快速装车成套技术的研究设计与改进及其应用成果

摘要：介绍了神华集团神东矿区快速装车技术的发展和应用，总结了对各类装车系统设备及配套设施的设计改进及应用成果，提出了快速装车站成套技术、配套设施设计、选型的最佳方案。

关键词：快速装车 研究设计 改进 应用成果

1 概述

从八十年代末神东矿区开发建设初期，包神铁路建成通车时以装载机进行装车作业的露天集装站的使用到1993年大柳塔环线临时简易装车系统的应用，再到1996年环线引进美国KSS公司的第一套快速装车系统，1997年补连塔建成第一套国产化装车系统，在随后近二十年时间里，神东在内蒙、陕西、山西三省区四旗县先后建成了19套不同模式的快速装车系统，经过二十年的不断发展，通过对实际应用效果的分析总结，进行了一系列的升级改造、技术攻关、创新设计工作，随着煤田开发建设的推进，神东矿区快速装车技术已逐步走向成熟、可靠和稳定，并已处在世界领先水平。

2 快速装车站的功能设计

快速装车系统功能设计的核心为：

①装车速度快。

②称重精度高。

③装车质量好。

④环境污染小。

⑤设备质量高，运行安全、稳定、可靠。

⑥装车成本低。

⑦动态作业，即连续、定量地将固体物料装入行进中的火车中。液压系统、称重系统、集控系统是快速装车的三大核心技术。

围绕这一核心功能的实现，近年来我们先后经过数十次技术改造和革新，将装车速度由最快60秒/节（62吨），提高到45秒/节（62吨），装车精度（单节车皮）由0.3%提高到0.1%，装车质量由过去需大量人工平整后才能发运提高到装出的火车不需人工平整即可达到外运要求的水平，基本实现了装车全过程无污染、不撒煤和装车设备的零故障运行。

3 研究解决的主要问题

3.1 对美国KSS公司装车设备的设计改进。

3.1.1 装车溜槽

①溜槽平移方式的改进。溜槽水平移动方式由齿轮齿条传动改为液压缸推动，运行平稳，故障低。

②溜槽吊挂轮由原设计6组改为10组，加大了强度，提高了可靠性。

③溜槽内外套滑轮轨道由钢板改为耐磨方钢，增大强度，减少了故障。

④溜槽内外套滑轮由内置式改为外露式，便于润滑和更换。

3.1.2 液压闸板轮及润滑

将原滚针式人工润滑的液压闸板轮改为滚柱式带自动润滑系统的高强度耐磨滚轮。提高了闸板轮的寿命，降低了故障，仅此一项每年可节约费用数万元。已在各装车站推广使用。

3.1.3 液压泵站

在液压站上增加液压系统冷却器，降低了系统在夏季连续运行时的温度，延长了液压缸、阀等元件及密封件的寿命，减少了设备故障。

3.2 对南非TCS公司装车设备的设计改进

3.2.1 液压系统

①液压站到液压缸的液压管路由过去的2寸管改为1寸管。

②将液压阀组从液压站移至平板闸门附近。

③将闸板与溜槽提升油缸由80/160改为：定量仓

63/100，缓冲仓70/120，溜槽提升75/125。

④将原四个40L的蓄能器改为两个100L蓄能器，并将其由液压站移至闸板附近。

⑤设计增加了回油管路磁铁滤网。

⑥设计安装了用液压油温控制的液压油自动加热、冷却系统。

⑦使用效果。改造后液压闸板实现了连续、迅速、可靠运作，溜槽提升及时，系统压力始终保持在9MP。缓冲仓向称重仓的配料时间缩短为15秒，称重仓通过装车溜槽将煤装入火车的时间缩短为20秒，理论上装一节车皮的速度提高为35秒。

3.2.2 重新编辑了装车控制程序，优化改进了装车工艺流程。通过控制方式、操作过程的改造，增加了系统的灵活性，操作简单，控制稳定，彻底消灭了装车撒煤现象。

3.2.3 重新编辑了计算机控制屏幕。将以前分布在不同屏幕中的控制按钮、设备运行信息、故障报警等都集中到一个主屏幕内，信息全面，操作简单。

3.2.4 重新设计配置缓冲仓配料闸门的动作方式，从而实现缓冲仓向称重仓准确、快速配煤。

3.2.5 对称重仓标定砝码的连接提升机构进行改造，并设置安全平台，使得整个机构操作简单、方便、安全、可靠。

3.3 对山东泰安煤机厂生产的补连塔装车系统的设计改进。

3.3.1 装车溜槽及闸板的改造

①用一对定量平板闸门取代原来的装车溜槽弧形闸门，同时把装车溜槽与定量仓分离。定量仓的平板闸门与装车溜槽用软连接相联。

②在装车溜槽出口的底端设计增加平煤器，使装出的车皮不需人工平整即可装车外运。

3.3.2 称重系统的改造

系统由原来的国产传感器更换成拉姆齐的进口传感器，称重精度高，性能稳定可靠，定量仓与装车溜槽分离，传感器可以稳定地传输实时重量。

3.3.3 集控系统的改造

系统可根据缓冲仓煤位自动控制给煤机启停，监控系统还可对全系统的设备进行监控，任何设备发生故障，系统将报警显示。

3.3.4 改造后的效果

通过技改，提高了装车速度，确保装车称重的准确度，减少了设备故障率，降低了配件、材料的消耗，简化了系统操作，提高了自动化水平，延长了设备的使用寿命，提高了系统的稳定性、安全性和环保性。每年可节约生产成本20万元。

3.4 快速装车系统新模式设计思路的提出及在乌兰木伦、保德、锦界装车站的实施应用

3.4.1 新模式装车系统的特点

新模式快速装车系统是在大型混凝土产品仓下建成铁路专用线，直接牵引火车进行装车作业的一种装车形式。即将混凝土产品仓直接作为装车系统的缓冲仓，在其下方配置称重仓和配仓闸板，省去了仓下给料系统，胶带运输系统和缓冲仓设备，简化了工艺流程，降低了一次性投资，减少了维护工作量和运行维护成本，减少了用人并简化降低了控制操作难度。其主要系统如液压系统、称重系统、集中控制系统选用美国KSS公司的改进型设计，装车溜槽则选用改进后的山东泰安煤矿机械厂的旋转摆动式产品，从而用前几套快速装车系统的精华，组合出了一种新型的、高效的、稳定可靠的装车系统模式，装车速度突破了给料系统和装车胶带运输系统的制约，装车能力在矿井煤炭生产系统和铁路专用线均配套的情况下，可以达到1500万吨/年。乌兰木伦和保德两套及锦界新型快速装车系统投运后的情况充分证明了这一点。

3.4.2 新模式装车系统的应用效果及经济效益

2002年11月，保德装车站仅用了47分钟就装完了66节的一列火车，创矿区装车速度的历史最快水平，单节装车速度为40秒，比进口设备快10秒，且其环保性能明显好于过去的设备，撒煤少，污染少，称重准确，装车精度高，单节车皮装车精度可达到0.1%。从一次性投资情况来比较，美国KSS公司的产品第一套为249万美元，第二套为179.5万美元，南非TCS公司的产品为每套140万美元，山东煤矿泰安机械厂产品价格为760万元人民币，均不包括仓下给料系统及装车胶带运输系统，而国产化新模式设备投资仅为450万元人民币，约合48万美元左右，与美国KSS公司第一套、第二套、南非TCS公司及山东泰安煤机厂产品相比，一次性降低投资成本分别为199.8万美元、129.5万美元、90万美元、34.4万美元。由于简化了系统，减少了设备，减少了用人（新模式比旧系统可少用5-7人），并加快了装车速度，新模式装车速度为40秒/节（62吨），旧系统装车速度为60秒/节（62吨） ，其运行维护费用、用人成本均会大大降低，吨煤装车成本较原有模式也会大大降低，初步测算，原模式满负荷条件下装车成本约为0.55元/吨，而新模式在同等条件下装车成本可降至0.40元/吨，甚至更低。全年按一千万吨作业量计算，每年可节省费用一百五十万人民币。

3.5 装车系统综合自动化保护及防尘降尘设施的研制与应用

3.5.1 综合自动化保护的研制

通过十年来对装车系统的使用，原设计的装车系统表现出一些严重的不足及缺陷，对系统的快速、稳定、安全运行构成了重大的威胁。针对这些不足及安全隐患，经反复分析、研究和试验，自行设计制作安装了一系列自动保护装置。具体有：①胶带机高压电机电流、电压在集控室动态监测。②胶带机打滑保护装置。③装车溜槽断电自动提升复位保护。④液压油温自动监控。⑤给煤机防空转保护。⑥胶带机防纵撕保护。⑦给煤机内煤炭高温报警保护。⑧液压油箱液位显示及低液位报警保护。⑨装车缓冲仓满仓及胶带机反煤保护等。增加了这些保护后，装车系统运行安全、稳定、可靠，基本实现了零故障运行。

3.5.2 防尘降尘治理措施

①新增除尘器。在装车塔楼顶层胶带机驱动部安装型号为UF型130m和ZC-Ⅱ-72/2.5-140，B型S.P机械回转反吹扁袋除尘器，降尘效果达72.3%。为了进一步提高降尘效果，将布袋式除尘工艺除尘器改造为三级湿式除尘工艺。改造后，经神东安监局安全检测中心测试，除尘器未开，两系统机头粉尘浓度分别为：25.26mg/m3、14.58mg/m3，除尘器开启运行后，测试两系统机头粉尘浓度分别为：8.75mg/m3和8.13mg/m3，有效地改善了生产系统的作业环境。

②设计制作安装防尘罩。在装车运行过程中，产品仓内产生大量粉尘，既污染环境，又严重影响岗位运转工的身心健康。为了有效解决这一难题，利用井下回收的废旧风筒布，设计和安装了粘结布固定带，在各装车站为给煤机和胶带机尾、机架、机头及仓下转载溜槽制作了可活动型防尘罩，有效地减少和遏制了仓下粉尘的扩散，使产品仓粉尘平均减少48.8%，降尘效果明显。

③设计安装喷淋设施。在皮带机下方和皮带机尾、张紧部、转载点和走廊安装了喷雾降尘装置，有效地减少和遏制了仓内裸露机尾粉尘的扩散，防尘效果更加明显。神东公司安监局通风处现场滤膜粉尘测定：机尾全尘浓度由原来的289.64mg/m3降为15.86mg/m3；呼吸性粉尘浓度由原来的115.86mg/m3降为8.34mg/m3。降尘效果：全尘94.52%，呼吸性粉尘92.80%。

3.6 防冻液喷洒系统的应用与改进

快速装车站冬季装车外运时，防冻液的使用是必不可少的一个重要环节，直接影响到装车外运和到港后能否顺利卸车。

防冻液自动喷洒系统实现了由人工手动喷洒到自动化喷洒的转变。其由搅拌部分、喷头自动升降部分、喷洒定位部分、喷洒开关部分、程控部分、监控部分组成。

系统由PLC集中控制、利用液压传动及动滑轮组传递变距原理实现不同车型的自动升降装置，根据不同车型车皮的间距，设置定位电子眼实现喷洒的启停，使防冻液喷洒实现了自动化。同时在喷洒平台处设一摄像头用来监控防冻液喷洒情况，并对车底情况进行监控。

防冻液自动喷洒系统的实施避免了防冻液对喷洒人员的腐蚀伤害，杜绝了浪费现象，提升了装车系统的自动化水平。

3.7 抑尘剂喷洒系统的应用

为了减少运煤火车在铁路沿线洒落煤炭对环境造成污染，降低电气化铁路隧道因煤尘漂浮造成安全隐患的危险因素，同时为企业减少煤炭损失，节约资源。从2007年起，神东在各煤炭装车站研发实施了火车皮煤炭表面抑尘剂喷洒覆盖项目。

封尘剂喷洒系统是采用先进的变频调速技术与计算机应用技术，研制开发的封尘剂自动控制喷洒装置。该装置通过检测压力、流量、火车车厢位置、车速等物理量，通过计算机及变频器自动控制喷洒压力、电磁阀开闭、喷洒滚筒转动，保证喷洒系统在最佳工作状态和最节能条件下运行。

系统最突出的特点是解决了人工频繁操作，采用计算机应用技术与专家智能系统相结合，通过自动控制，使系统更加稳定可靠运行。

3.8 万吨列车的装车（移动接触网的应用）

为了实现利用本务机电力机车牵引装载万吨列车的目的，从而实现装车效率最大化，提升铁路运营效率，我们在大柳塔环线装车站引入了HC-T/27.5KV型铁路专用智能化移动接触网设备，电力机车可安全通过装车塔，使环线日装车水平达到10万吨，创造了年装运能力达到3600万吨的历史新水平。

3.9 全自动装车系统的研发

目前国内通用的装车作业是半自动装车：即胶带机、给煤机、定量仓的配煤都是自动控制，不需要手动操作；但装车闸门、溜槽的高度控制需要用操作台上的按钮与四位选择开关进行手动控制，由于放煤的时机选择不同或溜槽的高度控制不一，影响装车的质量势必造成平煤人员工作量的加大，影响正常装车作业；除此之外由于装车员长时间保持一个姿势，容易导致疲劳作业造成职业病的机率大增（颈椎、腰椎），同时也存在着安全隐患。为解决这一问题，2006年在神东的哈拉沟开发出全自动装车，用光电开关代替装车按钮，用接近开关控制装车溜槽的高度，减轻了操作人员的劳动强度。

本系统采用了先进的自动化和信息技术，实现了装车过程的自动控制，大大提高了装车的质量，节省了人力，实现了安全、快速、自动、智能装车。通过逐步完善实现了手动、自动的随意切换。

3.10 满足C80车型的装车改造

①对摆动式装车溜槽的改造

在摆动式溜槽的直段外部加装一伸缩溜槽即可满足要求。

②对垂直式装车溜槽的改造

将坐式溜槽支撑梁整体提升一定的高度即可满足要求。

3.11 内燃机牵引低恒速装置的开发

为了实现装车牵引速度在0-2KM之间，一般为1KM左右稳定运行，确保装车速度及装车质量满足外运要求，我们在大柳塔DF4内燃机车上成功研发出了低恒速装置，并进行了推广，取得了良好的效果，同时大大降低了火车司机的劳动强度。

3.12 “全自动货运列车车号识别与记重管理系统” 的开发应用

该系统通过自动识别列车车号结合装车定量仓的信息，实现列车车号与转载重量的全自动实时记录功能；并能通过软件对记录的数据进行本地和远程的分类、查询、

打印等功能。该系统的使用能实现货运列车、车辆、集装箱的实时追踪管理，提供准确、实时的基础数据信息平台；能实现货运站现在车的实时管理、车流的精确统计和实时调整等。

4 经济效益和社会效益

神东矿区从1999年至2012年煤炭生产外运量每年以1000-2000万吨的速度增长，1999年装运煤炭1117万吨，2012年完成2.12亿吨，13年增长了18.9倍，2013年计划为2.275亿吨。如此大幅增长的煤炭装运任务主要靠11个快速装车站来完成，截止目前，矿区的19套快速装车系统已累计装运煤碳近14亿吨，其产生的经济效益是不言而喻的。从1999年至2012年全员装车工效由3.19万吨/人提高为50万吨/人，吨煤装车成本由0.98元降至0.66元。大柳塔环线、榆家梁、补连塔站的全员装车工效已达90万吨/人。

5 快速装车站设计选型应注意的几个问题

5.1 装车塔形式的选择

5.1.1 带给料运输系统的混凝土跨线装车仓

适合给料点距装车点较远的现场环境。

5.1.2 带给料运输系统的钢结构装车仓

适合多品种及不同煤种配装且给料点距装车点较近的现场环境。

5.1.3 无给料运输系统的混凝土跨线装车仓

适合煤种单一的生产矿井的装车外运。

5.2 装车溜槽的选择

目前应用的装车溜槽有垂直溜槽和旋转溜槽两种形式。旋转溜槽在机车牵引速度要求、装车质量、操控等方面明显优于垂直溜槽，但对塔楼高度有更高要求。

5.3 电力机车牵引装车

列车装车牵引方式经历了由电动绞车、蒸汽机、内燃机到现在的电力机车牵引的过程，因此，装车塔的设计要充分考虑到电机车牵引所需高度和电机车通过装车塔时高压移动接触网设备的设计和安装条件，实现安全、高效的运行。

5.4 满足C60、C70、C80车型装车

C60-C80系列车型车厢高度为3-3.8米，溜槽设计在考虑不同车型高度的同时，还要注意到所装煤种的比重大小，为装车下线和超高留有余地。

5.5 满足万吨列装车

配套的装车牵入牵出铁路线和装车专用线必须满足C60车型、132节，1850米；C70车型、116节，1650米；C80车型、116节，1500米；给料运输系统实际能力达4500吨/小时以上；一般情况，从降低投资和节能的角度出发，万吨列装车站，不采用混凝土跨线仓形式。

神东矿区在快速装车系统技术方面的研发应用，极大地带动了国内快速装车站设计制造厂商的飞速发展，使我国的快速装车成套技术达到了国际先进水平。随着神东矿区开发建设的不断发展，它将为企业和社会创造更大的经济效益。

参考文献：

[1]华慧文.计算机控制的组合列车快速装车系统[J].世界煤炭技术，19859（4）.

[2]高强，马丁.西门子PLC（200/300/400）应用程序设计实例精讲.电子工业出版社，2009.

[3]丁恩杰，马方清.监控系统与现场总线[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[4]张福学.传感器应用及其电路精选（上、下册）[M]北京：电子工业出版社，1991.4.

作者简介：白云峰（1967-），男，陕西神木人，工学学士，高级工程师，现任神华神东煤炭集团洗选中心副主任，主要从事选煤生产、机电、装车外运等管理工作，研究方向：快速装车成套技术与装备。