煤炭铁路运输喷洒作业设备自动化应用实例

蒋亚琪

（天地科技股份有限公司，北京 100013）

煤炭铁路运输喷洒作业设备自动化应用实例

蒋亚琪

（天地科技股份有限公司，北京 100013）

冬季煤炭铁路运输需要向空车中喷洒防冻液，以防止煤炭与车体冻结。为减少路途中损耗、保护环境，煤炭装车后，要在上表面喷洒抑尘剂。许多作业点设专人喷洒作业，在经过设备改造后，可实现自动化喷洒，节约人工成本及药剂。

喷洒作业；自动化；节约

0 引言

煤炭铁路运输时，冬季为防止煤炭中所含的水分低温时将煤炭冻结在车厢上，造成卸车困难，在装车之前，需要向空车中喷洒防冻液，将煤炭与车厢隔离。

由于是敞车运输，在列车高速行驶时，表面的煤炭会在沿路飘散，不但会有大量损耗，还会污染铁路周边环境。因此在煤炭装车后，发运企业要在煤炭表面喷洒一层抑尘剂，使表面固化，解决损耗与污染问题。

1 自动化改造前的设备使用状况

本方案的自动化改造在内蒙古李家塔煤矿铁路快速装车站实施。防冻液与抑尘剂喷洒设备原理、形式一模一样，区别在于防冻液是在装车前向空车皮内喷洒，抑尘剂是在装车后向煤炭表面喷洒。喷洒设备为旋转摆臂式。停止作业时，摆臂与铁路走向平行；执行作业时，旋转摆臂与铁路垂直。李家塔煤矿最初安装的喷洒设备，其旋转、升降是通过一套液压系统驱动两个液压油缸来动作的。使用期间，发现这套设备主要有以下缺点：

（1）油缸动作速度较快，导致摆臂在旋转、升降时惯性大，动作到位后会对相关各机械部件有很大冲击，易变形、损坏，导致日常维修量大，设备故障率较高。

（2）气温较低时，液压站油液粘度变大，设备动作缓慢，易造成漏喷事故。

（3）两车厢空当通过喷洒点时，需要停止喷洒泵电机，电机频繁启停，易损坏。

（4）设备由专人操作，自动化程度差，人员劳动强度大。

2 喷洒设备自动化改造方案

本方案主要针对上述几个缺点进行改进，防冻液与抑尘剂喷洒系统应用同一方案。

（1）为杜绝油缸动作冲击力大的缺陷，不再选用液压系统，而是将升降、旋转两个动作通过电机—减速机实现。由一台电机通过减速机、丝杠带动喷洒摆臂升降；另一台电机通过减速机、齿轮带动喷洒摆臂旋转。丝杠、齿轮的优点是动作平稳，启动停止时冲击小，可以准确的在任意位置停止，冬季动作较为灵活、可靠，易于实现设计人员的意图。

（2）改造喷洒操作台电气线路，编写梯形图控制程序，控制摆臂位置及液体喷洒。

首先将原来喷洒操作台内的控制线缆根据实际需要接入PLC模块，按照日常喷洒作业的流程编制合理的自动化控制程序。

然后在升降丝杠、旋转齿轮的有效行程内安装接近开关。丝杠位置安装5个接近开关，根据日常散货运输敞车车厢的高度进行设置，分别为最高位、C80位、C70位、C64位、最低位。

这些接近开关的作用是：选择车型后，使喷洒臂停在固定的高度，最高位与最低位作为对丝杠的保护，防止丝杠旋转至两端头时出现卡阻。在摆臂旋转齿轮位置安装2个接近开关，用于控制喷洒摆臂停留在在工作位置与停放位置，摆臂在90°范围内旋转。在铁路一侧，安装两组反射式光电传感器，通过光电信号，检测列车车厢的位置，判断是否进行喷洒。两个传感器间距需要小于车厢之间的空档距离，才能确保空档通过喷洒位置时，喷洒电磁阀关闭，避免浪费液体，减少周边环境污染。

将这些传感器的动作信号反馈到PLC的输入模块，参与程序的运行，最后通过输出模块控制各执行元件的启停，如图1所示。

图1

（1）为避免煤炭水分大造成车厢内有大块冻煤，本次改造在装车溜槽周围加装了防冻液喷洒管路。在向车厢放煤的同时，向煤流中喷洒防冻液。利用装车闸门的开关信号，控制溜槽喷洒管路的开关。

（2）安装了液体回流管路，喷洒电磁阀与回流管路电磁阀为互锁关系，在列车两车厢空当通过喷洒点时，喷洒电磁阀关闭，回流管路电磁阀打开，使液体回流至储液罐，而不必停止喷洒泵电机，杜绝了喷洒泵电机频繁启停的现象。

（3）用组态软件制作操作画面，并集合到快速装车系统集控室上位机操作画面中，由装车操作员在上位机界面上操作喷洒设备。不再设立喷洒设备操作员岗位。

3 自动喷洒设备的操作

如图2所示，首先点击“自动喷洒”按钮，然后点击“车型选择”，这时升降电机自动启动，摆臂升至所选车型高度后，升降电机停止，旋转电机启动，使摆臂旋转至喷洒位置，喷洒泵启动，当两组光电传感器信号均被车厢阻挡时，控制喷洒的电磁阀的打开，开始喷洒液体；当有一组光电传感器信号被阻挡，另一组信号畅通，控制喷洒的电磁阀的关闭，停止喷洒液体。

装完车后点击“系统停止”按钮，喷洒泵停止运转摆臂旋转至停放位置，然后降至最低位，喷洒作业结束。

操作画面中，设置了“手动操作”按钮，当自动喷洒操作出现故障时或应急状况，可随时使用手动操作区按钮切换至点动操作，保证系统的安全运转。

图2

4 应用后的效益

（1）经过自动化改造后，由装车操作员兼任喷洒操作工，减少3名操作人员，每年可减少工资支出10万余元。

（2）相较于未改造的设备，新型的设备故障率较低，减少了维修工作量，可靠性也有了明显的提升。

（3）喷洒电磁阀的启动、停止由光电传感器控制，保证了良好的喷洒效果，杜绝了人工喷洒出现的喷洒量不足和过量喷洒的现象，减少了药剂的浪费，节约了生产成本。

[1]范国伟.电气控制与PLC应用技术[M].人民邮电出版社，2013,2.

[2]周真，苑惠娟.传感器原理与应用[M].苑惠娟出版社，2011,7.

U294.88

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1671-0711（2016）12（上）-0146-02