CN102303786B - 全自动智能平车降高系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全自动智能平车降高系统，其包括支撑架，所述支撑架上并列设有若干磙子，磙子通过设置于支撑架上的起吊装置与液压装置相连，所述支撑架和液压装置上均设有两套检测装置，所述液压装置和检测装置分别与控制装置相连。本发明适用于煤炭、矿石、化工原料、粮食等散状物料在车厢内的平整压实。设备通过自动检测列车车厢的位置、高度，实现对列车带料车厢进行连续动态快速平料压实。本发明利用电气液压控制技术自动调节磙子的上升和下落，从而达到列车车厢自动平车、降高，有效保证配料装车时既不亏吨同时车厢物料还不超高。

Description

全自动智能平车降高系统

技术领域

本发明涉及一种铁路装运配套设备，尤其是一种全自动智能平车降高系统。

背景技术

随着铁路部门的发展和列车大幅度提速，铁路部门对列车车厢提出了越来越高的技术要求，特别是用户提出了要解决对列车车厢实施全自动平车降高的难题，目前铁路列车装车过程中主要存在以下缺点：

1、铁路装车站或集运站在装车过程中，装少了达不到运输效率，费用增加，装多了车厢物料又超高铁路部门不同意。

2、传统的平车系统没有检测传感器，无法实现全自动控制，并且只能平料，无法压实和降高。

中国专利94100563.1公开了一种散料平整装置，他有一带上框架的框架机构，一与上框架相连的平整机构，一个使平整机构在上、下端位之间运动的提升机构，其中平整机构有一带平整梁的下框架和一沿行驶方向位于后面的平整滚子，平整梁上装一个犁，在该散料平整装置设置可一个无接触式扫描器，它经一控制机构与提升机构相连，用语控制平整机构的运动，是平整机构不会与散料运输车相碰撞。但是该专利中由于采用单个滚子，压实效果并不是太理想；其提升机构采用电动机提升滚子，安全性及稳定性都不是太好。并且该专利的控制机构无法实现冗余设计，其控制效果不是太理想。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种能为列车车厢自动平车、降高，有效保证配料装车时既不亏吨同时车厢物料还不超高，利用电气液压控制技术自动调节磙子的上升和下落的全自动智能平车降高系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种全自动智能平车降高系统，其包括支撑架，所述支撑架上并列设有若干磙子，磙子通过设置于支撑架上的起吊装置与液压装置相连，所述支撑架和液压装置上均设有两套检测装置，所述液压装置和检测装置分别与控制装置相连。

所述起吊装置包括与每个磙子相连的两根钢丝绳，所述两根钢丝绳经过定滑轮连接到磙子轴承座上方的两个悬臂梁上，悬臂梁悬挂于支撑架上的横梁上。

所述液压装置包括液压泵站，液压泵站通过液压管路与若干并联的液压缸相连，每个液压缸活塞杆前端均安装有一个钢丝绳滑轮，钢丝绳滑轮上设有与所述磙子相连的钢丝绳。所述液压装置共五套，其中一套备用，其余四套正常使用，所述每套液压装置的液压管路上均连接有一蓄能器，正常使用的液压装置与备用液压装置之间相连的液压管路上设有高压手动球阀。

所述检测装置包括光电开关和接近开关，其中光电开关安装于铁路两侧支撑架的竖梁上，作用是防止机车头到达磙子下方时磙子下落和平车过程中给车皮定位；接近开关安装于支撑架横梁的下方，作用是在平车过程中磙子上升位置和下落位置的定位；所述检测装置设有两套，两套同时检测同时工作，两套装置只要其中任意一套检测正常，系统便可正常工作。

所述控制装置包括依次相连的PLC电气控制柜、上位机和显示器。

本发明采用四个磙子同时工作，平煤压实车皮，每个车厢需要经过两次平煤两次压煤共四道工序操作，压实平整效果好。

本发明采用液压驱动，提升下降平稳，输出力矩大，并且还配有蓄能器，一旦油泵停止，系统仍然可以保压工作，不会造成任何损失，安全性能高。

本发明的控制器采用冗余备份，一旦一套出现故障，另一套可自动投入使用，切实保证了工作安全。

本发明的检测装置采用双备份，两路信号只需检测到其中任意一路，系统即可保证连续自动工作，防止由于单一传感器出现故障而导致系统报警。

本发明适用于煤炭、矿石、化工原料、粮食等散状物料在车厢内的平整压实。设备通过自动检测列车车厢的位置、高度，实现对列车带料车厢进行连续动态快速平料压实。本发明利用电气液压控制技术自动调节磙子的上升和下落，从而达到列车车厢自动平车、降高，有效保证配料装车时既不亏吨同时车厢物料还不超高。本发明实现了对四个磙子的集中控制和自动控制，在集中控制室里通过上位机只需一个操作员就能完成整个平车作业，减少了人员数量，大大提高了工作效率。上位机实时监控整个平车过程，某一个磙子出现运行故障，在上位机上出现实时故障报警，并自动投切到备用回路。

附图说明

图1是本发明整体原理结构示意图；

图2是本发明控制装置网络拓扑图；

图3是本发明液压系统原理图；

图4是本发明液压缸通过钢丝绳与磙子连接示意图；

其中1.车轨，2.车皮，3.支撑架，4.磙子，5.起吊装置，6.悬臂梁，7.备用泵站，8.工作泵站，9.备用管路，10.工作管路，11.液压缸，12.托绳装置，13.导向装置，14.液压泵站，15.控制室，16.冗余控制器，17.ControlNet网络，18.EtherNet/IP网络，19.I/O模块，20.电机，21.检测元件，22.钢丝绳滑轮，23.钢丝绳，24.定滑轮，25.主泵机，26.先导卸荷溢流阀，27.压力变送器，28.二位逻辑阀，29.电液换向阀，30.蓄能器用安全阀组，31.压力继电器，32.液控单向阀，33.蓄能器，34.平衡阀，35.高压手动球阀，36.冷却系统，37.液位控制继电器，38.液温控制继电器，39.加热器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1-4所示，一种全自动智能平车降高系统，其包括支撑架3，所述支撑架3上并列设有若干磙子4，磙子4通过设置于支撑架3上的起吊装置5与液压装置相连，所述支撑架3和液压装置上均设有两套检测装置，所述液压装置和检测装置分别与控制装置相连。起吊装置5包括与每个磙子相连的两根钢丝绳23，所述两根钢丝绳23经过定滑轮24连接到磙子轴承座上方的两个悬臂梁6上，悬臂梁6悬挂于支撑架3上的横梁上。

一、机械部分

本平车降高系统机械部分分为钢结构支撑架1、滚筒部分、钢丝绳滑轮部分、钢丝绳23及基础地基部分。滚筒由四个磙子4组成，每个磙子4采用两个悬臂梁6悬挂在钢结构支撑架1的横梁上，由四个液压缸11分别提升四个磙子4，液压缸11通过支座水平安装在保温小房内的混凝土基础上，液压缸活塞杆前端安装一个钢丝绳滑轮22(起到动滑轮的作用，即减少油缸长度)，通过托绳装置12、导向装置13、钢丝绳轮22牵引钢丝绳23来实现磙子4的提升，磙子4由两根钢丝绳22经过定滑轮24连接到磙子轴承座上方的悬臂梁6上，将磙子4水平提起和下放。磙子4自重压在煤炭上，火车沿车轨1前进时的摩擦力使滚筒旋转，从而实现对煤炭的碾压。本系统四道磙子4依次排列，第一道、第二道、第三道磙子4为压深磙子，第四道磙子为压平磙子，车皮2经过前三道磙子4碾压后能有效降低车皮2内亏空，再经过第四道压平磙子的碾压后即可达到平车降高的目的。

二、液压部分

1、为保证系统寿命，考虑到磙子快速提升下放产生的冲击力，要求液压缸11提升力安全系数考虑大一些，提升力按2倍磙子4重量考虑。液压缸11提升速度每分钟10米，要求快速提升，反应迅速。液压缸11最大行程2米，安装方式见图4。液压缸11采用万向节结构铰接安装在油缸支座上，液压缸11水平安装，提升滚筒时活塞杆受拉力，不需导向结构，易于安装找正。

系统采用中压系统、单油缸带动单磙子4、四套工作管路10一套备用管路9，并且备用管路9和其它四路能实现独立自动和手动切换功能，满足可靠、节能、延长寿命的要求。

2、液压泵站14和四个油缸放在保温小房内，液压泵站14要有两套，一台使用为工作泵站8，另一台备用为备用泵站7，考虑到空间问题可以共用一个油箱。每套系统有独立的液压阀和开关，检修时开关关闭，不影响另一套系统照常工作。

3、油缸升降换向时要求平稳换向，尽量减少冲击。磙子4停止不动时要有保压功能，防止泄压。磙子4下放到车厢煤炭上时，磙子的最下端到车厢帮沿的高度要求固定不变。

4、液压系统部分设计合理，保护功能齐全，运行平稳可靠。液压回路上安装了压力传感器，当系统管路出现卸压时，压力传感器马上动作，系统进行充压，防止磙子4快速下降，并报警，保证运行安全可靠。蓄能器33不工作时有液压锁进行闭锁，保证储存足够的压力油，一旦平车作业时突然停电，蓄能器33内的油快速释放，使滚筒迅速提上到高于最高车厢处停止不动，从而避免撞车厢现象。电磁换向阀带位移监测功能，通电后阀杆不动作可以监测出来，并发出报警信号。工作时蓄能器33和泵联合供油，可达到节约成本和节能的目的。系统采用液压阀卸荷回路，减少泵机的频繁起停，实现保护泵机及节能的目的。控制回路采用液控单向阀32和平衡阀34回路以达到保压和运行平稳的目的。系统配备单独冷却与过滤回路，确保液压油的冷却、过滤效果；配备电加热器39确保油温达到正常使用要求。系统配备油温、油位检测元件，实现油温自动控制和油位报警功能。

如图3所示：主泵机25，其功能将机械能转为液压能为系统提供能量；先导卸荷溢流阀26，其功能为系统建立工作压力，并在系统不工作时使主泵机卸荷；压力变送器27，其功能将系统工作压力随时显示在工控机上；二位逻辑阀28，其功能起到油路通断且无泄漏保压的目的；电液换向阀29；其功能改变执行元件(即油缸)的运动方向；蓄能器用安全阀组30，其功能保护蓄能器33可靠运行；压力继电器31，其功能达到其设定值时发出信号；液控单向阀32，其功能在需要时使系统处于保压状态；蓄能器33，其功能作辅助动力源和应急动力源；平衡阀34，其功能平衡磙子的自重以达到平稳的目的；液压缸11，其功能提升和下放磙子；高压手动球阀35，其功能备用回路工作时达到自动和手动切换的目的；冷却系统36，其功能使系统得到散热达到热平衡的目的；液位控制继电器37，其功能液位达到其设定值时发出报警信号；液温控制继电器38，其功能液温达到其设定值时发出报警信号；加热器39，其功能对液压油进行加热以达到正常运行的温度。

三、配电部分

本产品配电系统动力柜、控制柜、就地操作箱全采用德国威图柜体，防护等级IP55以上。所有低压配电元器件(包括断路器、接触器、热继电器、中间继电器、按钮、指示灯、软启动器、电源)全部采用进口元件，接线端子、线卡等插接件选用德国菲尼克斯产品，保证运行可靠，维护方便。其中PLC选用美国罗克韦尔公司的技术先进的功能强大的controllogix系列。上位机选用适用工业环境的罗克韦尔公司工业控制计算机。中间继电器选用固态继电器，断路器、接触器及按钮指示灯选用施奈德产品。

E+H原装进口产品，并且带二次仪表，现场能观察过程数据。

四、传感器部分

每个磙子4和油缸配有两套检测开关，一用一备，检测车皮位置、车头位置、滚筒下放位置，一套出现故障另一套自动投入运行，不影响平车。火车头经过第二、第三、第四磙子后，第二、第三、第四磙子依次下放到第一节车皮2前端，距车厢前帮300毫米处，对第一节车皮2依次碾压，如第一道磙子4所述进行提升和下降，直至四个磙子4都下放到车厢上。即第四道磙子4下放到第一节车皮2，第三道磙子4下放到第二节车皮2上，第二道磙子4下放道第三节车皮2上，第一道磙子4下放到第四节车皮2上。之后，就开始连续作业，直至所有车皮2降高结束。有时火车装车时需要往回倒车，重新补装，倒车时，司机通过对讲机通知磙子操作员将磙子4全部抬起，提升高度要高于车头。再次碾压时，操作同上。

五、计算机控制部分

如图2所示，采用TCP/IP国际网络协议，通过对冗余机架及冗余模块的参数设定，实现双冗余CPU模块同时对远程I/O模块19的信息采集，做到无扰动切换。I/O模块19分别与电机20、磙子4和检测元件21相连；控制系统通过EtherNet/IP网络18与冗余控制器16相连，支持以太网接口，并带有controlnet网络17接口。采用热备冗余系统，当主控制器出现故障时冗余控制器16立刻自动投入运行。控制电源通过UPS供电，在主电源失电或急停按钮按下等特殊情况下，通过UPS对控制系统供电，并结合液压系统进行应急保护。采用美国邦纳光电传感器与红外线检测传感器作为检测元件21。实现对行进过程中的混编车辆进行定位。配备视频监控系统，方便操作人员对现场实际情况的监控。

1、滚筒始终保持水平。

2、火车头通过磙子4后，第一道磙子4下放，底部进入车厢200毫米，磙子到车厢前帮留出安全距离300毫米。

3、火车以每小时0.7至3公里的速度匀速前进，(装车时为0.7-0.8公里每小时)磙子开始在煤炭上碾压，当磙子4后端距离车厢300毫米时必须将磙子快速提起，提起高度高于最高车厢高度150毫米，以免撞在车厢后帮上，和下一节车皮前帮上。磙子4抬起后车皮继续运行，当磙子4到达第下一节车皮内后，磙子4下放到距离车厢前端300毫米，底部进入车厢200毫米后停止下降，直至碾压到距离车厢后端300毫米将磙子快速提起。如此反复进行。钢丝绳23在平车过程中，如出现松绳现象，立刻报警提示，并且可以自动将钢丝绳23拉紧。

4、系统采用集中控制，四个21英寸显示屏实时模拟显示各个磙子运行情况，自动监控。控制方式采用自动控制和手动现场控制两种方式。两种控制方式可自动/手动选择。一旦一套控制系统出现故障另一套系统立刻自动投入运行，不能影响装车，磙子不许碰撞到车皮。还要有一个独立的手动控制系统，一旦自动控制或电脑软件及硬件出现问题，自动报警，并可立即切换到手动控制系统，采用手动人工手柄操作。在自动状态时，只需1-2人进行操作，工作人员可通过程控系统按照生产流程进行监视和控制。在手动状态时，四个工作人员可在主控制室15通过鼠标和四个监视屏幕对设备进行操作。也可以通过按钮在车皮2旁边控制(室外现场控制)。

1)就地控制：程控系统出现故障时或设备检修时，系统可切换为手动状态进行手动操作，手动控制在平台小房内进行，操作者通过监视屏幕直接可以看到磙子4和车皮2情况，手动操作时磙子4下放到车厢内的高度必须固定不变，即精确停止在规定的高度上。也可以在车皮旁2边现场用按钮操作。

2)自动控制系统PLC可编程控制器、上位机、各类电器元件采用国外进口。整个系统的运行状态都可以在屏幕上显示，即可模拟显示又可实时监控显示，操作者可任意切换显示方式。液压系统的工作压力在屏幕上可以看到。

3)自动控制：火车头经过时提前预警通知操作人员，起停整个系统；在工作人员确定自动启车后，PLC系统在自动状态下进行平车作业，完成程序控制和数据采集功能，以满足各种运行工况的要求，确保碾压系统安全、高效、可靠运行，自动控制系统按预先设定的工艺流程对相关的设备进行操作和监视，当出现故障和应急事故时控制系统能自动进行联锁保护。并且在屏幕上显示并报警。另外在此工作过程中允许工作人员切换到手动方式进行单个设备的手动操作并可再次切换到自动方式继续运行。

4)自动开启和关上挂钩，屏幕显示挂钩是否挂好(系统不工作时将滚筒提升到高于火车头高度后，用挂钩将滚筒挂住，避免油缸长期受力，挂钩通过小电动滚筒和钢丝绳控制开启和关闭)；

5)整个系统的运行状态，火车速度都可在屏幕上模拟显示。

6)系统内设备的所有故障可实时报警，记录并打印。在紧急状态可实现磙子紧急升起，保证安全生产，在自动生产时可实现手动干预。组态软件使用罗克韦尔的RSview软件，采用OPC通讯方式，对设备进行实时监控，反映系统的整个生产流程，并可实现系统内设备所有故障的实时报警，实现记录并支持打印。

7)对每天的车次，车皮数量，主要设备运转率都可生成报表。具有远程通讯接口，可与现有的快装系统联网通讯。

8)PLC控制器选用AB公司1756系列产品，并采用硬件冗余，确保一套控制系统出现故障另一套系统立刻自动投入运行，不能影响装车。

9)、具有误动作保护，报警提醒功能。磙子在车头经过时不允许下放，碰到车头。磙子在碾压时下放到车厢内200毫米后不得继续下放，到该抬起放下时就抬起放下，不允许反向操作。

气候条件和工作环境

本发明为室外露天使用，在内蒙古呼伦贝尔市陈巴尔虎旗宝日希勒镇露天矿试用，该地区年平均气温-2.6℃，最高气温达39℃，最低气温达-45℃，属大陆性亚寒带气候，白天与黑夜温差较大，年平均降水量315mm，相对湿度0-60％，平均海拔700米，平均积雪天数149天，工作场所煤尘大，春季风沙大，风力最大8级。在上述条件下能够正常运行。

4.PLC冗余通讯的建立。

Claims (5)

1.一种全自动智能平车降高系统，其特征在于：其包括支撑架，所述支撑架上并列设有若干磙子，磙子通过设置于支撑架上的起吊装置与液压装置相连，所述支撑架和液压装置上均设有两套检测装置，所述液压装置和检测装置分别与控制装置相连； 

每个磙子采用两个悬臂梁悬挂在钢结构支撑架的横梁上，由四个液压缸分别提升四个磙子，液压缸通过支座水平安装在保温小房内的混凝土基础上，液压缸活塞杆前端安装一个钢丝绳滑轮，通过托绳装置、导向装置、钢丝绳滑轮牵引钢丝绳来实现磙子的提升，磙子由两根钢丝绳经过定滑轮连接到磙子轴承座上方的悬臂梁上，将磙子水平提起和下放；磙子自重压在煤炭上，火车沿车轨前进时的摩擦力使滚筒旋转，从而实现对煤炭的碾压；平车降高系统机械部分分为钢结构支撑架、滚筒部分、钢丝绳滑轮部分、钢丝绳及基础地基部分，滚筒由四个磙子（4）组成； 

四道磙子依次排列，第一道、第二道、第三道磙子为压深磙子，第四道磙子为压平磙子，车皮经过前三道磙子碾压后能有效降低车皮内亏空，再经过第四道压平磙子的碾压后即可达到平车降高。 

2.根据权利要求1所述的全自动智能平车降高系统，其特征在于：所述起吊装置包括与每个磙子相连的两根钢丝绳，所述两根钢丝绳经过定滑轮连接到磙子轴承座上方的两个悬臂梁上，悬臂梁悬挂于支撑架上的横梁上。 

3.根据权利要求1所述的全自动智能平车降高系统，其特征在于：所述液压装置包括液压泵站，液压泵站通过液压管路与若干并联的液压缸相连，每个液压缸活塞杆前端均安装有一个钢丝绳滑轮，钢丝绳滑轮上设有与所述磙子相连的钢丝绳；所述液压装置共五套，其中一套备用，其余四套正常使用，所述每套液压装置的液压管路上均连接有一蓄能器，正常使用的液压装置与备用液压装置之间相连的液压管路上设有高压手动球阀。 

4.根据权利要求1所述的全自动智能平车降高系统，其特征在于：所述检测装置包括光电开关和接近开关，其中光电开关安装于铁路两侧支撑架的竖梁上，接近开关安装于铁路两侧支撑架的横梁下方；所述检测装置设有两套，两套同时检测同时工作，两套装置只要其中任意一套检测正常，系统便可正常工作。 

5.根据权利要求1所述的全自动智能平车降高系统，其特征在于：所述控制 装置包括依次相连的PLC电气控制柜、上位机和显示器。 

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