詳細(xì)介紹了掌石溝煤礦原裝車(chē)系統(tǒng)，并對(duì)原裝車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造，采用了以地磅為計(jì)量技術(shù)的 快速定量裝車(chē)系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理，解決了超載和虧載問(wèn)題，提高了裝車(chē)效率和精度。

0.引言

掌石溝煤礦隸屬山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)晉城有限責(zé)任 公司，礦井生產(chǎn)能力90萬(wàn)噸/年，煤炭銷(xiāo)售主要依靠公 路運(yùn)輸。為響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，保證“煤不落地”，掌石溝礦 現(xiàn)建有3個(gè)儲(chǔ)煤倉(cāng)，就地控制，進(jìn)行人工手動(dòng)裝車(chē)。隨 著礦井生產(chǎn)建設(shè)的發(fā)展，原先的人工手動(dòng)裝車(chē)方式只能 控制閘門(mén)開(kāi)合，不能定量計(jì)量，經(jīng)常出現(xiàn)虧載和超載現(xiàn) 象，裝車(chē)效率低下，嚴(yán)重制約著礦井的煤炭銷(xiāo)售運(yùn)輸能 力。如何根據(jù)礦建現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，在盡量不改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的 情況下，將其升級(jí)改造為快速定量裝車(chē)系統(tǒng)成為亟待解 決的主要問(wèn)題。為此，設(shè)計(jì)了地磅快速定量裝車(chē)系 統(tǒng)，本系統(tǒng)采用汽車(chē)衡快速定量裝車(chē)方式[1]，在筒倉(cāng)下 面安裝地磅作為計(jì)量工具，不僅減輕了工作人員 的勞動(dòng)強(qiáng)度，也減少了司機(jī)出入場(chǎng)的次數(shù)和等待時(shí)間， 加快了煤礦裝車(chē)環(huán)節(jié)的流程，同時(shí)為后續(xù)集中化控制留 有擴(kuò)展接口，給煤礦創(chuàng)造了可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.掌石溝礦原裝車(chē)系統(tǒng) 1. 1筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)

目前掌石溝礦有3個(gè)筒倉(cāng)，每個(gè)筒倉(cāng)下面有2個(gè) 通道，每個(gè)通道下有2個(gè)下料口。這3個(gè)筒倉(cāng)都是用 來(lái)儲(chǔ)存原煤的，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上只有儲(chǔ)煤倉(cāng)，沒(méi)有定量倉(cāng) 和稱(chēng)重倉(cāng)。

1.2筒倉(cāng)放料閘門(mén)結(jié)構(gòu)

原煤經(jīng)地下開(kāi)采通過(guò)皮帶運(yùn)輸?shù)竭_(dá)筒倉(cāng)頂部，經(jīng)過(guò) 篩分器進(jìn)入儲(chǔ)煤倉(cāng)存儲(chǔ)，液壓檢修閘門(mén)（平板閘門(mén)）直接 通過(guò)連接法蘭連接儲(chǔ)煤倉(cāng)，液壓檢修閘門(mén)下連接有扇形 閘門(mén)，由液壓泵站控制開(kāi)合放料。扇形閘門(mén)到筒倉(cāng)地面 高度為5.5 m，運(yùn)煤車(chē)輛能直接停靠于下方進(jìn)行裝車(chē)。

1.3就地控制系統(tǒng)

就地控制系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動(dòng)方式，液壓泵站設(shè)置 于二層平臺(tái)（儲(chǔ)煤倉(cāng)），與液壓檢修閘門(mén)、扇形閘門(mén)相 連。就地控制箱置于地面與二層平臺(tái)間的操作室，采 用壁掛式，手動(dòng)操作。

1.4原有裝車(chē)流程

裝車(chē)前，空車(chē)在磅房稱(chēng)皮重，然后進(jìn)入指定裝車(chē)區(qū) 域，操作人員人為判斷車(chē)輛裝載重量，當(dāng)車(chē)輛裝滿(mǎn)貨 時(shí)，再通過(guò)地磅稱(chēng)重，若車(chē)輛超載，則需到指定地點(diǎn)卸 料；若車(chē)輛虧載，則需鏟車(chē)人為加料。當(dāng)曰間銷(xiāo)售量大 時(shí)，容易造成車(chē)輛擁堵，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，且卸下的煤 無(wú)法進(jìn)入筒倉(cāng)，只能在煤場(chǎng)堆放。

2.改造方案

2.1快速定量裝車(chē)系統(tǒng)

對(duì)于散裝物料，快速定量裝車(chē)系統(tǒng)是一種裝車(chē)速 度快、工作效率高、占地面積小、環(huán)境污染少、稱(chēng)重計(jì)量 精準(zhǔn)的快速裝載設(shè)備。目前技術(shù)成熟的裝車(chē)系統(tǒng)有料 斗秤快裝系統(tǒng)、定量給料機(jī)皮帶式裝車(chē)系統(tǒng)、地磅快 速定量裝車(chē)系統(tǒng)和筒倉(cāng)快速定量裝車(chē)系統(tǒng)，其主要區(qū) 別在于計(jì)量結(jié)構(gòu)，不同的計(jì)量結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)裝車(chē)精度、裝 車(chē)速度都有一定的影響。

2.2裝車(chē)計(jì)量方式選擇

根據(jù)掌石溝礦現(xiàn)有筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)及就地控制方式，只 需安裝定量計(jì)量設(shè)備，采用DCS (Distributed Control System)控制方案，通過(guò)控制方式和計(jì)量方式相結(jié)合 即可實(shí)現(xiàn)快速定量裝車(chē)。結(jié)合筒倉(cāng)層高及儲(chǔ)煤倉(cāng)、裝 車(chē)閘門(mén)設(shè)計(jì)并考慮到充分利用現(xiàn)有裝車(chē)閘門(mén)和現(xiàn)有控 制的情況下，選擇采用地磅作為計(jì)量方式[2]，將計(jì)量 方式和控制方式進(jìn)行集控設(shè)計(jì)即可達(dá)到目的，其改造 成本小、周期短。

2.3地磅快速定量裝車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本地磅快速定量裝車(chē)系統(tǒng)采用交互式實(shí)時(shí)控制 操作理念，主要包括裝車(chē)給料系統(tǒng)、地磅實(shí)時(shí)稱(chēng)重系 統(tǒng)、語(yǔ)音系統(tǒng)和控制系統(tǒng)（結(jié)合操作室的設(shè)計(jì)，可直接 觀(guān)察到車(chē)輛在地磅上的運(yùn)行位置、裝車(chē)情況，故未考 慮視頻監(jiān)控系統(tǒng)），其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3.1裝車(chē)給料系統(tǒng)

裝車(chē)給料系統(tǒng)主要包括檢修閘門(mén)、扇形閘門(mén)、液壓泵站和非接觸式接近開(kāi)關(guān)固定裝置。

筒倉(cāng)物料為末煤或者小塊煤，顆粒尺寸為0? 50 mm,含有一定量的水分，具有黏性，易堆積結(jié)塊。 物料線(xiàn)性流速不強(qiáng)，如果采用隨重量增長(zhǎng)方式線(xiàn)性控 制閘門(mén)大小，則會(huì)造成物料卡門(mén)或者堆積而無(wú)法裝車(chē)， 故采用非線(xiàn)性方式裝料，并采用大給料和精細(xì)給料二 段式方式裝車(chē)。

裝車(chē)給料系統(tǒng)基本上采用原來(lái)的結(jié)構(gòu)，在控制給料 方式上增加了非接觸式接近開(kāi)關(guān)固定裝置。該裝置的 卡座安裝在扇形閘門(mén)轉(zhuǎn)軸上方平行位置，卡座上安裝有 3個(gè)接近開(kāi)關(guān)，同時(shí)將該裝置與接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)的轉(zhuǎn)軸焊 接在扇形閘門(mén)轉(zhuǎn)軸上，隨著扇形閘門(mén)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，接近 開(kāi)關(guān)可以感應(yīng)到扇形閘門(mén)的開(kāi)啟最大位置、精細(xì)給料位 置和關(guān)閉位置，并反饋給集中控制系統(tǒng)。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn) 經(jīng)驗(yàn)，卡座采用導(dǎo)軌式固定方式，使得扇形閘門(mén)的開(kāi)啟 最大位置、精細(xì)給料位置和關(guān)閉位置可以根據(jù)一定地質(zhì) 環(huán)境階段煤質(zhì)的干濕程度調(diào)節(jié)，靈活配置。

2.3.2地磅實(shí)時(shí)稱(chēng)重系統(tǒng)

地磅實(shí)時(shí)稱(chēng)重系統(tǒng)主要包括汽車(chē)衡秤臺(tái)、稱(chēng)重 傳感器和稱(chēng)重儀表。汽車(chē)衡快速定量裝車(chē)是不停車(chē)動(dòng) 態(tài)計(jì)量裝車(chē)，必須保證在裝載貨物完成時(shí)車(chē)輛前后輪 胎完全在地磅上（即車(chē)輛完全上秤），這樣才能使計(jì) 量準(zhǔn)確可靠。

目前，礦方運(yùn)營(yíng)車(chē)輛主要是四軸車(chē)（12 m)和六軸 車(chē)（16 m)筒倉(cāng)兩個(gè)下料口中心距為6 m,而且兩個(gè)下 料口不需要同時(shí)裝車(chē)，只需每個(gè)下料口能實(shí)現(xiàn)單獨(dú)自 動(dòng)裝車(chē)即可。因此，結(jié)合實(shí)際場(chǎng)地、六軸車(chē)長(zhǎng)度和裝車(chē) 速度，詳細(xì)計(jì)算兩個(gè)下料口中心位置分別到地磅秤 頭和秤尾的距離，并經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，最終決定第一下料 口采用完全上秤裝車(chē)方案，第二下料口采用不完全上 秤裝車(chē)方案。

使用第一下料口裝車(chē)時(shí)，汽車(chē)在整個(gè)裝車(chē)過(guò)程中 車(chē)輪都在地磅秤臺(tái)上。使用第二下料口裝車(chē)時(shí)，汽 車(chē)從地磅秤尾上車(chē)，當(dāng)車(chē)斗頭部到第二下料口下方 時(shí)，開(kāi)始裝車(chē)，裝車(chē)過(guò)程中，汽車(chē)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音提示向 前行進(jìn)，當(dāng)車(chē)斗尾部到第二個(gè)下料口下方時(shí)，汽車(chē)車(chē)輪 全部在秤臺(tái)上即可。經(jīng)過(guò)多次計(jì)算測(cè)試，最終選定汽 車(chē)衡秤臺(tái)長(zhǎng)21 m、寬3. 2 m,這樣既能保證汽車(chē)衡不 占用場(chǎng)地太多空間，不影響車(chē)輛調(diào)頭和會(huì)車(chē)行駛，也能 保證兩個(gè)下i料口都能單獨(dú)完成不同極限車(chē)型的裝車(chē)。

2.3.3語(yǔ)音系統(tǒng)

語(yǔ)音系統(tǒng)包括音頻輸入設(shè)備、音頻擴(kuò)大設(shè)備和音頻 輸出設(shè)備。該系統(tǒng)用于操作員直接向司機(jī)喊話(huà)提示其車(chē) 輛前進(jìn)和后退，以保證車(chē)輛在地磅上處于合適位置。

2.3.4控制系統(tǒng)

本文在就地控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行集控設(shè)計(jì)，選用觸 摸屏+PLC的方式。采用德國(guó)西門(mén)子PLC作為控制 器，其性能穩(wěn)定，可以對(duì)液壓泵站、液壓檢修閘門(mén)、扇形 裝車(chē)閘門(mén)和稱(chēng)重儀表進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

其工作原理為：當(dāng)車(chē)輛駛?cè)胙b車(chē)秤臺(tái)時(shí)，在車(chē)輛重 力作用下，秤臺(tái)下方的稱(chēng)重傳感器受到向下的壓力，使 得傳感器內(nèi)的壓變電阻發(fā)生形變，經(jīng)相應(yīng)測(cè)量電路將 這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)稱(chēng)重儀表進(jìn)行重量 換算并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前車(chē)輛重量，操作人員通過(guò)語(yǔ)音系 統(tǒng)指導(dǎo)車(chē)輛停到對(duì)應(yīng)位置，確認(rèn)下料口及裝車(chē)目標(biāo)量 正確的情況下，觸碰集中控制終端觸摸屏上的啟動(dòng)按 鈕，控制液壓泵站的電機(jī)啟動(dòng)，檢修閘門(mén)隨即打開(kāi)，扇 形閘門(mén)逐漸開(kāi)啟到最大位置，開(kāi)始裝車(chē)；隨著車(chē)輛重量 逐漸增加，當(dāng)達(dá)到精細(xì)給料值時(shí)，集中控制終端發(fā)出關(guān) 閉信號(hào)，扇形閘門(mén)關(guān)閉到達(dá)精細(xì)給料位置，集中控制系 統(tǒng)接收到接近開(kāi)關(guān)反饋的扇形閘門(mén)已達(dá)精細(xì)給料位置 信號(hào)時(shí)，則發(fā)出停止關(guān)閉信號(hào)；當(dāng)達(dá)到小給料量時(shí)，集 中控制系統(tǒng)發(fā)出關(guān)閉信號(hào)，扇形閘門(mén)完全關(guān)閉，集中控 制系統(tǒng)收到接近開(kāi)關(guān)反饋的扇形閘門(mén)完全關(guān)閉信號(hào) 后，在觸摸屏上顯示扇形閘門(mén)關(guān)閉狀態(tài)，操作人員根據(jù) 指示狀態(tài)提示司機(jī)下車(chē)，完成整個(gè)裝車(chē)過(guò)程。在整個(gè) 裝車(chē)過(guò)程中車(chē)輛不停歇，操作人員通過(guò)語(yǔ)音系統(tǒng)指導(dǎo) 車(chē)輛行進(jìn)，設(shè)備啟動(dòng)、運(yùn)行狀態(tài)、閘門(mén)開(kāi)合位置、實(shí)時(shí)重 量信息都通過(guò)集中控制終端的友好界面顯示，操作人 員能對(duì)整個(gè)裝車(chē)過(guò)程一目了然，及時(shí)判斷故障。

3.結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，掌石溝煤礦地磅快速定量裝車(chē)系統(tǒng) 采用人機(jī)交互方式，使得裝車(chē)誤差控制在50 kg以?xún)?nèi)， 裝車(chē)精度高，速度快，解決了超載和虧載問(wèn)題，降低了 裝卸載粉塵排出量，減少了環(huán)境污染，取得了良好的社 會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。