趙新平

(陽(yáng)煤集團(tuán)技術(shù)中心機(jī)電研究所，山西省陽(yáng)泉市，045008)

選煤廠裝車自動(dòng)平煤裝置的研究與應(yīng)用

趙新平

(陽(yáng)煤集團(tuán)技術(shù)中心機(jī)電研究所，山西省陽(yáng)泉市，045008)

針對(duì)陽(yáng)煤集團(tuán)的幾個(gè)主力礦井裝車系統(tǒng)存在的裝車質(zhì)量差和裝載效率低等主要問(wèn)題，分析了平煤過(guò)程的力學(xué)模型，對(duì)平煤裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，介紹了裝車系統(tǒng)外部設(shè)備總體布置，改造后的自動(dòng)平煤裝置降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)成本，提高了裝車的精度。

選煤廠 裝車系統(tǒng) 平煤裝置 自動(dòng)控制

1 引言

目前，我國(guó)煤礦用于煤炭列車裝載后平整車箱上部煤堆的設(shè)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(chǎng)地條件限制;二是運(yùn)行機(jī)構(gòu)較復(fù)雜、故障率高;三是需設(shè)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(yùn)行的協(xié)調(diào)性差，易發(fā)生操作失靈而刮碰車箱現(xiàn)象;六是制造安裝成本較高。

快速裝車系統(tǒng)是我國(guó)在20世紀(jì)90年代中期從國(guó)外引進(jìn)的一種新型列車裝載系統(tǒng)，它是以自動(dòng)控制的方式快速并連續(xù)地將煤炭按設(shè)定的重量裝載到以一定速度行進(jìn)的列車中的一種高效定量的裝車系統(tǒng)。裝車工藝一般要求稱重系統(tǒng)的靜稱重精度達(dá)到±0.1%，每節(jié)車皮的裝車精度達(dá)到0.3%，每節(jié)車皮裝車誤差不超過(guò)200 kg?？焖傺b車系統(tǒng)中的自動(dòng)平煤裝置能夠保證煤炭在車皮中均勻平整，達(dá)到鐵路系統(tǒng)要求的范圍內(nèi)，增加煤炭運(yùn)量提高運(yùn)載能力，保證煤炭運(yùn)輸安全?；诖?，陽(yáng)煤集團(tuán)對(duì)現(xiàn)有的裝車系統(tǒng)進(jìn)行了改造，對(duì)平煤裝置進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，這對(duì)改善裝車工藝、提高裝車自動(dòng)化水平、提高裝煤質(zhì)量和效率以及降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度具有重要意義。

2 原有裝車系統(tǒng)存在的問(wèn)題

(1)裝車質(zhì)量差。即使經(jīng)過(guò)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(yán)重;

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

(3)人工勞動(dòng)強(qiáng)度大。為使裝煤平整，需要人工將尾部堆煤填補(bǔ)到缺煤虧煤的部位，工人在運(yùn)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(wèn)題;

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

(5)自動(dòng)化程度低。裝車質(zhì)量和裝車速度完全依賴機(jī)車駕駛狀態(tài)和裝車員的工作經(jīng)驗(yàn)等人為因素，由于需要人工判定車速并通過(guò)按鍵控制放煤的時(shí)機(jī)以及溜槽的高度，裝車質(zhì)量和裝車速度很難達(dá)到理想狀態(tài);

(6)平煤裝置變形失效嚴(yán)重。由于目前對(duì)平煤受力分析缺乏研究，平煤裝置的設(shè)計(jì)工藝較不合理，平煤裝置受力后變形嚴(yán)重，甚至無(wú)法正常工作。

3 自動(dòng)平煤裝置設(shè)計(jì)

3.1 平煤過(guò)程力學(xué)模型的建立

經(jīng)過(guò)對(duì)平煤裝置力學(xué)分析提出的推積理論和推落理論，平煤過(guò)程中平煤裝置所受到的阻力為:

式中:τ——剪切應(yīng)力，N/m2;

隨著課程改革進(jìn)一步推進(jìn)和深化，統(tǒng)計(jì)與概率教學(xué)越來(lái)越受到重視.2001年《全日制義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)稿)》簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)稿)》將“統(tǒng)計(jì)與概率”作為義務(wù)教育階段數(shù)學(xué)課程學(xué)習(xí)的四大版塊之一并提出了“統(tǒng)計(jì)觀念”，《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年 版)》(簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》)又提出了“數(shù)據(jù)分析觀念”.《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)》(簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)2017年版》)更是將數(shù)據(jù)分析作為六大核心素養(yǎng)之一.可見(jiàn)，數(shù)據(jù)分析觀念在我國(guó)當(dāng)前課程改革中占據(jù)了重要地位.那么，關(guān)于數(shù)據(jù)分析觀念的已有研究有哪些呢？下面我們將對(duì)2001年至2017年的與數(shù)據(jù)分析觀念相關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行分析.

σ——正應(yīng)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(shuō)明平煤裝置所受到的阻力與煤炭的剪切應(yīng)力、擠壓正應(yīng)力、煤炭的重力和剪切角度、剪切面積以及煤炭堆積對(duì)平煤裝置的靜壓力有關(guān)。應(yīng)用推積理論和推落理論，經(jīng)科學(xué)的裝煤工藝改進(jìn)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(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化

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

經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將平煤鏟由板式結(jié)構(gòu)改為梳齒狀結(jié)構(gòu)不僅平煤阻力小，而且靠自重入煤插入性好，特別是針對(duì)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(jié)構(gòu)。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(qū)動(dòng)和液壓缸驅(qū)動(dòng)等方式。鋼絲繩絞車牽引機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)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(dǎo)向槽。平煤裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 平煤裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 平煤裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)

本裝置的控制系統(tǒng)采用伺服電機(jī)及PLC控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，機(jī)械傳動(dòng)部分采用交流伺服電機(jī)，這樣既可以精確定位設(shè)備的位置和高度，便于實(shí)現(xiàn)精確定位操作，又可以達(dá)到快速定點(diǎn)平煤的效果。PLC為本系統(tǒng)的控制單元，實(shí)現(xiàn)各傳感器的信號(hào)接收，并對(duì)伺服放大器進(jìn)行控制，以便實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)化控制。平煤裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖3所示。

由圖3可見(jiàn)，安裝兩組紅外線位置傳感探頭，當(dāng)車廂鏈接處的空檔通過(guò)時(shí)，觸發(fā)傳感器動(dòng)作，并經(jīng)過(guò)PLC控制火車的牽引、料斗升降、放料帶式輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以及平煤器升降等動(dòng)作。當(dāng)平煤擋板在平煤時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)將平煤的擠壓力傳輸給PLC，PLC再自動(dòng)控制平煤的速度和高度，防止設(shè)備堵轉(zhuǎn)運(yùn)行。

圖3 平煤裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)

自控系統(tǒng)采用西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的編程軟件SIMATIC AUTOMATION STEP7 V5.4軟件進(jìn)行編程，該軟件使用可靠、方便，具有很強(qiáng)的邏輯與通訊能力，且便于操作和調(diào)試。本系統(tǒng)采用梯形圖實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的編程調(diào)試工作，PLC與3臺(tái)伺服之間的連接采用PROFIBUS(現(xiàn)場(chǎng)總線)的通訊方式，可以實(shí)現(xiàn)雙方的數(shù)據(jù)非常便捷的互相訪問(wèn)，減少設(shè)備之間的電纜連接和電磁干擾，達(dá)到精準(zhǔn)控制。同時(shí)在控制室安裝一臺(tái)上位機(jī)，可以在畫面上實(shí)時(shí)查看到設(shè)備的運(yùn)行位置和運(yùn)行狀態(tài)，方便對(duì)設(shè)備的控制和監(jiān)控。

4 裝車系統(tǒng)外部設(shè)備布置

裝車系統(tǒng)外部設(shè)備總體布置如圖4所示，根據(jù)實(shí)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(shè)備對(duì)平煤后的煤層進(jìn)行精整，精整設(shè)備可沿X、Y、Z三個(gè)方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行小范圍區(qū)域操作，也可用于裝車標(biāo)記的自動(dòng)噴灑。

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目的實(shí)施能夠有效地利用運(yùn)載能力，增加煤炭運(yùn)量和運(yùn)煤效益，提高了煤炭運(yùn)輸和平煤作業(yè)的安全性，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了勞動(dòng)成本，同時(shí)達(dá)到了裝車精度在0.3%以內(nèi)、火車裝車作業(yè)一次完成、減少人工平煤勞動(dòng)量、縮短裝煤時(shí)間以及減少煤炭灑落。

圖4 裝車系統(tǒng)外部設(shè)備總體布置

［1］張澤江.新型稱重系統(tǒng)在快速裝車系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.煤炭技術(shù)，2009(4)

［2］侯波波，楊珍珍，王圣林.裝車站平煤裝置的改進(jìn)及有限元分析［J］.煤礦機(jī)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(yáng)泉人，本科學(xué)歷，現(xiàn)任陽(yáng)煤集團(tuán)技術(shù)中心機(jī)電研究所所長(zhǎng)，主要從事電氣方面的研究。

(責(zé)任編輯 路 強(qiáng))