CN114380081B - 一种无人操作铁路煤炭整平压实系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人操作铁路煤炭整平压实系统和方法，包括：带有初压滚筒的初压摆动梁和带有终压滚筒的终压摆动梁，初压摆动梁和终压摆动梁的一端分别与钢结构架铰链连接，另一端分别与初压钢索、终压钢索及其初压卷扬机、终压卷扬机连接，钢结构架上还设有初压钢索卸载装置和终压钢索卸载装置。本发明利用安装在碾压滚筒周围的多个传感器对物料堆的形状及其位置进行检测，并在初压过程中根据物料堆的当前状态预测初压滚筒的碾压力，在终压过程中则根据初压的碾压力的经初压的物料堆形状对终压的碾压力进行预测。预测过程还需经过对以往相似案例进行分析对比，以求获得最优的碾压方案，力求两次碾压即能够将物料顶端碾压平整达到要求。

Description

一种无人操作铁路煤炭整平压实系统和方法

技术领域

本发明涉及一种无人操作铁路煤炭整平压实系统和方法，是一种机械自动化装置和运行工艺方法，是一种自动化装载散装物料的辅助设备和工艺方法。

背景技术

对刚装进铁路车厢的煤炭，由于其松散，细碎，表面形状不规则，易扬尘，且要求煤炭不能高于车厢车帮300毫米高度等因素，往往需要进行整平压实操作。传统方案是有专门设立的人员，通过钢丝绳分别牵引放下初压滚筒和终压滚筒，依靠滚筒自身书吨重力，在车厢头部刚过此处时放下，滚筒放下后接触车厢顶部煤炭或伸入车厢，在车厢尾部即将到来，将滚筒提起，实现车厢顶部煤炭整平压实的操作。

将堆积在车厢中的物料压实看起来是一件十分简单的事情，但实际比较复杂，在没有人工干预完全自动化的条件下，要将物料压平通常需要反复碾压多次，但在实际列车装车过程中，不可能操作列车前后反复运动，也就是说反复碾压实际操作有很大困难。传统的压实装置，需要两个人去实时操作滚筒，一个人操作初压滚筒，另一个人操作终压滚筒，人工操作必须与车厢运行十分协调，操作人员在整个列车通过过程中需集中精力。初压滚筒进行初步碾压时，碾压过程中需感知车厢各个位置碾压的受力状态并根据高低起伏，而控制碾压了力度，之后用终压滚筒根据第一碾压筒的碾压情况，判断哪里应当重压，哪里应当轻压，控制力度需要操作人员对物料状态的把握，以及当前物料堆的状态都需要考虑，还有两人之间默契配合，才能达到两次就能够将物料顶部碾压平整的效果。操作人员如果注意力不集中，碾压质量就会大打折扣，严重是压实滚筒就会撞到车厢板，造成事故。操作人员长时间的集中精力会造成很大的疲劳，更加容易出现事故。如何提高平整质量，降低劳动强度，减少人为事故，是一个需要解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种无人操作铁路煤炭整平压实系统和方法。所述的方法通过设置压实专用的控制器，并结合车厢位置传感器，滚筒高度传感器等对滚筒的压实过程力度进行智能化控制，实行压实自动化，提高了工作效率，减少了事故率。

本发明的目的是这样实现的：一种无人操作铁路煤炭整平压实系统，包括：安装在钢结构架上沿铁路线排列带有初压滚筒的初压摆动梁和带有终压滚筒的终压摆动梁，所述的初压摆动梁和终压摆动梁的一端分别与钢结构架铰链连接，另一端分别与初压钢索、终压钢索及其初压卷扬机、终压卷扬机连接，所述的钢结构架上还设有初压钢索卸载装置和终压钢索卸载装置；所述的钢结构架侧面对应初压滚筒和终压滚筒的位置设置初压车厢位置传感器和终压车厢位置传感器，所述的钢结构架相对车厢顶部对应初压滚筒和终压滚筒的位置设有初压测距传感器和终压测距传感器，所述的初压摆动梁和终压摆动梁上分别设有初压摆角传感器和终压摆角传感器，两条所述的钢索分别设置初压测力器和终压测力器；所述的初压车厢位置传感器、终压车厢位置传感器、初压测距传感器、终压测距传感器、初压摆角传感器、终压摆角传感器、初压测力器、终压测力器与带有数据库和能够根据物料堆形状及初压情况进行分析的碾压力分析装置的中央控制器连接，所述的中央控制器与初压卷扬机控制器、终压卷扬机控制器连接。

进一步的，所述的初压钢索卸载装置和终压钢索卸载装置包括：行走电机，所述的行走电机与保护支架固定连接，所述的保护支架与摆动梁挂钩连接。

一种使用上述系统的无人操作铁路煤炭整平压实方法，所述的方法的步骤如下：

步骤1，装车过程开始：系统启动后，进行自检，并通过初压测距传感器和终压测距传感器确认初压滚筒和终压滚筒处于最高位置并处于钢索卸载的安全状态，同时收集待装物料的信息，包括：物料密度，堆积系数；

步骤2，检测车头通过：初压测距传感器探测车头经过状态，当车头经过后，并探测到车厢前帮板，通知中央控制器；

步骤3，预测初压碾压力：随着车厢不断向前移动，初压测距传感器扫过车厢内物料的顶端，结合初压车厢位置传感器的定位，确定物料顶端的高度分布数据，碾压力分析装置根据物料顶端的高度分布数据以及堆积系数预测初压碾压力分布，并在数据库中寻找类似压力分布的案例，根据案例和计算结果确定初压碾压力分布方案；

步骤4，初压：通过初压卷扬机放出初压钢索，使初压摆动梁向下摆动，初压滚筒压入车厢中，对物料堆顶端进行摊平和碾压，结合初压摆角传感器，初压测力传感器监测初压钢索上的受力情况，并根据钢索上的受力情况和初压碾压力分布方案，通过卷扬机收发钢索不断调整钢索的受力状态，藉以改变物料堆的形状，削高填凹使物料堆顶部平坦；初压车厢位置传感器对加压位置的定位，记录初压滚筒对物料堆的实际压力分布和摆动梁的摆动角度分布，直到车厢后帮板接近，初压卷扬机收缩钢索，抬起初压滚筒，结束一节车厢的初压碾压；

步骤5，预测终压碾压力：随着车厢不断向前移动，终压测距传感器扫过经过初压的物料顶端，结合终压车厢位置传感器的定位，确定经初压的物料顶端高度分布数据，碾压力分析装置根据经初压的物料顶端高度分布数据以及初压碾压力分布，并在数据库中寻找类似终压的压力分布的案例，根据案例和当前初压碾压力分布结果确定终压碾压力分布方案；

步骤6，终压：通过终压卷扬机放出终压钢索，使终压摆动梁向下摆动，终压滚筒压入车厢中，对物料堆进行碾压，结合终压摆角传感器，终压测力传感器监测终压钢索上的受力情况，并根据钢索上的受力情况对比终压碾压力分布方案，通过卷扬机收发钢索不断调整钢索的受力状态，压平物料堆顶端；终压车厢位置传感器对加压位置的定位，记录终压滚筒对物料堆的实际压力分布和摆动梁的摆动角度分布，直到车厢后帮板接近，终压卷扬机收缩钢索，抬起终压滚筒，结束一节车厢的终压碾压；

步骤7，完成平车：对每一节车厢反复进行步骤3-步骤6，直至最后一节车厢，将初压滚筒和终压滚筒升高至最高位置，结束对这个列车完成平车。

本发明的优点和有益效果是：本发明利用安装在碾压滚筒周围的多个传感器对物料堆的形状及其位置进行检测，并在初压过程中根据物料堆的当前状态预测初压滚筒的碾压力，在终压过程中则根据初压的碾压力的经初压的物料堆形状对终压的碾压力进行预测。预测过程还需经过对以往相似案例进行分析对比，以求获得最优的碾压方案，力求两次碾压即能够将物料顶端碾压平整达到要求。整个压实过程在列车不停车的情况下连续实施，完全实现自动化，提高了工作效率，降低了事故率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例一所述系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一所述系统的原理框图；

图3是本发明实施例二所述钢索卸载装置的结构示意图；

图4是典型的装车后车厢物料顶部高度分布曲线；

图5是本发明实施例三所述滚筒高度计算示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种无人操作铁路煤炭整平压实系统，如图1、2所示。本实施例包括：安装在钢结构架1上沿铁路线排列带有初压滚筒2的初压摆动梁3和带有终压滚筒4的终压摆动梁5，所述的初压摆动梁和终压摆动梁的一端分别与钢结构架铰链连接，另一端分别与初压钢索6、终压钢索7及其初压卷扬机8、终压卷扬机9连接，所述的钢结构架上还设有初压钢索卸载装置101和终压钢索卸载装置102；所述的钢结构架侧面对应初压滚筒和终压滚筒的位置设置初压车厢位置传感器10和终压车厢位置传感器11，所述的钢结构架相对车厢顶部对应初压滚筒和终压滚筒的位置设有初压测距传感器12和终压测距传感器13，所述的初压摆动梁和终压摆动梁上分别设有初压摆角传感器14和终压摆角传感器15，两条所述的钢索分别设置初压测力器16和终压测力器17；所述的初压车厢位置传感器、终压车厢位置传感器、初压测距传感器、终压测距传感器、初压摆角传感器、终压摆角传感器、初压测力器、终压测力器与带有数据库和能够根据物料堆形状及初压情况进行分析的碾压力分析装置的中央控制器18连接，所述的中央控制器与初压卷扬机控制器19、终压卷扬机控制器20连接。

本实施例设一个两套碾压滚筒子系统，两套子系统机械结构基本相同，均为由卷扬机带动钢索，钢索带动摆动梁摆动（沿图1中箭头B、C方向摆动），产生滚筒放下和提起的动作。本实施例的关键在于设立大量的传感器，对钢索的拉力、摆动梁的摆动角度、车厢（图1中用双点划线表示，并用箭头A表示车厢的运动方向）的运动和位置、物料堆顶部的形状等进行实时监测，并通过中央控制器对获取的数据进行分析，预测、控制和记录两套滚筒所实施的压力分布。整个过程完全能够实现无人控制，或者有人监控但无需操作，或者为安全起见，只需启动时由人工启动，其他时间均自动完成。

本实施例所述的中央控制器是具有数字处理和存储能力的电子设备，可以是PLC、工业PC、以及其他电子芯片及其附属电子电路。

所述的数据库用于储存以往的碾压力数据，应具有较大的存储能力，可以是磁盘硬盘、固态硬盘等具有大容量存储的设备。所述的碾压力分析装置可以是安装在电子设备中的软件，也可以是专门设计制造的专用芯片。

所述的碾压力分析装置的作用是，通过分析物料对装车后的原始形状（高度、形成的突起和凹洼），以及当前物料的堆积系数，预测实施初压的压力分布，之后再通过分析初压之后的物料堆形状，以及初压实施的碾压力分布，预测实施终压的压力分布。预测初压和终压的压力分布是能否经两次碾压就能够将物料碾压平整的关键，因此，不但要根据实时监测的数据进行分析，还要对以往的案例进行分析，即碾压力分析装置还必须具有学习的能力，通过记录以往的应用实例，使预测的碾压力分布更加优化。

所述的初压车厢位置传感器和终压车厢位置传感器可以使用水平光栅。在铁轨侧面上方1.5米水平方向两组光栅（每组约2米长，包含约60-70个光源和接收器），安装在两个压实滚筒的下方。光栅即一排光源加铁轨对面的一排接收器，当车厢经过时，每个光源和接收器之间有物体阻隔就会挡住该光源信号记为1，如果没有物体阻隔，记为0，当连续几个0信号出现，则认为是车厢空隙经过这里。通过对车厢空隙位置进行检测，对车厢前后车帮位置进行计算和判断，在车厢空隙到来的时机，帮助控制系统决定提升和下放压实滚筒的时机。

所述的初压测距传感器和终压测距传感器可以采用激光测距仪。在水平光栅前端（压实之前的位置）距铁轨6米高安装两组激光测距仪，用于检测车厢及待压煤炭高度，为防撞车帮保险起见，车厢高度可以采用双重检测，并根据车厢的车型，得到每节车厢的高度值。

所述的初压测力器和终压测力器，是安装在钢索上的测力传感器，在压实的过程中，滚筒的重力几乎完全落在物料顶部，钢索仅保留5%的滚筒重力的拉力，这样可保证钢索不过度下放，处于基本拉直的状态，如果需要随时可以提起滚筒。初压测力器、终压测力器的另一个重要的作用是监测碾压过程的压力分布情况，并进行记录，一方面为当前的碾压过程进行指导，实时调整碾压力，另一方面将碾压记录作为案例保存，积累经验，使将来的碾压过程更加优化。初压测力器、终压测力器可以是应变传感器，过其他类型的测力传感器。

所述的初压摆角传感器、终压摆角传感器的作用是测量初压摆动梁和终压摆动梁的摆动角度，这一角度表征摆动梁的摆动幅度并影响滚筒放下或提起的幅度，在滚筒高度的计算中十分重要。摆角传感器通过摆动梁摆轴的固定高度，摆动梁上的滚筒轴心到摆动梁摆动轴的距离，滚筒直径和摆动梁的倾斜角度可计算出滚筒压实面到铁轨平面的距离。初压摆角传感器、终压摆角传感器可以是电磁感应或霍尔角位移传感器，或其他类型角位移传感器。

为防止滚筒与车厢或车头发生碰撞，可以在滚筒两侧安装大弹力防碰撞开关，当散装物料碰到倾斜开关时不会使其动作，当车帮碰到会使其动作，一旦防碰撞开关动作，立刻提升压实滚筒，防止压实滚筒和车厢车帮碰撞，作为多重保护之一。

为了安装起见，可以设置备用操作台。自动压实系统通过人工一键启动，通常不需要人工操作，只需要人员值守，一旦出现某传感器损坏失灵等紧急状况，值守人员可按下急停按钮，滚筒自动提升，防止碰撞车厢车帮的情况，另外，当某传感器不能及时维修更换时，可切换操作台人工控制压实设备，不影响现场生产。

实施例二：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于钢索卸载装置的细化，本实施例所述的初压钢索卸载装置和终压钢索卸载装置包括：行走电机1011，所述的行走电机与保护支架1012固定连接，所述的保护支架与摆动梁挂钩1013连接，如图3所示（以初压钢索卸载装置为例，终压钢索卸载装置与初压钢索卸载装置相同）。

所述的行走电机是能够前后移动的装置（图3中沿箭头D方向前后移动），带动保护支架前后移动。所述的摆动梁挂钩固定安装在摆动梁上，当摆动梁升高的最高位置时（非工作状态），保护支架能够钩住摆动梁挂钩，这时保护支架承担了摆动梁的全部重量，使钢索不承载摆动梁的重量，以保护钢索。

钢索卸载装置的工作过程是：在整列车由列车机头牵引刚刚进入初压位置，即列车机头通过初压滚筒，第一节车厢前车帮到达初压滚筒的坐标轴0.5米时停车，然后，人工通过操作台按钮启动自动平车压实系统。自动平车压实系统自动控制设备，由初压滚筒挂在摆动梁挂钩的状态进行摘钩动作。首先，提升电机牵引钢丝绳和压实滚筒略微提升，钢丝绳上的测力计检测到滚筒重量完全加载到钢丝绳上且安装在摆动梁上的角度传感器有角度变化，继续提升0.5秒以后，停止提升动作。（目的是为了使滚筒不再受行走电机的支持力，且再提升0.5秒，保障保护支架与摆动梁挂钩完全分离，也就是说行走电机这套保护装置将在水平移动过程不会与压实滚筒的支架产生任何摩擦和碰撞）；然后行走电机进行移出动作，直到行走电机抵达移出方向的限位开关的位置为止（，如图3中的虚线位置，此时，行走电机带动的保护支架已经完全移出到位，摆动梁可放下且不受保护支架的阻挡）；接着，卷扬机牵引钢索钢丝绳下放，控制压实滚筒进入工作前的待机位置（高于最高车厢的最高点，压实滚筒在该待机高度位置不会与任何车厢发生碰撞，一般设计轴心高度为5米）。

实施例三：

本实施例是一种使用上述实施例所述系统的无人操作铁路煤炭整平压实方法，所述的方法通过预测碾压力，控制和调整碾压滚筒在压实过程中碾压力，力求在两次碾压过程中将物料堆顶端压实平整。所述的方法还具有学习功能，在不断积累经验的过程中，不断优化碾压过程。整个碾压过程能够实现完全自动化，可以在必要的工作点（如车头进入）为安全起见可以设置人为干预，也可以实现完全自动化。

本实施例所述方法的具体步骤如下：

步骤1，装车过程开始：系统启动后，进行自检，并通过初压测距传感器和终压测距传感器确认初压滚筒和终压滚筒处于最高位置并处于钢索卸载的安全状态，同时收集待装物料的信息，包括：物料密度，堆积系数。

系统启动后，首先是检查两个碾压滚筒的位置，是否为最高位，以避免车头通过时发生碰撞事故。滚筒在最高位置时通常由钢索卸载装置锁定，即能够释放加在钢索上的拉力，又能够保障安全。

碾压物料需要知道物料本身的特性，这其中主要是物料的密度和堆积系数。物料密度是物料在完全密实状态下的单位体积，在实际中是达不到的，但密度是物料体积的最小极限，也就是说装车后物料在车厢中的最小体积。堆积系数是物料以自由落体堆积时的松散状态，通过这一系数可以计算出用多大的碾压力可以将物料碾压平整。

步骤2，检测车头通过：初压测距传感器探测车头经过状态，当车头经过后，并探测到车厢前帮板，通知中央控制器；

由于初压测距传感器安装在列车通过初压碾压位的正上方，当车头通过初压测距传感器时，初压测距传感器通过测量车辆最高点到地面的距离就能够判断出是车厢还是车头，并能判断出是否到达了车厢帮板的位置。

为安全起见，当车头通过初压滚筒之后，第一节车厢的前帮板到达可以停车初压滚筒的正下方时（或通过0.5米），可以使列车停止，进行安全检查，确定无误后，人工启动初压滚筒放入车厢中，之后启动列车前行。在多数情况下散装物料（特别是煤炭、焦炭等）由于密度较小，通常的堆积高度会超过车厢帮板的高度，因此，第一节车厢通过后，滚筒与车厢帮板碰撞的可能性较小，因此列车可以不断的行进，进行连续不断的压实作业。

步骤3，预测初压碾压力：随着车厢不断向前移动，初压测距传感器扫过车厢内物料的顶端，结合初压车厢位置传感器的定位，确定物料顶端的高度分布数据，碾压力分析装置根据物料顶端的高度分布数据以及堆积系数预测初压碾压力分布，并在数据库中寻找类似压力分布的案例，根据案例和计算结果确定初压碾压力分布方案；

智能化的预测碾压力是本实施例的关键性步骤，通过预测碾压力使系统能够像熟练操作工那样通过控制钢索的伸缩，控制滚筒的放下和提取，达到摊平和碾压的效果。

由于车厢是不断前行的，因此，初压测距传感器所监测的物料堆高度数据是一连串的数据，形成高度分布，根据这个高度分布并通过堆积系数的计算即可以知道物料堆的松散程度以及经一次碾压后可能的高度。测距传感器可以使用激光扫描雷达，这种激光雷达能够快速的扫描整个车厢的横断面，配合车厢的前行，实际的物料堆高度数据是三维立体的高度数据，并不仅仅是物料堆最高点的高度数据，因为，堆积平坦和堆积尖高的物料堆所需要的碾压力是不同的，这也是预测碾压力所需要考虑的因素。

另一方面，直接计算预测碾压力往往不够准确，这是由于影响碾压力因素很多，例如物料粒径的变化，在料仓底部物料颗粒可能比较小，而料仓顶部的物料颗粒可能比较大，这种粒径的变化是无法预测。在装车过程中种种因素的影响，预测碾压力无法十分准确，为此可以采用智能学习的方式，将每次碾压的数据存档，不断积累，并在碾压过程中与过去的数据进行比较，不断的提高预测能力。

预测碾压力可以使用诸如模糊算法等机器学习方式实现。

步骤4，初压：通过初压卷扬机放出初压钢索，使初压摆动梁向下摆动，初压滚筒压入车厢中，对物料堆顶端进行摊平和碾压，结合初压摆角传感器，初压测力传感器监测初压钢索上的受力情况，并根据钢索上的受力情况和初压碾压力分布方案，通过卷扬机收发钢索不断调整钢索的受力状态，藉以改变物料堆的形状，削高填凹使物料堆顶部平坦；初压车厢位置传感器对加压位置的定位，记录初压滚筒对物料堆的实际压力分布和摆动梁的摆动角度分布，直到车厢后帮板接近，初压卷扬机收缩钢索，抬起初压滚筒，结束一节车厢的初压碾压；

摆动梁的摆动角度变化的分布，实际上物料顶部被压下的分布情况，摆动角度越大则说明物料顶部被压下的越多，这个压下数据与钢索的受力数据结合就能够体现出物料的松散程度，但并不能完全说明松散程度，因为还有一个顶部形状的因素需要考虑（物料顶部是平坦还是尖高），然而，物料顶部的形状千差万别，很难用一个数学模型精确表达，因此需采用机器学习的方式，对控制系统进行不断训练，优化碾压方案。

碾压的过程是一个摊平和压实过程。滚筒利用自身的重量，将部分顶端的物料堆向周围挤压，同时将物料整体向下压实，同时滚筒利用相对物料的运动（实际是车厢前进，滚筒静止）驱赶顶端的部分物料去填平低洼区域。传统的装车站在实际装车过程中，往往在车厢的前部开始装车时物料堆积得较高，之后比较平缓甚至低洼，当快要达到车厢尾部时又会有个较高的堆积，之后比较平缓，典型的装满一节车厢物料的物料顶端高度曲线如图3所示。图3的曲线显示，在车厢前端物料略微多一点略微高起，之后是较为低洼的部分，之后又有些高起，最后是较为低洼直至车厢后帮板。出现这种状况是由于人工放料装车时为防止车厢尾部放料过多产生偏载，因此刚开始放料会略微多一点，当快要达到车厢尾部时，以同样的理由，也为放料多一点，以避免车厢尾部堆料过高。为消减这两个峰顶，初压滚筒碾压时主要是摊平，驱赶堆积较高的物料向后摊平，这就要求初压滚筒在进入车厢时不用最大压力，而是以推移物料堆尖端的方式削平填凹。有经验的操作工能够很好的达到削平填凹的摊平效果，而对于自动化的机械要达到这一效果，则要求总结操作工经验，对机器进行训练，并在实际操作中获取更多的经验。

无论是摊平还压实，都需要滚筒放下时调整钢索，改变摆动梁的角度。测力传感器监测钢索上的受力情况，当钢索上的受力为零时（通常不会使钢索受力为零，需保留5%的拉力），滚筒的所有质量都压在物料堆上，这时滚筒的碾压力最大，当钢索上的受力为滚筒的重量（由于摆动梁的支撑状态是简支梁，准确的说是大部分滚筒的重量）时，滚筒的碾压力为零。

在实际应用中需要计算滚筒压实面到铁轨的距离：

h=H-Lsinθ-2/d

其中：H为摆动梁摆轴的固定高度；L为摆动梁上的滚筒轴心到摆动梁摆动轴的距离；d为滚筒直径；θ为摆动梁与水平面的倾斜角度，如图4所示。

计算滚筒高度通过角度传感器可实时计算滚筒当前高度，h控制在5米高。

下压初压滚筒：

初压滚筒放下点：通过水通过车厢位置传感器对车厢进行位置检测，例如当某节车厢前车帮到达碾压位时，在一定范围（一般车厢间隙为0.6-1米）内，车厢位置位移传感器检测到前车帮。列车继续匀速前进，当车厢位置到达初压滚筒0.5米（默认初始值，可根据列车速度按比例计算调整）时，控制初压滚筒开始下压。

默认初始值A₀=0.5米，默认最佳车速V₀=0.2m/s，实际下放点调整为：

A=（A₀-0.5）V/V₀+0.5

其中：A为滚筒实际放下点，V为当前车速。

收起初压滚筒：

收起点：压实过程中，当车厢前进到车厢后帮板到达初压滚筒1米或接近1米时，此时列车到达提起滚筒（若列车运动速度增加，则该数据适当增大）位置时，此时提起初压滚筒至待机位置，防止初压滚筒撞到车厢后帮，这时：

默认初始值A₀=1米，默认最佳车速V₀=0.2m/s，实际下放点调整为：

A=（A₀+1）V/V₀-1。

当第一节车厢进入初压工位或终压工位时，需要释放初压或终压钢索卸载装置对初压或终压摆动梁的锁定，使初压或终压摆动梁能够向下摆动，初压或终压滚筒能够压入或提起。除在开始及其结尾时滚筒需要从最高位置放下，或提到最高位置，在其他车厢进行碾压过程中，初压或终压滚筒只需提高到能够避让车厢前、后帮板即可，无需提到最高。

步骤5，预测终压碾压力：随着车厢不断向前移动，终压测距传感器扫过经过初压的物料顶端，结合终压车厢位置传感器的定位，确定经初压的物料顶端高度分布数据，碾压力分析装置根据经初压的物料顶端高度分布数据以及初压碾压力分布，并在数据库中寻找类似终压的压力分布的案例，根据案例和当前初压碾压力分布结果确定终压碾压力分布方案；

由于初压滚筒已经部分改变了物料堆顶部的形状，因此，对终压碾压力的预测必须根据初压过程中的碾压力，特别是针对在初压过程尖峰部位的物料被摊平的部分，这一部分通常在初压中，滚筒的碾压力受到一定的控制，物料顶端相对松散，因此在终压使滚筒应提供较大的碾压力。而对于在初压中已经被压实的部分，滚筒可以提供较小的碾压力。预测的过程还要参考以往碾压类似物料的案例，以便进一步优化碾压过程。

预测终压碾压力的关键在于根据已经实施的初压碾压力分布进行预测，物料堆顶端有些部分还没有压实，而有些部分已经压实，而终压碾压力的分布则根据物料堆当前的状况，对已经压实的部分施加较小的碾压力，而对于没有压实的部分施加较大的碾压力，使整节车厢的物料堆顶端的压实状况比较平均。

步骤6，终压：通过终压卷扬机放出终压钢索，使终压摆动梁向下摆动，终压滚筒压入车厢中，对物料堆进行碾压，结合终压摆角传感器，终压测力传感器监测终压钢索上的受力情况，并根据钢索上的受力情况对比终压碾压力分布方案，通过卷扬机收发钢索不断调整钢索的受力状态，压平物料堆顶端；终压车厢位置传感器对加压位置的定位，记录终压滚筒对物料堆的实际压力分布和摆动梁的摆动角度分布，直到车厢后帮板接近，终压卷扬机收缩钢索，抬起终压滚筒，结束一节车厢的终压碾压；

终压过程的碾压力的大小、放下、提起滚筒的位置控制等与初压类似。

步骤7，完成平车：对每一节车厢反复进行步骤3-步骤6，直至最后一节车厢，将初压滚筒和终压滚筒升高至最高位置，结束对这个列车完成平车。

整个碾压过程，是列车在不断行进过程中，初压滚筒和终压滚筒对每一节车厢中物料的碾压，过程连续不断，高效完成整列车的碾压。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如滚筒碾压的形式、预测碾压力的方式、步骤的先后顺序等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种无人操作铁路煤炭整平压实方法，所述方法所使用的系统包括：安装在钢结构架上沿铁路线排列带有初压滚筒的初压摆动梁和带有终压滚筒的终压摆动梁，所述的初压摆动梁和终压摆动梁的一端分别与钢结构架铰链连接，另一端分别与初压钢索、终压钢索及其初压卷扬机、终压卷扬机连接，所述的钢结构架上还设有初压钢索卸载装置和终压钢索卸载装置；所述的钢结构架侧面对应初压滚筒和终压滚筒的位置设置初压车厢位置传感器和终压车厢位置传感器，所述的钢结构架相对车厢顶部对应初压滚筒和终压滚筒的位置设有初压测距传感器和终压测距传感器，所述的初压摆动梁和终压摆动梁上分别设有初压摆角传感器和终压摆角传感器，两条所述的钢索分别设置初压测力器和终压测力器；所述的初压车厢位置传感器、终压车厢位置传感器、初压测距传感器、终压测距传感器、初压摆角传感器、终压摆角传感器、初压测力器、终压测力器与带有数据库和能够根据物料堆形状及初压情况进行分析的碾压力分析装置的中央控制器连接，所述的中央控制器与初压卷扬机控制器、终压卷扬机控制器连接；所述的初压钢索卸载装置和终压钢索卸载装置包括：行走电机，所述的行走电机与保护支架固定连接，所述的保护支架与摆动梁挂钩连接；

其特征在于，所述的方法的步骤如下：

步骤1，装车过程开始：系统启动后，进行自检，并通过初压测距传感器和终压测距传感器确认初压滚筒和终压滚筒处于最高位置并处于钢索卸载的安全状态，同时收集待装物料的信息，包括：物料密度，堆积系数；

步骤2，检测车头通过：初压测距传感器探测车头经过状态，当车头经过后，并探测到车厢前帮板，通知中央控制器；

步骤3，预测初压碾压力：随着车厢不断向前移动，初压测距传感器扫过车厢内物料的顶端，结合初压车厢位置传感器的定位，确定物料顶端的高度分布数据，碾压力分析装置根据物料顶端的高度分布数据以及堆积系数预测初压碾压力分布，并在数据库中寻找类似压力分布的案例，根据案例和计算结果确定初压碾压力分布方案；

步骤4，初压：通过初压卷扬机放出初压钢索，使初压摆动梁向下摆动，初压滚筒压入车厢中，对物料堆顶端进行摊平和碾压，结合初压摆角传感器，初压测力传感器监测初压钢索上的受力情况，并根据钢索上的受力情况和初压碾压力分布方案，通过卷扬机收发钢索不断调整钢索的受力状态，藉以改变物料堆的形状，削高填凹使物料堆顶部平坦；初压车厢位置传感器对加压位置的定位，记录初压滚筒对物料堆的实际压力分布和摆动梁的摆动角度分布，直到车厢后帮板接近，初压卷扬机收缩钢索，抬起初压滚筒，结束一节车厢的初压碾压；

步骤5，预测终压碾压力：随着车厢不断向前移动，终压测距传感器扫过经过初压的物料顶端，结合终压车厢位置传感器的定位，确定经初压的物料顶端高度分布数据，碾压力分析装置根据经初压的物料顶端高度分布数据以及初压碾压力分布，并在数据库中寻找类似终压的压力分布的案例，根据案例和当前初压碾压力分布结果确定终压碾压力分布方案；

步骤6，终压：通过终压卷扬机放出终压钢索，使终压摆动梁向下摆动，终压滚筒压入车厢中，对物料堆进行碾压，结合终压摆角传感器，终压测力传感器监测终压钢索上的受力情况，并根据钢索上的受力情况对比终压碾压力分布方案，通过卷扬机收发钢索不断调整钢索的受力状态，压平物料堆顶端；终压车厢位置传感器对加压位置的定位，记录终压滚筒对物料堆的实际压力分布和摆动梁的摆动角度分布，直到车厢后帮板接近，终压卷扬机收缩钢索，抬起终压滚筒，结束一节车厢的终压碾压；

步骤7，完成平车：对每一节车厢反复进行步骤3-步骤6，直至最后一节车厢，将初压滚筒和终压滚筒升高至最高位置，结束对这个列车完成平车。