尤 森

（大同煤礦集團(tuán) 小峪煤礦，山西 懷仁 038300）

0 引言

冬季煤炭外運(yùn)時(shí)因天氣寒冷，易使煤炭與列車結(jié)冰，凍結(jié)的煤車進(jìn)入港口后再進(jìn)行解凍處理，會嚴(yán)重影響煤炭的運(yùn)輸。通常在煤場配備工人進(jìn)行防凍液噴灑，以解決凍結(jié)問題。但是人工噴灑勞動強(qiáng)度大，而且運(yùn)煤列車環(huán)境條件差，人工噴灑覆蓋面不充分、不穩(wěn)定，且浪費(fèi)大，不能完全解決凍結(jié)和快速裝煤問題。在運(yùn)煤列車駛?cè)腭偝鳇c(diǎn)安裝防凍液噴灑裝置，以實(shí)現(xiàn)防凍液自動噴灑，不僅實(shí)現(xiàn)了快速裝車而且又可以降塵，改善煤場環(huán)境。

1 防凍液噴灑裝置的設(shè)計(jì)

對運(yùn)煤列車進(jìn)行防凍液噴灑可有效地解決冬季卸煤問題。防凍液原體為防凍液粉，通過與水配比為濃縮防凍液原液，之后再進(jìn)行二次配比。

由于駛?cè)?、駛出煤場的運(yùn)煤車廂與其他車廂高度不一，因此噴灑裝置必須實(shí)現(xiàn)位置調(diào)節(jié)，以避免影響列車運(yùn)輸。當(dāng)車頭或其他列車駛?cè)霑r(shí)，懸臂與列車行駛方向相同；當(dāng)車頭或其他列車駛過后懸臂旋轉(zhuǎn)至運(yùn)煤車廂上進(jìn)行防凍液噴灑，這樣可保證鐵路的正常運(yùn)行。

1．1 噴灑裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是通過旋轉(zhuǎn)噴灑懸臂來為運(yùn)煤車廂進(jìn)行噴灑，如圖1所示。轉(zhuǎn)軸1上焊接法蘭盤，以安裝減速電機(jī)2，電機(jī)軸上的齒輪4與固定軸6上的外齒圈5相嚙合，通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)動可實(shí)現(xiàn)懸臂角度的調(diào)節(jié)。其中電機(jī)型號為SHF32，功率為1．1kW，減速比為30。轉(zhuǎn)軸和固定軸固定在H鋼的塔架內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。在防凍液懸臂上安裝噴嘴，噴嘴選用1／4PZ80110B4型，可形成覆蓋面較廣的扇形水霧［1，2］。其中懸臂4個(gè)噴嘴正對車廂底部，另外2個(gè)噴嘴對準(zhǔn)車廂內(nèi)部側(cè)壁，這樣安裝可實(shí)現(xiàn)防凍液對運(yùn)煤車廂內(nèi)部的全面覆蓋。

本裝置采取了失效安全措施，即在設(shè)備發(fā)生機(jī)械故障而導(dǎo)致懸臂旋轉(zhuǎn)失效或發(fā)生其他運(yùn)輸事故時(shí)可以人工調(diào)節(jié)懸臂，為此在轉(zhuǎn)軸處安裝轉(zhuǎn)輪。轉(zhuǎn)輪為齒輪機(jī)構(gòu)，與固定軸外齒圈相嚙合。通過人工轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)輪可使懸臂擺動，以解決機(jī)構(gòu)失效引發(fā)的安全問題。

圖1 噴灑裝置機(jī)構(gòu)簡圖

1．2 電氣控制設(shè)計(jì)

防凍液噴灑裝置電控部分以西門子PLC為控制核心［3］，懸臂的旋轉(zhuǎn)通過PLC對轉(zhuǎn)軸上減速電機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)。在固定軸上安裝接近開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)軸及懸臂的定位，當(dāng)懸臂平行和垂直于運(yùn)煤列車位置時(shí)，可觸發(fā)固定軸上的接近開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對懸臂位置的調(diào)節(jié)。列車的駛?cè)腭偝鐾ㄟ^對射傳感器的信號來判斷，本設(shè)計(jì)安裝有兩組對射傳感器，一組正對運(yùn)煤車廂（1＃），另一組對車頭頂部（2＃）。當(dāng)1＃發(fā)出信號，2＃無信號時(shí)可判斷為運(yùn)煤列車車廂，PLC接收到1＃和2＃傳感器信號后控制減速電機(jī)運(yùn)行，懸臂旋轉(zhuǎn)至運(yùn)煤車廂上，接近開關(guān)（1＃）發(fā)出信號，PLC發(fā)出信號使減速電機(jī)停止并發(fā)出開啟電磁閥信號，此時(shí)懸臂處于列車車廂之上并開始噴灑防凍液；當(dāng)列車駛出煤場后，1＃、2＃對射傳感器無輸入信號，PLC發(fā)出減速電機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行信號，懸臂開始回轉(zhuǎn)，當(dāng)位置接近開關(guān)（2＃）收到信號，表明此時(shí)懸臂已經(jīng)平行于列車，PLC發(fā)出減速電機(jī)制動信號，并停止電機(jī)運(yùn)行。溫度傳感器主要用于煤場環(huán)境溫度的顯示，以確定是否進(jìn)行防凍液噴灑作業(yè)。本系統(tǒng)根據(jù)煤場環(huán)境溫度對防凍液進(jìn)行配制。溫度傳感器將溫度信號輸入PLC中，通過運(yùn)算來控制流量閥控制防凍液的配比。當(dāng)儲液罐中的防凍液液位不足時(shí)，液位傳感器發(fā)出信號至PLC，PLC發(fā)出防凍液不足信號，同時(shí)打開清水和防凍液原液的電磁閥（1＃和2＃電磁閥），啟動防凍液配置電機(jī)，實(shí)現(xiàn)防凍液的自動配置。圖2為各控制模塊系統(tǒng)框圖。

圖2 各控制模塊系統(tǒng)框圖

1．3 液路設(shè)計(jì)

火車駛?cè)朊簣?，離心泵將儲液罐中的防凍液泵入懸臂噴嘴進(jìn)行噴灑，液路中液體壓力設(shè)定為1MPa～3 MPa。當(dāng)運(yùn)煤車廂駛?cè)朊簣?，對射傳感器發(fā)出運(yùn)煤車廂抵達(dá)信號，PLC發(fā)出信號啟動離心泵電機(jī)，離心泵開始運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)防凍液液體壓力達(dá)到1MPa后，PLC發(fā)出電磁閥（3＃電磁閥）換向信號，進(jìn)液管導(dǎo)通，液體經(jīng)過換向閥通過噴嘴噴出，此外，進(jìn)液管路安裝止回閥，以防止液體倒流，液路簡圖見圖3。壓力變送器的主要作用是監(jiān)測管道壓力，為水泵電機(jī)調(diào)頻變速［4］。本系統(tǒng)選用西門子1TL0002－1EA23－3變頻電機(jī)作為整個(gè)液路系統(tǒng)的動力源，功率為22kW，可在30Hz～50Hz恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。通過對電機(jī)變頻可實(shí)現(xiàn)流量控制，極大地節(jié)省防凍液，此外還可以防止管路壓力過大發(fā)生安全事故。同時(shí)安裝減壓閥以進(jìn)行二次保護(hù)，壓力設(shè)定為3．5MPa，當(dāng)液路系統(tǒng)發(fā)生機(jī)電故障，導(dǎo)致壓力升高至減壓閥設(shè)定值時(shí)，實(shí)現(xiàn)減壓，以保證人員和設(shè)備安全。當(dāng)電磁閥發(fā)生故障或因其他原因?qū)е码姶砰y無法換向時(shí)，會引發(fā)噴嘴無法噴灑，為此在電磁換向閥處并聯(lián)一手動換向閥，以臨時(shí)進(jìn)行人工手動控制噴灑作業(yè)。

經(jīng)實(shí)踐證明，對皮帶輸送機(jī)上的堆煤進(jìn)行防凍液噴灑也可有效地解決運(yùn)煤列車凍結(jié)問題。為此在對列車車廂噴灑的同時(shí)對來往車廂輸送煤炭的運(yùn)煤皮帶上的煤炭進(jìn)行噴灑，更加有效地解決了煤炭的凍結(jié)問題。通過控制4＃電磁閥啟閉，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸皮帶上煤炭的防凍，也能降低皮帶運(yùn)輸所產(chǎn)生的煤塵，同時(shí)電磁閥并聯(lián)一手動換向閥，以防止電磁閥損壞引起無法噴灑作業(yè)。流量計(jì)可以顯示防凍液的消耗量，以計(jì)算資金投入和經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 液路簡圖

2 結(jié)論

冬季為煤場配備防凍液噴灑裝置，可以有效地解決運(yùn)煤車廂凍結(jié)問題。通過傳感器對列車駛?cè)腭偝龅呐袛嗪推渌麢C(jī)電功能的相互配合，可實(shí)現(xiàn)無人值守作業(yè)，自動配比、自動噴灑，可以大大減輕勞動強(qiáng)度，提高運(yùn)輸效率；其次本裝置后備安全保護(hù)可以使裝置關(guān)鍵部位發(fā)生事故時(shí)仍可以人工安全運(yùn)行，具有失效安全功能，保證了設(shè)備安全和運(yùn)輸順利。

［1］ 李元宗，張曉東，董志國．運(yùn)煤車智能全自動防凍液噴灑系統(tǒng)［J］．機(jī)械工程與自動化，2009（2）：90－91．

［2］ 郭文?。x煤廠防凍液自動噴灑系統(tǒng)［J］．煤炭加工與綜合利用，2009（1）：11－13．

［3］ 袁森，肖軍，羅衛(wèi)東．基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．煤礦機(jī)械，2009（5）：198－200．

［4］ 黃健．鐵路運(yùn)煤車防凍液自動噴灑裝置在太原選煤廠的應(yīng)用［J］．選煤技術(shù)，2010（2）：55－56．