CN218478266U - 智能煤炭压实系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能煤炭压实系统，包括龙门架、滚筒支架、压实滚筒、伺服电机、动力传输机构、电气控制系统，其特征是：压实滚筒安装在滚筒支架上，在滚筒支架上框的两端横梁中心固定有螺母、螺母中设有螺杆，螺母两侧的横梁上对称的固定有导向立柱；滚筒支架通过导向立柱安装在龙门架上，动力传输机构包括双输出轴减速器、传动轴、蜗轮、蜗杆，伺服电机连接双输出轴减速器，双输出轴减速器通过传动轴连接蜗杆，蜗轮固定在螺杆的顶端，蜗轮与蜗杆啮合；电气控制系统包括上位机、PLC系统、伺服驱动器、车号识别系统、传感器。其优点是：体积小，具有智能识别、智能监测、智能检测功能，平煤压实效率高，不损坏车厢。

Description

智能煤炭压实系统

技术领域

本实用新型涉及一种智能煤炭压实系统，属于铁路车辆炭量运输装车平整压实系统技术领域。

背景技术

铁路专用线在装载4800大卡煤炭时，煤炭高出车厢200～400mm。在日常装车过程中，采用欠装或超高装，欠装部分运输费正常支付，给企业带来了经营损失；超高部分在运输途中受风压、扰动气流影响，煤粉颗粒吹离车体，散落到周边，造成铁路沿线煤尘污染及到港煤炭量亏吨，企业环保压力及成本增加。此外，由于装车人员的素质良莠不齐，在装车过程中出现装载不均匀，造成偏载、集重等现象。针对偏载、集重现象，须人工上车厢进行人工整平，一是影响了装车效率，二是安全风险增加。

为此，设计了煤炭压实系统，用来解决上述超高装所存在的问题。

既有的煤炭压实系统，其系统如图1所示以钢结构框架为主体支撑，通过碾压滚筒提升机构、闭锁机构、电控系统等主要部件实现降低车厢装载物高度的要求，其中：碾压滚筒包括初压滚筒、终压滚筒。

框架：以钢结构为主，支撑整个系统。

碾压滚筒：通过自身重量碾压物料，实现降高作用。

提升机构：将碾压滚筒按要求进行提升、下降动作。

闭锁机构：在停止平车作业后确保碾压滚筒处于安全位置。

工艺原理：系统中的碾压滚筒采用两个悬臂梁悬挂在钢结构横梁上，由电动提升机提升碾压滚筒，电动提升机安装于钢结构顶部，通过钢丝绳轮牵引钢丝绳来实现碾压滚筒的提升。压辊通过自重压在煤炭上，火车前进时的摩擦力会使压辊旋转，从而实现对煤炭的碾压和降高。车箱经过压辊的依次碾压后，即可达到平车降高的目的。

工作流程：机车头通过初压滚筒后，初压滚筒下落，初压滚筒底部按碾压要求下落到位，并且初压滚筒到车厢前帮留出安全距离。此时，火车匀速前进，初压滚筒开始在煤炭上碾压，当初压滚筒后端距离车厢后部到达安全距离时将初压滚筒快速提升，离开第一节车厢内部，初压滚筒提起高度高于车厢，至安全距离以免撞击车厢。初压滚筒抬起后第一节车厢继续向前运行，初压滚筒继续重复以上动作碾压第二节车厢，而第一节车厢将继续被终压滚筒碾压。以此类推，当所有车厢经过滚筒碾压后，整列火车就实现了平车降高的目的。车厢离开后，滚筒自动提升至停止时的高位，并锁定。

自动控制方式：

初压：通过初压滚筒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，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；

终压：通过终压滚筒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；

完成平车：对每一节车厢反复进行以上步骤，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。

通过上述对既有的压实系统的描述，可以发现目前使用的压实系统存在如下技术问题：

1）、既有的压实系统由两套工作子系统组成，先初压后终压；系统占地面积大、投资高，设备纵铁路方向设3跨钢结构（每跨长6米），投资200万元/套以上，受场地制约，安装传统平车压实系统须对现有场地、抑尘设备等设施进行改造。

2）、系统的传感元件（摆角传感器及压力传感器）安装位置及精度受钢丝绳牵引易变性的因数影响较大，往往不能正常投入使用。

3）、滚筒卷扬机采用普通三相交流异步电机，滚筒的提升和降低采用定速运行造成控制精度差，如采用变频控制又会存在过载能力低、加减速时间长等缺点。

4）、安全性能不能保障。由于采用滚筒自重（单个滚筒重量大于等于15T）进行压实，容易对列车车厢的边帮及小门造成破坏，无法满足铁路部门对列车车厢的要求。

因上述因素，最终的结果自动化程度低、工人劳动强度大，人工操作平车、压实，平车标准、压实厚度靠操作人员经验来完成；因此，发明一种安全高效的平车、压实系统的要求日益迫切。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本实用新型目的是提供一种构造简单，体积小、便于维护、易于操作，占地少，智能化程度高具有智能识别、智能监测、智能检测功能，平煤压实效率高，不损坏车厢的智能压实系统。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案如下：

一种智能压实系统，包括龙门架、滚筒支架、压实滚筒、伺服电机、动力传输机构、电气控制系统，其特征是：压实滚筒通过轴承和支座连接在滚筒支架上，滚筒支架安装在龙门架上横梁的下方，伺服电机连接动力传输机构，动力传输机构能够驱动压实滚筒和滚筒支架在限定的范围内上下移动；电气控制系统包括上位机、PLC系统、伺服驱动器、车号识别系统、传感器；上位机与车号识别系统连接，PLC系统与上位机连接， PLC系统连接伺服驱动器、伺服驱动器连接伺服电机，传感器与PLC系统连接，PLC系统通过数字量采集模块及模拟量采集模块实时检测传感器信号。

所述滚筒支架为无下框和前后框的长方体框架结构，在滚筒支架两侧端中部设有轴承和支座，压实滚筒两端的轴分别与滚筒支架两侧端通过轴承和支座连接，在滚筒支架上框的两端横梁中心固定有螺母、螺母中设有螺杆，螺母两侧的横梁上对称的固定有竖直的导向立柱；龙门架的顶部设有封闭的箱体，箱体的底板上开有与螺杆和导向立柱相对应的导向孔，在龙门架两端立柱上设有水平的纵向支撑梁，在纵向支撑梁上开有与导向立柱相对应的导向孔，滚筒支架安装在龙门架顶部的箱体下方，其导向立柱下端对应的插在龙门架的纵向支撑梁的导向孔中、螺杆的下端与龙门架的纵向支撑梁固定、导向立柱上端和螺杆的上端对应的插在龙门架的箱体底板的导向孔中；伺服电机和动力传输机构设置在龙门架顶部箱体中，动力传输机构包括双输出轴减速器、传动轴、蜗轮、蜗杆，伺服电机的输出轴连接双输出轴减速器的输入轴，双输出轴减速器的两个输出轴分别连接一个传动轴，传动轴连接蜗杆，蜗轮固定在螺杆的顶端，蜗轮与蜗杆啮合；

所述传感器包括光电检测开关、限位开关、扭矩传感器、雷达物位计，其中：限位开关为八个，分别是滚筒上上位开关、滚筒上限位开关、滚筒下限位开关、滚筒下下限位开关、第一工作上限位开关、第二工作上限位开关、第一工作下限位开关、第二工作下限位开关，滚筒上上位开关、滚筒上限位开关、滚筒下限位开关、滚筒下下限位开关为安全限位开关；光电检测开关为两个，分别是车辆到达光电检测开关、车辆离去光电检测开关。

所述PLC系统能够由DCS系统替换。

所述伺服电机能够由变频电机或液压马达替换。

所述动力传输机构既可以是机械传动，也可以是液压传动。

本实用新型的优点是：构造简单：设备构造简单，体积小、便于维护、易于操作，占地不足传统设计的1/3；实现平车功能：对于偏载、集重现象，设备自动对车厢煤炭进行平整，达到标准化装车；实现降低装载煤炭高度的功能：对于煤炭装载高度超出车厢的，给予压实，降低煤炭装载高度。本实用新型的智能压实系统具备：智能识别：系统对空、重车进行智能识别，空车不进行任何动作，重车超出车厢部分进行碾压；智能监测：起降系统设智能监测系统，对车厢端进行识别，距离进行预判，防止出现设备较早、较晚起落，导致碾压不到位或与车厢出现刮蹭，造成交通铁路事故；智能检测：龙门架装测距仪，测量车厢上端高度，压实滚筒接触煤炭顶面后，后台根据压实滚筒下降高度计算出煤炭超出车厢上端高度，数据经后台解析后，给予压实滚筒指定碾压力，进行碾压。

附图说明

图1是既有的压实系统的结构示意图；

图2是本实用新型的智能压实系统的机械部分的主视图；

图3是图2的侧视图；

图4是图2的俯视图；

图5是本实用新型的智能压实系统的机械部分的立体图；

图6是压实滚筒和滚筒支架装配结构的立体图；

图7是电气控制系统的控制框图。

图中：1-伺服电机，2-第一联轴器（含扭矩传感器），3-双输出轴减速器，4-第二联轴器，5-传动轴，6-第三联轴器，7-蜗轮，8-蜗杆，9-轴承和支座，10-导向立柱，11-螺母，12-螺杆，13-滚筒支架，14-压实滚筒，15-龙门架，16-滚筒上上位开关，17-滚筒上限位开关，18-滚筒下限位开关，19-滚筒下下限位开关，20-第一工作上限位开关，21-第二工作上限位开关，22-第一工作下限位开关，23-第二工作下限位开关，24-车辆到达光电检测开关，25-车辆离去光电检测开关。

具体实施方式

参照附图2～6，本实用新型的一种智能压实系统，包括龙门架15、滚筒支架13、压实滚筒14、伺服电机1、动力传输机构、电气控制系统，滚筒支架13为无下框和前后框的长方体框架结构，在滚筒支架两侧端中部设有轴承和支座9，支座固定在滚筒支架两端侧立架上，轴承固定在支座中；压实滚筒14两端的轴分别安装在滚筒支架两侧端的左右两个轴承和支座9上，在滚筒支架上框的两端横梁中心固定有螺母11、螺母中设有螺杆12，螺母两侧的横梁上对称的固定有竖直的导向立柱10；龙门架的顶部设有封闭的箱体，箱体的底板上开有与螺杆和导向立柱相对应的导向孔，在龙门架两端立柱上设有水平的纵向支撑梁，在纵向支撑梁上开有与导向立柱相对应的导向孔，滚筒支架安装在龙门架顶部的箱体下方，其导向立柱下端对应的插在龙门架的纵向支撑梁的导向孔中、螺杆的下端与龙门架的纵向支撑梁固定、导向立柱上端和螺杆的上端对应的插在龙门架的箱体底板的导向孔中；伺服电机1和动力传输机构设置在龙门架顶部箱体中，动力传输机构包括双输出轴减速器3、传动轴5、蜗轮7、蜗杆8，伺服电机1的输出轴通过第一联轴器2与双输出轴减速器3的输入轴连接，双输出轴减速器的两个输出轴分别通过第二联轴器4连接一个传动轴5，传动轴5通过第三联轴器6连接蜗杆8，蜗轮7固定在螺杆12的顶端，蜗轮与蜗杆啮合。

本实用新型的智能压实系统的机械部分的工作传动过程为：伺服电机1驱动双输出轴减速器3转动，双输出轴减速器的输出轴通过第二联轴器4、传动轴5、第三联轴器6驱动蜗杆8绕水平轴线转动，蜗杆8与蜗轮7啮合，将绕水平轴线的转动转变为绕垂直轴线的转动，蜗轮7固定在螺杆12上，螺杆12随蜗轮7一起转动，推动螺母11上下移动，螺母11固定在滚筒支架13上，滚筒支架13和安装在其上的压实滚筒14随螺母11一起上下移动，实现压实滚筒的下压和提升动作。本实用新型的动力传输机构为左右对称结构，用以实现压实滚筒14和滚筒支架13始终保持垂直移动。

压实滚筒14通过左右两个轴承和支座10安装滚筒支架13上，滚筒支架13沿安装在龙门架15上的四个导向立柱10 移动，导向立柱为滚筒支架的移动提供支撑和导向。

龙门架15为整个智能压实系统的机械结构部分提供支撑，智能压实系统的机械结构部分全部布置在龙门架15的横梁上，方便进行检修和润滑，同时防止外界杂物进入。动力传输机构布置在龙门架的顶部封闭的箱体中，采用完全密封结构，防止外界杂物进入。

整个智能压实系统的机械结构部分设计传动效率高，工作可靠，受力部件力学性能优良，可节省材料的使用，降低成本，提高设备寿命，机械系统可维护性高。

参照附图7，本实用新型的电气控制系统包括上位机、PLC系统、伺服驱动器、车号识别系统、传感器；

上位机通过RS485总线与车号识别系统连接，采集车辆信号，自动识别车号并解析车型；由于运煤车厢的高度不同，因此压实滚筒的工作高度也不同，系统自动识别车号及车型，并根据车厢型号自动选择滚筒第一、第二工作上限位及滚筒第一、第二工作下限位控制压实滚筒的工作高度；

PLC系统与上位机连接，并进行通讯，PLC系统连接伺服驱动器、伺服驱动器连接伺服电机，上位机采用PROFINET总线与PLC及伺服驱动器进行通讯；

传感器与PLC系统连接，PLC系统通过数字量采集模块及模拟量采集模块实时检测传感器信号；

上位机根据PLC系统上传的传感器采集的车辆信号向PLC系统发出工作或不工作的指令；

PLC系统接收到工作指令，根据传感器信号发出伺服运行指令，控制伺服电机运行带动压实滚筒动作，进行压实作业。

所述传感器包括光电检测开关、限位开关、扭矩传感器、雷达物位计，其中：限位开关为八个，分别是滚筒上上位开关16、滚筒上限位开关17、滚筒下限位开关18、滚筒下下限位开关19、第一工作上限位开关20、第二工作上限位开关21、第一工作下限位开关22、第二工作下限位开关23，滚筒上上位开关16、滚筒上限位开关17、滚筒下限位开关18、滚筒下下限位开关19为安全限位开关；光电检测开关为两个，分别是车辆到达光电检测开关24、车辆离去光电检测开关25。

扭矩传感器安装在第一联轴器上，光电检测开关、限位开关、雷达物位计安装在龙门架的适合位置。

电气控制系统的设备选型：

a.上位机：联想扬天p600商务机，I5-11400/8G/256G固态；

b.PLC:西门子S1200系列；

c.伺服驱动器：BKSC-4037GH 北京超同步；

d.伺服电机：Z18交流伺服主轴电机 Z18-4-037-XD15-60北京超同步；

e.车厢到达和离开光电检测开光：美国邦纳 QS18VP6LPQ8；

f. 滚筒的第一、第二工作下限位开关、滚筒的第一、第二工作上限位开关：美国邦纳 S18RW3DLQ1；

g. 滚筒上上位开关、滚筒上限位开关、滚筒下限位开关、滚筒下下限位开关：美国邦纳 S18RW3DLQ1；

h.扭矩传感器：北京中航科电ZH07-A-500/MN ；

i.雷达物位计：河北华创HVDAR-80 0-3M；

j.车号识别系统：深圳佳维思 JRF33S-1。

本实用新型的智能压实系统主要针对装车筒仓装4800大卡煤炭超出车厢问题，碾压煤炭压实后，顶面平整、紧实、有效降低装载高度，提高装车质量。

电气控制系统的控制方式是：压实滚筒的初始位置设定为压实滚筒在龙门架下方能够上升的最高处；首先系统上电初始化，压实滚筒回到初始位置；车号识别系统对车辆进行识别，根据车厢型号自动选择滚筒第一、第二工作上限位及滚筒第一、第二工作下限位控制压实滚筒的工作高度；车辆到达光电检测开关24检测到机车车头通过后，当检测到运煤车厢到达龙门架下方后，雷达物位计对煤层高度进行检测，并判断车辆是否空载，如果是空车，系统不进行任何动作，如果判断煤层超高后，PLC系统发出伺服运行指令，伺服电机运行带动压实滚筒下降，压实滚筒下降的过程中，扭矩传感器、雷达物位计实时检测整个智能压实系统的运行工况并将信号回馈到PLC系统，PLC系统根据预先设定的位置模式或扭矩模式模型发出伺服电机的控制指令，当使用位置模式模型时，压实滚筒运行到设定位置（滚筒工作下限位），持续输出恒定扭矩，以确保压实力度，进行压实作业；当使用扭矩模式模型时，PLC系统实时检测伺服电机扭矩传感器的扭矩信号并与给定扭矩进行比对，当到达设定扭矩后，压实滚筒停止向下运行后持续输出恒定扭矩，进行压实作业。

当车辆离去光电检测开关25检测到第一节运煤车厢即将驶离时，PLC系统切换到位置模式并发出压实滚筒提升信号，压实滚筒提升到设定位置（滚筒工作上限位）后停止，当第二节运煤车厢到达后重复以上步骤，交替进行压实作业。

当系统最后一节运煤车厢驶离后，PLC系统发出初始化信号，压实滚筒回归到初始位置。

本实用新型还设置有手动控制方式：

上位机连接有手动下降按钮，当运煤煤车第一节车厢到达滚筒下方时，压实作业人员按压手动下降按钮，上位机向PLC发出手动下降的控制信号，PLC系统向伺服驱动器发出运行指令并控制伺服电机带动滚筒下降直到将煤层向下压实到指定高度后松开手动下降按钮，下降控制指令撤销，伺服电机停止向下运行后输出恒定（压实到指定高度后PLC系统检测到的伺服电机的最大输出扭矩）的向下扭矩从而保证滚筒停止在指定位置并持续输出向下的压力，随着运煤车辆的运行，完成压实作业。当运煤煤车第一节车厢离开滚筒下方时，压实作业人员按压手动上升按钮，到达指定位置；当第二节运煤车厢到达滚筒下方时，重复上诉作业流程，依次类推，最终完成的压实作业。

本实用新型的安全防护措施：

本实用新型的智能压实系统在龙门架上安装上升下降机械限位及挡铁，确保设备出现故障时能及时停止。伺服电机采用抱闸电机并加装机械锁止防坠保护装置，确保设备不会损坏。

压实扭矩的设定值充分考虑到煤车煤炭超高高度以及不同煤车车型车体的压力承受值，并将其设定在煤车的承受范围内，在满足作业需求的前提下有效的保护车厢，确保车厢不受损坏。

实施例：

本实用新型的智能压实系统已应用于西部煤电集团辖下三条铁路专用线筒仓装车线，截止到目前系统运行安全可靠，设备故障率低。

投运后本实用新型的智能压实系统实现了以下功能:

1）实现平车功能。对于偏载、集重现象，设备自动对车厢煤炭进行平整，达到标准化装车。

2)实现降低装载煤炭高度的功能。对于煤炭装载高度超出车厢的，给予压实，降低煤炭装载高度。

3)实现全自动操控功能。全程实现无人操控，自动识别车厢空档、车端，配合智能监测系统监测的结果进行平车，自动压实，压实深度及力矩控制合理，满足了煤炭运输的要求以及对车厢本体的保护功能。

本实用新型的智能压实系统达到的社会及经济效益：

1) 每列火车由过去人工整平耗时3～4小时减少到现在的1小时之内，列车运行速度及车厢的利用率明显提高，创造了可观的经济效益。

2）煤车的装载量显著提高，以C80为例，装车辆由过去的75吨提高到80吨，铁路运力明显提高，为企业节约了大量的运费，创造了可观的经济效益。

3）由于超高在运输途中受风压、扰动气流影响，煤粉颗粒吹离车体，散落到周边，造成铁路沿线煤尘污染及到港煤炭量亏吨，通过压实系统作业后，高度降低，煤炭运输过程中受外界因素影响而产生的损耗极大程度，并促进了环境保护工作的达标，创造了可观的社会和经济效益。

4）由于超高在运输途中经过隧道时，大量的煤粉弥漫到空气中并最终散落在铁轨处而掩埋轨道；弥漫的煤粉达到一定浓度会产生爆炸，煤粉掩埋铁轨容易引起列车脱轨，以上因素极大程度的影响行车安全，因此压实后的煤车消除了以上因数，创造了可观的安全和社会效益。

Claims (8)

1.一种智能煤炭压实系统，包括龙门架、滚筒支架、压实滚筒、伺服电机、动力传输机构、电气控制系统，其特征是：压实滚筒通过轴承和支座连接在滚筒支架上，滚筒支架安装在龙门架上横梁的下方，伺服电机连接动力传输机构，动力传输机构能够驱动压实滚筒和滚筒支架在限定的范围内上下移动；电气控制系统包括上位机、PLC系统、伺服驱动器、车号识别系统、传感器；上位机与车号识别系统连接，PLC系统与上位机连接， PLC系统连接伺服驱动器、伺服驱动器连接伺服电机，传感器与PLC系统连接，PLC系统通过数字量采集模块及模拟量采集模块实时检测传感器信号。

2.根据权利要求1所述的智能煤炭压实系统，其特征是：滚筒支架为无下框和前后框的长方体框架结构，在滚筒支架两侧端中部设有轴承和支座，压实滚筒两端的轴分别与滚筒支架两侧端通过轴承和支座连接，在滚筒支架上框的两端横梁中心固定有螺母、螺母中设有螺杆，螺母两侧的横梁上对称的固定有竖直的导向立柱；龙门架的顶部设有封闭的箱体，箱体的底板上开有与螺杆和导向立柱相对应的导向孔，在龙门架两端立柱上设有水平的纵向支撑梁，在纵向支撑梁上开有与导向立柱相对应的导向孔，滚筒支架安装在龙门架顶部的箱体下方，其导向立柱下端对应的插在龙门架的纵向支撑梁的导向孔中、螺杆的下端与龙门架的纵向支撑梁固定、导向立柱上端和螺杆的上端对应的插在龙门架的箱体底板的导向孔中；伺服电机和动力传输机构设置在龙门架顶部箱体中，动力传输机构包括双输出轴减速器、传动轴、蜗轮、蜗杆，伺服电机的输出轴连接双输出轴减速器的输入轴，双输出轴减速器的两个输出轴分别连接一个传动轴，传动轴连接蜗杆，蜗轮固定在螺杆的顶端，蜗轮与蜗杆啮合。

3.根据权利要求1所述的智能煤炭压实系统，其特征是：所述传感器包括光电检测开关、限位开关、扭矩传感器、雷达物位计。

4.根据权利要求3所述的智能煤炭压实系统，其特征是：限位开关为八个，分别是滚筒上上位开关、滚筒上限位开关、滚筒下限位开关、滚筒下下限位开关、第一工作上限位开关、第二工作上限位开关、第一工作下限位开关、第二工作下限位开关。

5.根据权利要求3所述的智能煤炭压实系统，其特征是：光电检测开关为两个，分别是车辆到达光电检测开关、车辆离去光电检测开关。

6.根据权利要求1所述的智能煤炭压实系统，其特征是：所述PLC系统能够由DCS系统替换。

7.根据权利要求1所述的智能煤炭压实系统，其特征是：所述伺服电机能够由变频电机或液压马达替换。

8.根据权利要求1所述的智能煤炭压实系统，其特征是：所述动力传输机构是机械传动，或者是液压传动。

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