一种顶开式集装箱卸料清洗方案

张雷 刘辉 邹文杰 张彤阳 麻彬彬

中车西安车辆有限公司 陕西西安 710086

顶开式集装箱采用抓斗进行卸料时，往往经过多次抓取后，箱内依然残留大量矿粉，必须采用人工进行二次清理收集，整体而言，耗费人力，生产效率低，不便于数据采集。此外，矿粉清理时容易飞扬，现场环境恶劣，危害工人健康。为解决上述问题本文针对顶开式集装箱，设计了一套专用的翻转卸料清洗方案，从而实现高效、高自动化、高安全性的卸料清洗过程。

1 设计要求

卸料清洗方案要求实现自动化卸料，每班（8小时）完成集装箱卸料40箱以上，可自动识别集装箱编号，自动测量并记录满载与空载时重量，自动识别并清洗未卸净集装箱，相关数据的采集与处理。

2 卸料清洗方案设计

为实现上述功能，本方案设有一间总控制室，以及一间卸料厂房和一间清洗厂房，厂房内分别设有工作人员专用的操作室。

2.1 厂房布局

2.1.1 卸料厂房布局

图1 集装箱卸料厂房布局图

集装箱卸料厂房布局如图1所示，厂房全长75m，宽30m。厂房内配置有一条轨道，一间操作室，两台龙门吊，四台翻转装置，每台翻转装置配有相应的装卸盖装置和液压泵站，翻转装置下设有地坑，地坑内设有矿粉传输线。每次卸料时牵引入5辆平车共10台集装箱。

2.1.2 清洗厂房布局

卸料后仅要求对残余矿粉较多的集装箱进行清洗并非逐台清洗，故清理厂房仅配置一台龙门吊，两台翻转装置及对应的装卸盖装置、液压泵站及清洗装置，翻转设备下设有用于引导清洗残液的水槽，与回收池连通。

2.2 卸料工作过程

（1）集装箱由平车运输驶入卸料厂房，平车停稳后通过龙门吊将集装箱吊装到翻转装置。

（2）集装箱落入翻转工位后，通过工业相机识别集装箱编号，集装箱放置平稳后对其称重，并存储称重数据，随后开启夹紧装置，液压系统夹紧集装箱，以防止翻转过程中集装箱掉落。

（3）开启装卸盖装置，首先将盖垂直向上提起，然后水平移动将盖移到不影响卸料的位置。

（4）启动主电机，开始旋转卸料平台，为保证卸料平台的稳定性、卸料过程的平稳性和节省卸料时间，前180°低速旋转，卸净后高速回转180°。

（5）启动装卸盖装置，按反方向运行，盖上集装箱箱盖。

（6）液压夹紧机构松开集装箱，系统平稳后进行称重，讲该质量数据与提前录入的该箱空箱质量进行对比，差值超过设定值则判断为需要清洗，此时系统自动记录集装箱编号，完成后提示自动卸料过程结束。

（7）龙门吊将集装箱吊回平车。

2.3 清洗工作过程

（1）卸料后的集装箱通过平车运输驶入清洗厂房，通过工业相机识别集装箱编号，与需要清洗的集装箱编号对照，筛选出需要清洗的集装箱，并将编号传输给操作室。

（2）需要清洗的集装箱通过吊装、夹紧、卸盖、翻转180°后，三维清洗喷头伸入箱内，系统加压，开始清洗，清洗过程中喷头按照预先设定好的程序自动运行，确保内腔清洗达到最佳效果。

（3）清洗完成后喷头移动回原位置，稍停，待集装箱内的清洗液流净后，集装箱回转180°，热风烘干，装盖，夹紧装置松开，最后吊离清洗工位。

（4）清洗残液通过水槽流入回收池，经过过滤、沉淀，定期对回收池的矿粉进行收集。

3 控制系统设计

卸料清洗方案采用的控制系统分为总控制系统、数据处理系统、卸料线控制系统和清洗线控制系统。

3.1 总控制系统

总控制系统负责向卸料线控制系统以及清洗线控制系统下达生产指令，并接收、储存卸料线控制系统、清洗线控制系统和数据处理上传的数据。

3.2 卸料线控制系统

卸料线控制系统负责接收总控制系统下达的生产指令，并输出信号控制卸料线工作；所述卸料线包括集装箱吊装设备、装卸盖设备、翻转设备；控制压力传感器采集集装箱卸料前和卸料后的重量信息；控制卸料线工业相机采集集装箱的图像信息，并将重量信息和图像信息传输至数据处理系统。

3.3 清洗线控制系统

清洗线控制系统负责接收总控制系统下达的生产指令，并输出信号控制清洗线工作；所述清洗线包括工业相机、吊装设备、装卸盖设备和清洗设备等。

3.4 数据处理系统

数据处理系统对工业相机获取的图像信息进行处理，识别出集装箱的编号，获取压力传感器传输的卸料前后重量数据，采用称重算法对重量数据进行处理，计算出集装箱卸载掉的货物质量，提前按编号录入集装箱的空载出厂质量，对比卸载后质量与出厂质量从而判断是否需要清洗，同时将数据和对应的集装箱编号上传总控制系统并储存。

4 主要功能的实现及相关设备

4.1 集装箱翻转装置

集装箱翻转装置可将集装箱往复翻转180°，其结构如图2所示，装置外形尺寸（长、宽、高）11m×8m×7.8m，左端为主动端设有电机和减速机构，工作台上设有斜面定位导向机构，方便集装箱快速落入，落稳由液压夹紧机构夹紧集装箱的四个角件，工作台内还设有压力传感器，对卸料前后的重量进行测量。

图2 集装箱翻转装置

4.2 装卸盖装置

装卸盖装置结构如图3所示，由门型框架、X轴运动组件、Z轴运动组件和电磁吸盘组成。X轴最大行程2.4m，Z轴最大行程1.5m，两个方向的运动均通过电机、减速机、齿轮、齿条实现。

4.3 集装箱识别

在集装箱外框上喷涂有不同的编码，落稳后工业相机自动进行拍照，图片信息上传至信息处理系统，采用数字图像处理技术提取集装箱对应的编码。

4.4 清洗功能的实现

清洗线控制系统采用PLC控制，高压供水系统提供清洗用水，清洗执行机构采用三维清洗喷头，可实现集装箱内壁的全面清洗，清洗完成后由热风烘干系统对集装箱进行烘干。

图3 集装箱装卸盖装置

5 结语

本文设计了装运矿粉的顶开式集装箱卸料清洗方案，实现了集装箱编码自动识别，翻转卸料前后自动称重，采用电磁吸盘式的装卸盖装置大幅度提高了装卸盖效率，卸料线每班工作8小时可完成40台以上集装箱卸料。整条生产线可实现作业区域无人化，生产效率高、安全性好、货物卸净率高。