黃仕濤
江蘇利電能源集團(tuán) 江陰 214444
目前,國(guó)內(nèi)尚有許多卸料小車移倉(cāng)過程中需要現(xiàn)場(chǎng)人員操作或配合[1],作業(yè)繁瑣。同時(shí)還需要人工手動(dòng)進(jìn)行投、退錨定,增加了操作工作量,也存在人員誤操作導(dǎo)致錨定繩被拉斷的安全風(fēng)險(xiǎn)。
隨著國(guó)內(nèi)外自動(dòng)控制技術(shù)的快速發(fā)展,新的技術(shù)與機(jī)械裝備高度融合,有利于新技術(shù)應(yīng)用到卸料小車控制系統(tǒng)中,以實(shí)現(xiàn)卸料小車遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制,提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。全自動(dòng)卸料小車將是未來發(fā)展的主要方向,通過技術(shù)革新,淘汰落后的人工操作模式,實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化、智能化勢(shì)在必行。
某發(fā)電廠三期輸煤系統(tǒng)采用封閉儲(chǔ)煤罐儲(chǔ)煤工藝,超大型儲(chǔ)煤罐群。筒式儲(chǔ)煤罐具有防塵抑塵效果突出、整體簡(jiǎn)潔美觀、自動(dòng)化程度高、環(huán)保效益好的優(yōu)點(diǎn)[2]。該電廠儲(chǔ)煤罐群共由10個(gè)單罐直徑 40 m、高度 43 m的儲(chǔ)煤罐組成,總?cè)萘考s300 000 t。儲(chǔ)煤罐頂部輸送帶機(jī)廊道內(nèi)布置雙向行走、定點(diǎn)單側(cè)中心卸料的移動(dòng)式卸料小車,額定卸料能力1 800 t/h,最大卸料能力為 2 150 t/h,自重為26.5 t,行走速度為 0.36 m/s,小車行走距離為208 m,帶速為3.15 m/s。
卸料小車采用框架結(jié)構(gòu),由主體機(jī)架、行走驅(qū)動(dòng)、尾車、改向滾筒、壓帶輪、錨定繩、溜槽、電氣控制系統(tǒng)、落料管及其密封接口等組成。卸料小車軌道采用高架形式,沿帶式輸送機(jī)兩側(cè)布置。卸料工藝采用單線往復(fù)行走移倉(cāng),定點(diǎn)卸料進(jìn)倉(cāng),通過車體上的直通溜槽,實(shí)現(xiàn)將上游帶式輸送機(jī)所運(yùn)載的煤炭經(jīng)下游環(huán)型布料機(jī)卸入筒式儲(chǔ)煤罐。
三期輸煤系統(tǒng)中4臺(tái)卸料小車分別安裝于3期儲(chǔ)煤罐頂305A/B帶、306A/B帶棧橋廊道內(nèi),于2006年建成投用。每條輸送帶對(duì)應(yīng)1臺(tái)卸料小車,同廊道內(nèi)的2臺(tái)卸料小車共用5個(gè)中心落料斗,通過5臺(tái)環(huán)型布料機(jī)實(shí)現(xiàn)向同一排的5個(gè)儲(chǔ)煤罐卸料,35A/B小車可以向1號(hào)~5號(hào)儲(chǔ)煤罐卸料,36A/B小車可以向6號(hào)~10號(hào)儲(chǔ)煤罐卸料。卸料小車結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 卸料小車結(jié)構(gòu)示意圖
目前三期卸料小車為三期煤控遠(yuǎn)程操作移倉(cāng),但需要人工通過通信設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)指揮卸料小車行走和停止,且移倉(cāng)前后需要人工解拴錨定繩。移倉(cāng)過程需要人員現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)頻繁開啟、關(guān)閉中心落料斗蓋板,手動(dòng)操作存在現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境惡劣、小車起停頻率高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大[3]、移倉(cāng)效率低等問題,影響整個(gè)卸載段生產(chǎn)效率。因此,需要通過技術(shù)革新對(duì)卸料小車設(shè)備進(jìn)行改造,解決卸料小車遠(yuǎn)程操作還需要人員現(xiàn)場(chǎng)配合的狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)卸料小車全程自動(dòng)化、智能化控制。
本文主要針對(duì)該發(fā)電廠三期輸煤卸料小車的錨定方式、與下游設(shè)備的接口、卸料小車遠(yuǎn)程智能操作和安全保護(hù)等內(nèi)容進(jìn)行研究。
目前,卸料小車兩側(cè)采用直徑為20 mm的鋼絲繩作為錨定繩,錨定繩長(zhǎng)度為3 m,一端通過吊耳固定在卸料小車機(jī)架上,另一端通過軸銷固定在卸料小車軌道梁側(cè)錨定板孔內(nèi)。由于卸料小車定位存在誤差,錨定繩無法精確收緊,留有200 mm松弛長(zhǎng)度,卸料小車運(yùn)行過程中煤量瞬間過大導(dǎo)致卸料小車朝物料運(yùn)行方向滑移,錨定鋼絲繩在卸料小車慣性力作用下迅速拉緊,存在斷繩飛車風(fēng)險(xiǎn)。
卸料小車落料管與下游環(huán)形布料機(jī)設(shè)備接料口上方的中心落料斗相接于帶式輸送機(jī)廊道地面,料斗接口兩側(cè)安裝防護(hù)防塵蓋板。卸料小車到其他儲(chǔ)煤罐布料時(shí),小車離開的中心落料斗接口敞開的蓋板需要人員及時(shí)蓋上,防止人員行走時(shí)誤墜入落料斗,同時(shí)防止對(duì)側(cè)卸料小車在此處布料時(shí)粉塵外溢。卸料小車移至中心落料斗前,需要人工打開落料斗蓋板,避免發(fā)生卸料小車落料管與蓋板相碰撞事故。
2.2.1 研究擬解決的問題、方法
研究擬解決自動(dòng)錨定模式替代人工錨定模式,自動(dòng)開閉倉(cāng)模式替代人工手動(dòng)開閉倉(cāng)模式。
對(duì)卸料小車錨定進(jìn)行改造,引入智能化、自動(dòng)化程度較高的錨定裝置。通過研究,擬增加在定點(diǎn)作業(yè)布料時(shí)的卸料小車移動(dòng)阻力,防止異常大煤量工況下卸料小車被輸送帶牽引移動(dòng)引發(fā)飛車事故[4]。
對(duì)卸料小車的落料管與中心落料斗的接口進(jìn)行改造,縮短卸料小車落料管的長(zhǎng)度,去除中心落料斗上部蓋板,并在中心落料斗上部增加鎖氣裝置,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)啟閉。
2.2.2 研究方法的可行性、先進(jìn)性分析
目前,構(gòu)建卸料小車無人化操作改造的裝置主要有鎖氣器、彈簧夾軌器、電動(dòng)錨定裝置等。
1)普通鎖氣器 普通鎖氣器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、能實(shí)現(xiàn)卸料口啟閉功能等優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)由于卸料小車落料管較高,煤流沖擊動(dòng)能很大,直接沖擊擋板上擋板非常容易磨損,后期維護(hù)工作量大。且擋板需要足夠的強(qiáng)度,配重尺寸較大,布置困難,與周圍輸送帶干涉嚴(yán)重。遇潮煤、粘煤,檔板容易積料造成落料管通流面積減少,引起堵煤、溢煤情況發(fā)生。
2)電動(dòng)鎖氣器 電動(dòng)鎖氣器具有結(jié)構(gòu)緊湊、故障率低、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),能夠?qū)崿F(xiàn)卸料口自動(dòng)啟閉功能,鎖氣效果優(yōu)于普通鎖氣器,能實(shí)現(xiàn)全開和全閉,不影響物料的通流面積,不會(huì)發(fā)生積煤和堵煤現(xiàn)象。擋板打開時(shí),不與煤流接觸,不會(huì)受到煤流沖擊,不易磨損,質(zhì)量輕,無需配重,不與輸送帶干涉,自動(dòng)化程度高,易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制,但電動(dòng)鎖氣器造價(jià)相對(duì)較高。
3)彈簧式夾軌器 彈簧式夾軌器具有結(jié)構(gòu)合理、夾緊力大、安全可靠等優(yōu)點(diǎn),夾軌器底部采用導(dǎo)向浮動(dòng)架,保證卸料小車行走時(shí)夾鉗與軌道之間的間隙,防止軌道和夾鉗磨損。2套夾軌器可采用一套液壓系統(tǒng)。但與此同時(shí)彈簧式夾軌器造價(jià)相對(duì)略高。
4)電動(dòng)錨定裝置 電動(dòng)錨定裝置具有結(jié)構(gòu)合理、安全可靠等優(yōu)點(diǎn),能夠避免卸料小車飛車事故發(fā)生。但電動(dòng)錨定裝置不能消除卸料小車初起滑移引發(fā)的定位信號(hào)丟失,造成上游帶式輸送機(jī)非停情況發(fā)生。
針對(duì)卸料小車自身特性和軌道形式,通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn),確定夾軌器的形式、防滑能力,合理布置;設(shè)計(jì)電動(dòng)錨定裝置,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上錨和解錨;優(yōu)化卸料小車與中心落料斗接口;設(shè)計(jì)電動(dòng)鎖氣器,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開閉;彈簧夾軌器、電動(dòng)錨定裝置和鎖氣器與DCS程序連鎖,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無人化操作;完善工業(yè)電視,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控;實(shí)現(xiàn)卸料小車上機(jī)伸縮爬梯。
項(xiàng)目針對(duì)卸料小車遠(yuǎn)程移倉(cāng)操作過程中需要現(xiàn)場(chǎng)人員配合打開和關(guān)閉落料斗蓋板、解錨和上錨等落后操作模式研究,引入電動(dòng)鎖氣器、彈簧夾軌器、電動(dòng)錨定等裝置,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)啟閉鎖氣器、自動(dòng)上夾解夾、自動(dòng)上錨解錨,實(shí)現(xiàn)卸料小車遠(yuǎn)程無人化操作。卸料小車無人化操作改造模型如圖2所示。
圖2 卸料小車無人化操作改造模型
電動(dòng)鎖氣器設(shè)計(jì)新穎、結(jié)構(gòu)合理、鎖氣效果好、無粉塵外溢、無磨損、自動(dòng)化程度高、易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
彈簧夾軌器結(jié)構(gòu)合理、夾鉗不易磨損、防滑力大,能夠有效防止卸料小車滑移、倉(cāng)位信號(hào)丟失、帶式輸送機(jī)非停情況發(fā)生,安全可靠,能夠有效防止卸料小車飛車事故,能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)上夾解夾,自動(dòng)化程度高。
電動(dòng)錨定結(jié)構(gòu)合理,上錨解錨方便快速,能夠替代人工錨定,自動(dòng)化程度高,能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)錨定,安全可靠,抗滑移能力強(qiáng),最終阻止飛車事故發(fā)生。
根據(jù)卸料小車落料管和下游設(shè)備上方的中心落料斗安裝位置,設(shè)計(jì)一套電動(dòng)鎖氣器并外委加工。卸料小車最底部一節(jié)落料管下端截去長(zhǎng)度940 mm,重新制作接口密封罩。每只中心落料斗上方兩側(cè)各安裝1臺(tái)雙擋板電動(dòng)鎖氣器。鎖氣器采用DYTP-C型電液推桿作為驅(qū)動(dòng),電液推桿型號(hào)為DYTP-C1000-/110,推桿有效行程為250 mm ,推力為1 t,電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y90L-4-1.5 kW,推速50 mm/s,電動(dòng)鎖氣器如圖3所示。
圖3 電動(dòng)鎖氣器示意圖
當(dāng)卸料小車運(yùn)行至指定倉(cāng)位的電動(dòng)鎖氣器時(shí),電液推桿電動(dòng)機(jī)得電,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),電液推桿縮回,通過單推臂、短軸、雙推臂帶動(dòng)曲形連桿運(yùn)動(dòng),推動(dòng)雙擋板單推臂向兩側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)至打開限位動(dòng)作時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng),電動(dòng)機(jī)斷電。此時(shí),電動(dòng)鎖氣器擋板向外側(cè)完全打開落料管通流空間,保證卸料小車卸載時(shí)的物料能夠順利通過。當(dāng)卸料小車在該倉(cāng)作業(yè)完畢,發(fā)出離開該倉(cāng)向目標(biāo)倉(cāng)移動(dòng)指令時(shí),該倉(cāng)的電動(dòng)鎖氣器電動(dòng)機(jī)得電,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn),電液推桿推出,單推臂、短軸、雙推臂帶動(dòng)曲形連桿反向運(yùn)動(dòng),推動(dòng)雙擋板單推臂向中間轉(zhuǎn)動(dòng)至關(guān)閉限位動(dòng)作時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng),電動(dòng)機(jī)斷電。此時(shí),電動(dòng)鎖氣器擋板向內(nèi)側(cè)完全關(guān)閉落煤管通流空間,起到鎖氣作業(yè),防止另一路卸料小車工作時(shí)揚(yáng)塵從該鎖氣器溢出。電動(dòng)鎖氣器增加了自動(dòng)開啟和關(guān)閉保護(hù),當(dāng)卸料小車落料管處于指定倉(cāng)位的中心落料斗時(shí),電動(dòng)鎖氣器的擋板才能自動(dòng)打開,當(dāng)卸料小車停止作業(yè)離開指令發(fā)出,電動(dòng)鎖氣器的擋板自動(dòng)關(guān)閉后,卸料小車才能離開該倉(cāng)位。
電動(dòng)鎖氣器旁設(shè)置擋板就地操作箱,用于對(duì)設(shè)備的相關(guān)操作。就地操作箱切換開關(guān)至就地位置,通過就地按鈕可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)鎖氣器擋板的打開和關(guān)閉,一般用于就地試驗(yàn)和調(diào)試,方便電動(dòng)鎖氣器和中心落料斗檢修,正常工作方式不使用。就地操作箱切換開關(guān)至遠(yuǎn)程位置,當(dāng)卸料小車到達(dá)該倉(cāng)位,倉(cāng)位信號(hào)動(dòng)作10 s后,擋板自動(dòng)打開。卸料小車離開倉(cāng)位后,擋板自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)擋板打開信號(hào)到位后,允許輸送帶啟動(dòng),運(yùn)行中如果擋板打開信號(hào)消失立即停運(yùn),實(shí)現(xiàn)輸送帶聯(lián)鎖保護(hù)。
設(shè)定鎖氣器擋板打開、關(guān)閉時(shí)間為5 s,運(yùn)行指令觸發(fā)7s后,若無相應(yīng)限位信號(hào)反饋,系統(tǒng)認(rèn)為擋板存在卡澀,立即撤銷運(yùn)行指令,并在DCS畫面觸發(fā)鎖氣器擋板系統(tǒng)故障,需要現(xiàn)場(chǎng)檢查處理后復(fù)位故障。
根據(jù)卸料小車機(jī)架和軌道尺寸選用一拖二液壓彈簧夾軌器,以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)解軌和夾軌功能。夾軌器型號(hào)為XJYT-25,防滑力25 kN,電動(dòng)機(jī)功率1.5 kW,額定壓力8 MPa,適合軌道50×50方軌。彈簧夾軌器如圖4所示。
圖4 彈簧式夾軌器示意圖
當(dāng)卸料小車離開倉(cāng)位至目標(biāo)倉(cāng)位指令發(fā)出后,通過液壓彈簧式夾軌器控制電路,在卸料小車行走機(jī)構(gòu)開始行走前,接通夾軌器的液壓泵站油泵電動(dòng)機(jī)和電磁閥的電源,使壓力油進(jìn)入液壓缸前腔,推動(dòng)活塞壓縮彈簧,儲(chǔ)備能量使夾鉗張開。待夾鉗完全張開后,油泵電動(dòng)機(jī)電源被限位開關(guān)切斷(但電磁閥此時(shí)仍保持通電狀態(tài)),同時(shí)卸料小車行走電動(dòng)機(jī)聯(lián)鎖電路接通,卸料小車才能開始行走。油泵電動(dòng)機(jī)斷電后,液壓系統(tǒng)因單向閥和電磁閥的保壓作用從而保證夾鉗處在張開位置。液壓彈簧式夾軌器松軌后,夾軌器打開限位動(dòng)作時(shí)卸料小車才能移倉(cāng)。運(yùn)行過程中,電磁閥保持通電狀態(tài),當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)倉(cāng)位后,電磁閥斷電,使壓力油流回到油箱中,彈簧釋放能量,使夾鉗閉合鎖緊。當(dāng)液壓系統(tǒng)存在內(nèi)泄漏時(shí),夾鉗張開后,經(jīng)過一段時(shí)間張開度會(huì)減少,當(dāng)減少到一定程度時(shí),在限位開關(guān)作用下切斷時(shí)間繼電器,接通油泵電動(dòng)機(jī)的電源,油泵電動(dòng)機(jī)通電,快速向液壓缸補(bǔ)油,使夾鉗又恢復(fù)到完全張開位置。此時(shí),限位開關(guān)切斷油泵電動(dòng)機(jī)電源,接通時(shí)間繼電器電源,在此過程中,因時(shí)間繼電器的延時(shí)作用使大車行走聯(lián)鎖繼電器始終通電,故不會(huì)影響大車正常行走[5]。卸料小車就位后位置限位動(dòng)作,電動(dòng)鎖氣器打開,輸送帶啟動(dòng)上煤運(yùn)行。
夾軌器旁設(shè)置就地操作箱,用于對(duì)設(shè)備的相關(guān)操作。就地操作箱切換開關(guān)至就地位置,通過就地按鈕實(shí)現(xiàn)彈簧夾軌器的打開和關(guān)閉,一般用于就地試驗(yàn)和調(diào)試,正常工作方式不使用。就地操作箱切換開關(guān)至遠(yuǎn)程位置,當(dāng)卸料小車接收到行走啟動(dòng)指令后,夾軌器自動(dòng)打開,卸料小車停止后,夾軌器自動(dòng)上夾。
卸料小車聯(lián)鎖保護(hù),當(dāng)夾軌器打開信號(hào)到位后,允許卸料小車行走,卸料小車運(yùn)行中,如果夾軌器打開信號(hào)消失,小車行走立即停止。
根據(jù)卸料小車機(jī)架和軌道梁相對(duì)尺寸設(shè)計(jì)一套電動(dòng)錨定裝置,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)錨定替代手動(dòng)錨定。
電動(dòng)錨定裝置規(guī)格為DDMD1600-SLWD5M,升降機(jī)選用SWLD5M-1B-IV-200FZ-0.75 kW法蘭電動(dòng)機(jī)帶制動(dòng)器。電動(dòng)錨定裝置如圖5所示。
圖5 電動(dòng)錨定裝置示意圖
將現(xiàn)有錨定繩去除,增加電動(dòng)錨定裝置以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)解錨、上錨功能,程序和夾軌器同步,當(dāng)發(fā)出移倉(cāng)指令后,絲桿升降機(jī)電動(dòng)機(jī)得電,制動(dòng)器打開,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn),錨定板提起,解錨限位動(dòng)作時(shí)停止運(yùn)動(dòng),電動(dòng)機(jī)斷電,解錨完成。利用升降機(jī)自鎖[6]動(dòng)能和電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器鎖住錨定板,防止下溜。錨定解錨限位和夾軌器打開限位同時(shí)動(dòng)作后,卸料小車才能行走。當(dāng)卸料小車到達(dá)指定倉(cāng)位,夾軌器上夾,絲桿升降機(jī)電動(dòng)機(jī)得電,制動(dòng)器打開,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),錨定板落下進(jìn)入錨定坑,上錨限位動(dòng)作時(shí)停止運(yùn)動(dòng),電動(dòng)機(jī)斷電,上錨完成。
電動(dòng)錨定裝置安裝于卸料小車中部位置,用于防止卸料小車滑移,采用電動(dòng)機(jī)螺桿完成機(jī)構(gòu)動(dòng)作,錨定裝置設(shè)有上、下限位用于控制錨定板行程。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有就地控制箱,用于對(duì)設(shè)備的相關(guān)操作,就地控制箱電源與液壓夾軌器取自同一路電源。就地操作箱切換開關(guān)至就地位置,通過就地按鈕實(shí)現(xiàn)錨定裝置的抬起和落下,一般用于就地試驗(yàn)和調(diào)試,正常工作方式不使用。就地操作箱切換開關(guān)至遠(yuǎn)程位置,當(dāng)卸料小車接收到行走啟動(dòng)指令后,錨定裝置自動(dòng)抬起,卸料小車停止后,卸料小車判斷有倉(cāng)位信號(hào)后,錨定裝置自動(dòng)落下,無倉(cāng)位信號(hào),錨定裝置不落下。
卸料小車聯(lián)鎖保護(hù),當(dāng)錨定裝置抬起信號(hào)到位后,允許卸料小車行走,卸料小車運(yùn)行中,如果錨定裝置打開信號(hào)消失,小車行走立即停止。錨定裝置落下信號(hào)到位后,才能允許輸送帶啟動(dòng)。
卸料小車上引入工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)作為卸料小車自動(dòng)控制系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)[7],能夠在煤控室遠(yuǎn)程操作和觀察卸料小車移倉(cāng)過程及倉(cāng)位情況,實(shí)時(shí)顯示出卸料小車所處位置和狀態(tài)[8],真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無人化操作。
大型儲(chǔ)煤罐卸料小車無人化操作改造后,縮短了移倉(cāng)時(shí)間,提高了移倉(cāng)效率,減少移倉(cāng)過程中輸送帶停運(yùn)時(shí)間。按照每卸載5萬t煤需要移倉(cāng)3次計(jì)算,能夠節(jié)省時(shí)間1 h。年度卸載量按照850萬t計(jì),全年可節(jié)省170 h,有效降低船舶在港時(shí)間,減少滯期費(fèi)用50萬元。同時(shí),實(shí)現(xiàn)大型儲(chǔ)煤罐卸料小車無人化操作后,不僅提高卸料小車移倉(cāng)效率,減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度,而且避免操作人員接觸現(xiàn)場(chǎng)粉塵,改善人員操作環(huán)境,同時(shí)消除了地面上蓋板打開狀態(tài)下人員行走時(shí)誤踏入落料斗高處墜落的風(fēng)險(xiǎn)。