运煤列车防冻液喷洒装置的研究

尤 森

（大同煤矿集团 小峪煤矿，山西 怀仁 038300）

0 引言

冬季煤炭外运时因天气寒冷，易使煤炭与列车结冰，冻结的煤车进入港口后再进行解冻处理，会严重影响煤炭的运输。通常在煤场配备工人进行防冻液喷洒，以解决冻结问题。但是人工喷洒劳动强度大，而且运煤列车环境条件差，人工喷洒覆盖面不充分、不稳定，且浪费大，不能完全解决冻结和快速装煤问题。在运煤列车驶入驶出点安装防冻液喷洒装置，以实现防冻液自动喷洒，不仅实现了快速装车而且又可以降尘，改善煤场环境。

1 防冻液喷洒装置的设计

对运煤列车进行防冻液喷洒可有效地解决冬季卸煤问题。防冻液原体为防冻液粉，通过与水配比为浓缩防冻液原液，之后再进行二次配比。

由于驶入、驶出煤场的运煤车厢与其他车厢高度不一，因此喷洒装置必须实现位置调节，以避免影响列车运输。当车头或其他列车驶入时，悬臂与列车行驶方向相同；当车头或其他列车驶过后悬臂旋转至运煤车厢上进行防冻液喷洒，这样可保证铁路的正常运行。

1．1 喷洒装置的机构设计

本设计是通过旋转喷洒悬臂来为运煤车厢进行喷洒，如图1所示。转轴1上焊接法兰盘，以安装减速电机2，电机轴上的齿轮4与固定轴6上的外齿圈5相啮合，通过控制电机转动可实现悬臂角度的调节。其中电机型号为SHF32，功率为1．1kW，减速比为30。转轴和固定轴固定在H钢的塔架内，以实现稳定运行。在防冻液悬臂上安装喷嘴，喷嘴选用1／4PZ80110B4型，可形成覆盖面较广的扇形水雾［1，2］。其中悬臂4个喷嘴正对车厢底部，另外2个喷嘴对准车厢内部侧壁，这样安装可实现防冻液对运煤车厢内部的全面覆盖。

本装置采取了失效安全措施，即在设备发生机械故障而导致悬臂旋转失效或发生其他运输事故时可以人工调节悬臂，为此在转轴处安装转轮。转轮为齿轮机构，与固定轴外齿圈相啮合。通过人工转动转轮可使悬臂摆动，以解决机构失效引发的安全问题。

图1 喷洒装置机构简图

1．2 电气控制设计

防冻液喷洒装置电控部分以西门子PLC为控制核心［3］，悬臂的旋转通过PLC对转轴上减速电机的控制来实现。在固定轴上安装接近开关，实现对转轴及悬臂的定位，当悬臂平行和垂直于运煤列车位置时，可触发固定轴上的接近开关，实现对悬臂位置的调节。列车的驶入驶出通过对射传感器的信号来判断，本设计安装有两组对射传感器，一组正对运煤车厢（1＃），另一组对车头顶部（2＃）。当1＃发出信号，2＃无信号时可判断为运煤列车车厢，PLC接收到1＃和2＃传感器信号后控制减速电机运行，悬臂旋转至运煤车厢上，接近开关（1＃）发出信号，PLC发出信号使减速电机停止并发出开启电磁阀信号，此时悬臂处于列车车厢之上并开始喷洒防冻液；当列车驶出煤场后，1＃、2＃对射传感器无输入信号，PLC发出减速电机反转运行信号，悬臂开始回转，当位置接近开关（2＃）收到信号，表明此时悬臂已经平行于列车，PLC发出减速电机制动信号，并停止电机运行。温度传感器主要用于煤场环境温度的显示，以确定是否进行防冻液喷洒作业。本系统根据煤场环境温度对防冻液进行配制。温度传感器将温度信号输入PLC中，通过运算来控制流量阀控制防冻液的配比。当储液罐中的防冻液液位不足时，液位传感器发出信号至PLC，PLC发出防冻液不足信号，同时打开清水和防冻液原液的电磁阀（1＃和2＃电磁阀），启动防冻液配置电机，实现防冻液的自动配置。图2为各控制模块系统框图。

图2 各控制模块系统框图

1．3 液路设计

火车驶入煤场，离心泵将储液罐中的防冻液泵入悬臂喷嘴进行喷洒，液路中液体压力设定为1MPa～3 MPa。当运煤车厢驶入煤场，对射传感器发出运煤车厢抵达信号，PLC发出信号启动离心泵电机，离心泵开始运转，当防冻液液体压力达到1MPa后，PLC发出电磁阀（3＃电磁阀）换向信号，进液管导通，液体经过换向阀通过喷嘴喷出，此外，进液管路安装止回阀，以防止液体倒流，液路简图见图3。压力变送器的主要作用是监测管道压力，为水泵电机调频变速［4］。本系统选用西门子1TL0002－1EA23－3变频电机作为整个液路系统的动力源，功率为22kW，可在30Hz～50Hz恒转矩运行。通过对电机变频可实现流量控制，极大地节省防冻液，此外还可以防止管路压力过大发生安全事故。同时安装减压阀以进行二次保护，压力设定为3．5MPa，当液路系统发生机电故障，导致压力升高至减压阀设定值时，实现减压，以保证人员和设备安全。当电磁阀发生故障或因其他原因导致电磁阀无法换向时，会引发喷嘴无法喷洒，为此在电磁换向阀处并联一手动换向阀，以临时进行人工手动控制喷洒作业。

经实践证明，对皮带输送机上的堆煤进行防冻液喷洒也可有效地解决运煤列车冻结问题。为此在对列车车厢喷洒的同时对来往车厢输送煤炭的运煤皮带上的煤炭进行喷洒，更加有效地解决了煤炭的冻结问题。通过控制4＃电磁阀启闭，可以实现运输皮带上煤炭的防冻，也能降低皮带运输所产生的煤尘，同时电磁阀并联一手动换向阀，以防止电磁阀损坏引起无法喷洒作业。流量计可以显示防冻液的消耗量，以计算资金投入和经济效益。

图3 液路简图

2 结论

冬季为煤场配备防冻液喷洒装置，可以有效地解决运煤车厢冻结问题。通过传感器对列车驶入驶出的判断和其他机电功能的相互配合，可实现无人值守作业，自动配比、自动喷洒，可以大大减轻劳动强度，提高运输效率；其次本装置后备安全保护可以使装置关键部位发生事故时仍可以人工安全运行，具有失效安全功能，保证了设备安全和运输顺利。

［1］ 李元宗，张晓东，董志国．运煤车智能全自动防冻液喷洒系统［J］．机械工程与自动化，2009（2）：90－91．

［2］ 郭文俊．选煤厂防冻液自动喷洒系统［J］．煤炭加工与综合利用，2009（1）：11－13．

［3］ 袁森，肖军，罗卫东．基于PLC的机械手控制系统设计［J］．煤矿机械，2009（5）：198－200．

［4］ 黄健．铁路运煤车防冻液自动喷洒装置在太原选煤厂的应用［J］．选煤技术，2010（2）：55－56．