凌君安， 陳 燕， 陳 康

（長(zhǎng)沙君祥科技有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410100）

0 引言

在當(dāng)前煤炭市場(chǎng)供大于求的情況下， 煤炭采購(gòu)成本仍占企業(yè)成本的70%以上， 粗放型管理模式的弊端逐步顯現(xiàn)，傳統(tǒng)方式的煤樣管理大部分工作均由人工完成，人為因素風(fēng)險(xiǎn)極高，無(wú)法保證樣品的代表性和可靠性。隨著科技的進(jìn)步，結(jié)合國(guó)家兩化融合政策，提出了一套燃料智能化管控系統(tǒng)[1-3]。該系統(tǒng)將煤樣管理業(yè)務(wù)中的采樣、制樣、封樣、存樣、取樣、化驗(yàn)各環(huán)節(jié)看成一條自動(dòng)化生產(chǎn)線，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感技術(shù)、光電技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)，確保全過(guò)程無(wú)人干預(yù)，人樣分離，實(shí)現(xiàn)了樣品管理自動(dòng)化、智能化。 燃料智能化管控系統(tǒng)中的硬核設(shè)備就包括原煤樣傳輸系統(tǒng)， 其主要作用是將采樣機(jī)所采的煤樣封裝后傳輸?shù)胶蠖酥茦釉O(shè)備處進(jìn)行煤樣制樣的， 用以評(píng)估整批煤炭的品質(zhì)。通常采樣地點(diǎn)與制樣地點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，尤其是皮帶采樣和火車采樣，而且采得的煤樣封裝后有10～50kg/桶，對(duì)于較大的電廠每天需要轉(zhuǎn)運(yùn)的煤樣有幾十上百桶。針對(duì)電廠對(duì)原煤樣傳輸?shù)男枨笕找婷黠@， 且傳統(tǒng)的人工送樣模式存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、煤樣保密性低等缺點(diǎn)，本文提供了多種傳輸模式的原煤樣轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，可以確保人樣分離，傳輸過(guò)程中無(wú)人為干預(yù)。

1 原煤樣傳輸模式介紹

1.1 原煤樣鏈板輸送系統(tǒng)

該系統(tǒng)（如國(guó)電濮陽(yáng)電廠）用于將采樣端封裝后的原煤樣桶進(jìn)行全自動(dòng)輸送、歸批、合樣、倒料。 該系統(tǒng)包括鏈板輸送機(jī)、浮動(dòng)連接裝置、矩陣式合樣歸批系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)式合樣歸批系統(tǒng)等，如圖1-5。

圖1 原煤樣鏈板輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖

圖2 濮陽(yáng)鏈板輸送系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)物圖

圖3 浮動(dòng)連接裝置實(shí)物圖

圖4 矩陣式合樣歸批系統(tǒng)

圖5 旋轉(zhuǎn)式合樣歸批系統(tǒng)

浮動(dòng)連接結(jié)構(gòu)主要用于解決對(duì)接過(guò)程中高度、 角度及對(duì)接距離存在偏差的問(wèn)題， 即采用高度與間距雙向浮動(dòng)裝置與側(cè)面皮帶驅(qū)動(dòng)結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行輸送。

矩陣式合樣歸批系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)式合樣歸批系統(tǒng)都具備存儲(chǔ)、歸批、合樣倒料等功能，只是實(shí)現(xiàn)形式不一樣，客戶可根據(jù)場(chǎng)地布置及總體方案自行選擇樣式。

1.2 原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)由原煤樣轉(zhuǎn)運(yùn)車輛、樣桶裝車模塊、樣桶卸車模塊、讀卡支柱及倒車限位框組成。系統(tǒng)前端樣桶裝車模塊通過(guò)門禁鏈板輸送機(jī)與全自動(dòng)封裝機(jī)對(duì)接， 后端樣桶卸車模塊與自動(dòng)合樣歸批系統(tǒng)對(duì)接。

（1）原煤樣轉(zhuǎn)運(yùn)車輛車廂內(nèi)放置車內(nèi)輸送機(jī)，用于自動(dòng)樣桶裝車和卸車，車廂尾部為電動(dòng)卷簾門，通過(guò)系統(tǒng)控制，防止人為開(kāi)門換樣，如圖6。

圖6 原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)小車結(jié)構(gòu)組成圖

（2）樣桶裝車/卸車模塊具有與轉(zhuǎn)運(yùn)車輛內(nèi)輸送機(jī)對(duì)接的功能，能夠容許一定的停車誤差，用于實(shí)現(xiàn)煤樣桶的自動(dòng)裝車和卸車。

（3）讀卡支柱是駕駛員啟動(dòng)煤樣桶自動(dòng)裝車和卸車的操作終端，該部件上設(shè)有停車位置檢測(cè)傳感器，可判斷停車是否準(zhǔn)確；同時(shí)還裝有報(bào)警燈柱，提示設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

原煤樣桶裝車和卸車的流程分別如圖7、圖8 所示。

圖7 原煤樣桶裝車流程圖

圖8 原煤樣桶卸車流程圖

1.3 原煤樣軌道小車轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)是通過(guò)軌道輸送的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)煤樣輸送的。煤樣桶放置于軌道小車上， 軌道小車沿預(yù)先架設(shè)好的軌道自動(dòng)行駛到制樣端， 自動(dòng)卸車裝置將煤樣桶從軌道車上卸下，并送至自動(dòng)歸批合樣系統(tǒng)，整個(gè)輸送過(guò)程自動(dòng)完成無(wú)需人工干預(yù)，如圖9-13。

圖9 原煤樣軌道小車轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)示意圖

圖10 智能軌道車樣圖

圖11 行駛軌道圖

圖12 變軌岔道圖

圖13 合樣歸批系統(tǒng)樣圖

1.5 原煤樣索道式轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

1.4 原煤樣牽引小車式轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要包括小車、軌道牽引系統(tǒng)、Z 字型提升機(jī)三部分，如圖14-16。 小車包括底架、料筒、封蓋及驅(qū)動(dòng)裝置；軌道牽引系統(tǒng)包括牽引減速機(jī)、鋼纜、軌道、軌道頭部、軌道尾部等；Z 字型提升機(jī)用于將卸料煤樣從卸料斗底提升至全自動(dòng)制樣系統(tǒng)處。

圖14 小車結(jié)構(gòu)組成圖

該系統(tǒng)的運(yùn)輸載體為軌道式鋼纜牽引往復(fù)型小車，小車自帶可以旋轉(zhuǎn)傾翻的料筒以及可以翻轉(zhuǎn)的密封蓋；小車軌道兩頭分別為進(jìn)料區(qū)域和卸料區(qū)域，在進(jìn)料區(qū)域，小車運(yùn)行至指定地點(diǎn)后，小車密封蓋自動(dòng)打開(kāi)，可以直接通過(guò)溜管裝料，料斗容積超過(guò)100L；在卸料區(qū)域，小車料斗自動(dòng)翻轉(zhuǎn)180°，煤樣通過(guò)料斗導(dǎo)入Z 字型提升機(jī)，然后進(jìn)入全自動(dòng)；在小車軌道各關(guān)鍵位置點(diǎn)，均設(shè)置有限位裝置、感應(yīng)裝置、鋼纜驅(qū)動(dòng)減速機(jī)配置有力矩限制器。

小車包括底架、料筒、封蓋及驅(qū)動(dòng)裝置等組成，料筒、封蓋連接有驅(qū)動(dòng)齒輪，在特定區(qū)域的導(dǎo)軌上布 置有相匹配的齒條，在齒輪齒輪配合驅(qū)動(dòng)的情況下，料筒、封蓋可以分別轉(zhuǎn)動(dòng)；料筒和封蓋筒式連接有限位卡盤裝置，只有在特定區(qū)域，限位卡盤 裝置才能允許料筒、封蓋轉(zhuǎn)動(dòng)，一方面保證封蓋與料筒在運(yùn)輸過(guò)程中保持相對(duì)固定， 另一方面起到一定的防止運(yùn)輸過(guò)程中人為干預(yù)樣品的作用。

軌道牽引系統(tǒng)包括牽引減速機(jī)、鋼纜、軌道、軌道頭部、軌道尾部等，用于驅(qū)動(dòng)小車進(jìn)行往復(fù)行駛。

圖15 軌道牽引系統(tǒng)樣圖

圖16 Z 型提升機(jī)樣圖

該系統(tǒng)類似于架空索道，是由架空的鋼索（鋼絲繩）作為行車軌道以輸送原煤樣桶的機(jī)械裝置，如圖17-20。它主要由傳動(dòng)裝置、承載索、牽引索、運(yùn)輸容器、線路支架、裝載站、卸載站以及中間站、轉(zhuǎn)向站、錨固站、拉緊站等所組成。 它具有對(duì)自然地形適應(yīng)性強(qiáng)、爬坡能力大、占地面積少、受氣象影響小等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于山區(qū)和傳輸線路比較復(fù)雜的情況。

圖17 原煤樣索道式轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)樣圖

原煤樣索道式轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的組成設(shè)備及功用： ①輸送小車：主要負(fù)責(zé)吊運(yùn)原煤樣桶；②鋼索：供索道輸送小車行走、牽引索道輸送小車運(yùn)行等；③絞盤機(jī)：索道的動(dòng)力設(shè)備；④支架（活立木、木架或鋼支架等）：起支撐承載索保持懸空狀態(tài)；⑤鞍座（直線或拐彎鞍座）：承托承載索且減少其撓度；⑥止動(dòng)器：固定在承載索上，使跑車在預(yù)定位置停止，以便拖集木材和卸材；⑦滑車：承托、轉(zhuǎn)向、拉緊鋼索等作用。

圖18 索道式輸送小車樣圖1

圖19 索道式輸送小車樣圖2

1.6 原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)

圖20 索道式輸送小車倒料樣圖

該系統(tǒng) （如吉林熱電） 與前面幾種傳輸模式不同的是， 其傳輸載體不是煤樣桶而是封裝后的大容量煤樣瓶（極限5kg）。采樣機(jī)采樣后進(jìn)行首次破碎的13mm 或6mm煤樣灌裝密封裝瓶后通過(guò)氣動(dòng)管道的形式直接傳輸至全自動(dòng)制樣系統(tǒng)的進(jìn)料處，如圖21。

圖21 原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)（吉林熱電）

該系統(tǒng)主要由風(fēng)機(jī)動(dòng)力單元、中央控制機(jī)、旁通管、管道換向器、各收發(fā)終端、泄氣閥、輸送管道及管道附屬支撐等組成。風(fēng)機(jī)動(dòng)力單元是整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力源，主要提供正負(fù)空氣壓力，推動(dòng)煤樣瓶在管道中傳輸。中央控制機(jī)負(fù)責(zé)控制傳輸流程，記錄傳輸任務(wù)及故障報(bào)警信息。旁通管是吸送模式下的減速裝置，如圖22。 管道換向器是管道切換裝置，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，可實(shí)時(shí)更換輸送線路，將煤樣瓶沿著指定的傳輸管道傳輸?shù)街付ǖ氖瞻l(fā)站中。各收發(fā)終端就是工作站點(diǎn)，負(fù)責(zé)發(fā)送和接收煤樣瓶。泄壓閥是安裝在傳輸管道靠近收發(fā)終端處， 主要是為了將管道末端進(jìn)行泄壓確保煤樣瓶瓶達(dá)到平穩(wěn)、無(wú)沖擊，如圖23。傳輸管道按材質(zhì)分PVC 管、不銹鋼管、透明管（展示用）。電氣控制部分主要包含電氣控制線路、傳感器等。

圖22 管道換向器實(shí)物圖

圖23 傳輸管道PVC 管、不銹鋼管、煤樣瓶圖

該系統(tǒng)的工作原理是結(jié)合吹氣和吸氣的形式來(lái)對(duì)原煤樣瓶進(jìn)行輸送。 風(fēng)機(jī)動(dòng)力單元中的風(fēng)向切換器主要使輸送系統(tǒng)在吹送和吸送這兩個(gè)模式下進(jìn)行來(lái)回切換，而管道換向器可實(shí)時(shí)更換輸送線路，將煤樣瓶沿著指定的傳輸管道傳輸?shù)街付ǖ氖瞻l(fā)站中[4]。詳細(xì)的傳輸流程見(jiàn)圖24。

圖24 傳輸流程圖及工作原理圖

以A 收發(fā)站發(fā)送到B 收發(fā)站為例說(shuō)明：

（1）將風(fēng)向切換器的設(shè)置為X 位置，并將管道換向器連通A 收發(fā)站，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)為吸送，樣瓶從A 收發(fā)站流過(guò)管道換向器直至旁通管， 并最終緩慢的停止在旁通管中。

（2）將風(fēng)向切換器設(shè)置成P 位置，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)為吹送，同時(shí)將管道換向器連通B 收發(fā)站。此時(shí)樣瓶從旁通管中開(kāi)始加速，沿著B(niǎo) 輸送管道進(jìn)行輸送，當(dāng)樣瓶輸送至末端時(shí)在滑動(dòng)閥和泄氣閥的作用下平穩(wěn)減速，到達(dá)無(wú)沖擊。

1.7 原煤樣無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

該系統(tǒng)是筆者認(rèn)為未來(lái)將會(huì)出現(xiàn)的一種新型的傳輸模式，它是基于無(wú)人機(jī)技術(shù)（民用）進(jìn)行輸送的，無(wú)人機(jī)可以從采樣機(jī)處直接將封裝后的原煤樣桶吊掛并飛行到制樣機(jī)處。

該系統(tǒng)與前面幾種傳輸模式相比， 它最大的特點(diǎn)在于在空間上不用鋪設(shè)任何管道、 軌道等， 也不用管土建等，完全不受空間地域限制，因此施工方面非常省事，節(jié)省了大量的施工成本， 特別適用于1 公里以上的長(zhǎng)路徑的且采用其他傳輸方式施工不方便的原煤樣傳輸系統(tǒng)。

2 優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

本文一共介紹了7 種已經(jīng)實(shí)施的或正在實(shí)施以及未來(lái)可能出現(xiàn)的原煤樣轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的傳輸模式。

（1）從傳輸載體上來(lái)看分三種，即原煤樣桶、原煤樣瓶、原煤樣散料。現(xiàn)有的原煤樣桶有塑料桶和不銹鋼桶兩種形式，都能裝在25～32kg 的煤樣。 原煤樣瓶目前電廠使用的最大規(guī)格是直徑為150 高度320 的塑料瓶， 可以裝3～5kg 的煤樣。

（2）從單次傳輸量來(lái)看，原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)單次傳輸量最少，單次只能傳輸一個(gè)煤樣瓶的量。而原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)單次可以裝載約24 個(gè)原煤樣桶，具體數(shù)量主要跟電廠選用的運(yùn)輸車輛的載重量和車廂尺寸有關(guān)，但無(wú)疑是單次傳輸量最大的。

（3）從傳輸速度來(lái)看，原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)，原煤樣無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)這三個(gè)最快；原煤樣鏈板傳輸系統(tǒng)最慢，其余次之。

（4）從施工角度考慮，原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)和原煤樣無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)最為省事， 幾乎不涉及土建以及戶外施工。 次之是原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)，只需要鋪設(shè)管道，相比鋪設(shè)軌道以及現(xiàn)場(chǎng)配焊齒軌，要容易多，即使管道需要橫跨馬路， 其涉及到的鋼架及土建工作也要比其他安裝軌道、架空索道等容易些。

（5）從維修性考慮，原煤樣鏈板傳輸系統(tǒng)、原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)、原煤樣無(wú)人轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)較好， 維修人員都能安全且方便的接觸到設(shè)備進(jìn)行檢修。

(6）從傳輸功能來(lái)看，原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、原煤樣軌道小車轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)、原煤樣無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)都具有多點(diǎn)互傳功能，其余只能一對(duì)一傳輸。

（7）從拓展性來(lái)看，即使增加點(diǎn)位也能實(shí)現(xiàn)傳輸功能的依舊是上述四種， 但最佳的是原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)和原煤樣無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)， 因?yàn)檫@兩種不需要因增加點(diǎn)位而重新鋪設(shè)管道和軌道等。

（8）從技術(shù)可靠性來(lái)看，原煤樣無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)最低，因?yàn)槟壳皼](méi)有已經(jīng)實(shí)施成功的案例。 最可靠的是原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)和原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)， 還有原煤樣鏈板輸送系統(tǒng)。前者在醫(yī)院領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)施多年，技術(shù)上成熟了， 后面兩種主要是因?yàn)榧夹g(shù)比較簡(jiǎn)單， 均為常規(guī)技術(shù)，因此可靠。

（9）從后期升級(jí)改造情況來(lái)看，比方說(shuō)電廠用了多年需要升級(jí)或者不想要了、需要拆掉，此時(shí)就需要考慮拆除成本，包括恢復(fù)相關(guān)綠化成本。此時(shí)電廠會(huì)優(yōu)先選擇原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)， 因?yàn)闊o(wú)需拆除管道、 軌道或架空索道等，而且原運(yùn)輸車輛還可以改投它用。原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)也是最能迎合電廠客戶心態(tài)的， 即在滿足原煤樣傳輸功能的前提下，對(duì)電廠的綠化及建筑物外觀是最小的。

（10）從成本角度角度考慮，原煤樣車輛轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最高，次之是原煤樣氣動(dòng)管道傳輸系統(tǒng)，管道鋪設(shè)相比軌道及索道鋪設(shè)要經(jīng)濟(jì)些。

3 結(jié)論

電廠在選用原煤樣轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)時(shí)， 一定要結(jié)合自身項(xiàng)目特點(diǎn)，綜合各種情況進(jìn)行合理選擇。