選擇。