选煤厂装车自动平煤装置的研究与应用

赵新平

(阳煤集团技术中心机电研究所，山西省阳泉市，045008)

选煤厂装车自动平煤装置的研究与应用

赵新平

(阳煤集团技术中心机电研究所，山西省阳泉市，045008)

针对阳煤集团的几个主力矿井装车系统存在的装车质量差和装载效率低等主要问题，分析了平煤过程的力学模型，对平煤装置机械结构进行了优化，介绍了装车系统外部设备总体布置，改造后的自动平煤装置降低了工人的劳动强度和劳动成本，提高了装车的精度。

选煤厂 装车系统 平煤装置 自动控制

1 引言

目前，我国煤矿用于煤炭列车装载后平整车箱上部煤堆的设备多为龙门式装置，这种平煤装置存在一些弊端:一是安装使用受场地条件限制;二是运行机构较复杂、故障率高;三是需设专人操作，使用管理不便;四是平头式平煤铲平煤工作阻力较大，各承载部件受载较重，故障率高，使用寿命低;五是平煤铲的升降操作与列车装载运行的协调性差，易发生操作失灵而刮碰车箱现象;六是制造安装成本较高。

快速装车系统是我国在20世纪90年代中期从国外引进的一种新型列车装载系统，它是以自动控制的方式快速并连续地将煤炭按设定的重量装载到以一定速度行进的列车中的一种高效定量的装车系统。装车工艺一般要求称重系统的静称重精度达到±0.1%，每节车皮的装车精度达到0.3%，每节车皮装车误差不超过200 kg。快速装车系统中的自动平煤装置能够保证煤炭在车皮中均匀平整，达到铁路系统要求的范围内，增加煤炭运量提高运载能力，保证煤炭运输安全。基于此，阳煤集团对现有的装车系统进行了改造，对平煤装置进行了重新设计，这对改善装车工艺、提高装车自动化水平、提高装煤质量和效率以及降低工人劳动强度具有重要意义。

2 原有装车系统存在的问题

(1)装车质量差。即使经过平煤装置平整后，仍存在车皮部分位置缺煤亏煤，车皮尾部堆煤严重;

(2)煤炭散落量大。由于装煤不均匀，在平整过程中，大量煤炭被推落到车皮外，造成损失;

(3)人工劳动强度大。为使装煤平整，需要人工将尾部堆煤填补到缺煤亏煤的部位，工人在运行的车皮上攀爬工作，存在安全性差、工作量大及工作艰苦的问题;

(4)装载效率低。如果装煤偏重严重时，整列火车要倒行，利用平煤装置再次平整，增加了装煤时间和能量消耗;

(5)自动化程度低。装车质量和装车速度完全依赖机车驾驶状态和装车员的工作经验等人为因素，由于需要人工判定车速并通过按键控制放煤的时机以及溜槽的高度，装车质量和装车速度很难达到理想状态;

(6)平煤装置变形失效严重。由于目前对平煤受力分析缺乏研究，平煤装置的设计工艺较不合理，平煤装置受力后变形严重，甚至无法正常工作。

3 自动平煤装置设计

3.1 平煤过程力学模型的建立

经过对平煤装置力学分析提出的推积理论和推落理论，平煤过程中平煤装置所受到的阻力为:

式中:τ——剪切应力，N/m2;

随着课程改革进一步推进和深化，统计与概率教学越来越受到重视.2001年《全日制义务教育数学课程标准(实验稿)》简称《标准(实验稿)》将“统计与概率”作为义务教育阶段数学课程学习的四大版块之一并提出了“统计观念”，《义务教育数学课程标准(2011年 版)》(简称《标准(2011年版)》)又提出了“数据分析观念”.《普通高中数学课程标准(2017版)》(简称《标准2017年版》)更是将数据分析作为六大核心素养之一.可见，数据分析观念在我国当前课程改革中占据了重要地位.那么，关于数据分析观念的已有研究有哪些呢？下面我们将对2001年至2017年的与数据分析观念相关的文献进行分析.

σ——正应力，MPa;

G——煤的重力，N;

θ——剪切角度，(°);

S——剪切面积，m2;

ρ——煤的密度，kg/cm;

dV——煤的体积，m3。

上式说明平煤装置所受到的阻力与煤炭的剪切应力、挤压正应力、煤炭的重力和剪切角度、剪切面积以及煤炭堆积对平煤装置的静压力有关。应用推积理论和推落理论，经科学的装煤工艺改进和合理的安装平煤装置，可降低平煤阻力12倍以上。

3.2 平煤装置机械结构优化

按照平煤阻力优化平煤装置机械结构的外形结构尺寸，平煤装置机械部分的设计要考虑平煤铲的形状结构、平煤铲升降牵引方式和平煤铲的导向支撑。目前，平煤铲的形状主要有平底平面板结构和平底弧形 (三角形)面板等结构，其中弧形面板平煤阻力小，平煤效果略优于平面板结构，但弧形(三角形)面板平煤铲起降所需车厢头尾预留空间大，操作不便。

经实验发现，将平煤铲由板式结构改为梳齿状结构不仅平煤阻力小，而且靠自重入煤插入性好，特别是针对块状煤炭，平煤效果尤为明显，因此，平煤装置的平煤铲采用平面梳齿状结构。梳齿状平煤铲平煤效果车厢剖面示意图如图1所示。

图1 梳齿状平煤铲平煤效果车厢剖面示意图

平煤铲升降牵引可采用钢丝绳绞车牵引、齿轮齿条驱动和液压缸驱动等方式。钢丝绳绞车牵引机构简单，维护方便，本装置采用钢丝绳绞车牵引，采用门型支架支撑，支架两立柱为槽钢，兼做平煤铲升降导向槽。平煤装置机械结构示意图如图2所示。

图2 平煤装置机械结构示意图

3.3 平煤装置自动控制系统

本装置的控制系统采用伺服电机及PLC控制器来实现，机械传动部分采用交流伺服电机，这样既可以精确定位设备的位置和高度，便于实现精确定位操作，又可以达到快速定点平煤的效果。PLC为本系统的控制单元，实现各传感器的信号接收，并对伺服放大器进行控制，以便实现精确的自动化控制。平煤装置自动控制系统如图3所示。

由图3可见，安装两组红外线位置传感探头，当车厢链接处的空档通过时，触发传感器动作，并经过PLC控制火车的牵引、料斗升降、放料带式输送机运转以及平煤器升降等动作。当平煤挡板在平煤时，压力开关将平煤的挤压力传输给PLC，PLC再自动控制平煤的速度和高度，防止设备堵转运行。

图3 平煤装置自动控制系统

自控系统采用西门子自动化与驱动系统的编程软件SIMATIC AUTOMATION STEP7 V5.4软件进行编程，该软件使用可靠、方便，具有很强的逻辑与通讯能力，且便于操作和调试。本系统采用梯形图实现系统的编程调试工作，PLC与3台伺服之间的连接采用PROFIBUS(现场总线)的通讯方式，可以实现双方的数据非常便捷的互相访问，减少设备之间的电缆连接和电磁干扰，达到精准控制。同时在控制室安装一台上位机，可以在画面上实时查看到设备的运行位置和运行状态，方便对设备的控制和监控。

4 装车系统外部设备布置

装车系统外部设备总体布置如图4所示，根据实际需要，可添加摄像头，观察落煤和平煤情况，还可以添加平煤精整设备对平煤后的煤层进行精整，精整设备可沿X、Y、Z三个方向往复运动，进行小范围区域操作，也可用于装车标记的自动喷洒。

5 结语

本项目的实施能够有效地利用运载能力，增加煤炭运量和运煤效益，提高了煤炭运输和平煤作业的安全性，降低了工人劳动强度，节约了劳动成本，同时达到了装车精度在0.3%以内、火车装车作业一次完成、减少人工平煤劳动量、缩短装煤时间以及减少煤炭洒落。

图4 装车系统外部设备总体布置

［1］张泽江.新型称重系统在快速装车系统中的应用［J］.煤炭技术，2009(4)

［2］侯波波，杨珍珍，王圣林.装车站平煤装置的改进及有限元分析［J］.煤矿机械，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.

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TD4.7

A

赵新平 (1970－)，男，山西阳泉人，本科学历，现任阳煤集团技术中心机电研究所所长，主要从事电气方面的研究。

(责任编辑 路 强)