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一种关于液压系统平煤器的设计解读
一种液压平煤器的设计
机械设计造成及自动化控制专业2013级黄昌林
摘要:
在煤炭运输中,火车的高速运行必然要求装车的高质量,其装载不平衡将造成偏载,存在安全隐患,因而结构简单、性能优良、安全实用的平煤设备显得必不可少。
针对目前松藻装车点承担着松藻煤矿，同华煤矿的煤炭装车外运的任务，每年装运煤炭100多万吨，采用绞车牵引装车，人工平煤的状态，特别设计了双缸电液压控制平煤器。
关键词:
平煤器；PLC；设计；煤炭运输
一、引言
松藻装车点承担着松藻煤矿，同华煤矿的煤炭装车外运的任务，每年装运煤炭100多万吨，采用绞车牵引装车。
由于我国铁要求车内煤炭必须平整，以免偏载造成行车事故，因此采用人工对煤车内装好的煤炭进行扒平。
由于必须在铁路局规定的6小时内完成42辆车的装车任务，因此扒煤人员必须在边装车的过程中，边使用扒梳扒平煤炭，扒煤人员必须在运行中的煤车爬上爬下，走来走去，由于煤车高度达3米左右，极易出现安全事故。
由于每装一趟车前后需要8小时左右，当装车量大需要连续装车时，员工由于连续作业相当疲劳，极易发生安全事故。
特别是冬天冷、夏天热、雨天滑、夜晚黑，员工扒煤相当辛苦，劳动强度大，极易发生安全事故。
二、关于煤炭装车改进平煤方式的研究
（一）．煤炭装车平煤方式选择
由于铁路火车提速，为了确保列车安全运行，铁路部门要求车辆内的煤炭必须平整，以免偏载发生安全事故。
因此必须对车辆内的煤炭扒平。
煤炭扒平方式有人工扒平、机械扒平两种。
目前正在采用的人工扒平方式（图1.1）劳动强度大，安全风险大，因此不宜再采用。
机械扒平可以取消人工扒平，减轻劳动强度，消除安全风险，因此松藻装车点煤炭扒平采用机械扒平即平煤器方式。
图1.1
（二）.机械平煤器的原理
平时刮煤板（闸板）高于煤车车辆，当车内煤炭通过计量，确认已装好以后，放下刮煤板（闸板），利用绞车牵引煤车移动，刮煤板（闸板）将煤炭刮平，车辆运行到位后将刮煤板（闸板）升起，如此循环往复直到车辆装好。
三、平煤器的设计
（一）．机械平煤器的动力选择
机械平煤器的动力有电动、气动及电液动三种方式。
电动方式优点：
结构简单、节能环保。
缺点：
必须使用提升绞车，速度慢，维修量大。
气动方式优点：
结构简单，节能环保。
缺点：
需要提供稳定的气源，需要空气压缩机，储气罐等，储气罐为特种设备运行费用高。
电液动方式：
结构简单，动作速度快，能耗低，维修量小。
缺点：
需要使用液压油。
根据上述分析，松藻装车点机械平煤器动力选用电液动方式。
（二）．机械平煤器各部分组成及作用
机械平煤系统由液压站、油缸、刮煤板、滑槽、支架、电控箱、红外线控制装置等组成。
见图一：
机械平煤器示意图；图二：
液压泵站布置示意图；图三：
液压系统控制原理图；图四：
电气控制原理图。
液压站由电动机、油泵、油箱、管道、控制阀、储压罐等组成，主要为油缸提供动力，使油缸完成伸缩功能。
油缸接受液压站提供的液压油，完成伸缩，实现刮煤板完成上下移动。
刮煤板用于刮平车皮内的煤炭。
支架用于固定刮煤板。
滑槽用于当油缸伸缩时，刮煤板及支架上下滑动。
电控箱用于控制电动机的启停控制。
红外线控制装置：
根据车辆运行情况，实现平煤器自动升降。
（三）平煤器控制要求机械平煤器的技术参数
1.刮煤板行程：
1.2米。
2.刮煤板宽度：
2.5米。
3.刮煤板最低离地高度：
3.6米。
4.刮煤板不刮煤时离地面最高高度：
3.6米。
5.轨道衡检衡时，人工将刮煤板升起，离地最低高度不得小于5米。
6.系统额定工作压力6MPa。
初选液压系统的主要参数，执行元件工作压力是确定其结构参数的重要依据。
工作压力选的低一些，对液压系统工作平稳性、可靠性和降低噪音等都有利，但对液压系统和元件的体积、重量就相应的增大，工作压力选的过高，虽然液压元件结构紧凑，但对液压元件材质、制造精度和密封要求都相应提高，制造成本也相应提高。
执行元件的工作压力一般可以根据负载进行选择，见表6.1
7.电动机功率：
11KW，2台。
8.电动机电压：
AC380V；电磁阀控制电压：
AC24V.
9.油泵排量：
63ml/r。
10.工作介质：
46#液压油。
目前众多大、中型工程机械采用液压传动系统，液压油型号是人们在意的，因为配对抗磨液压油型号才能使机械更好的运作。
液压油牌号一般就是指油的黏度不同，也就是稀或者稠，该液压传动系统通常情况下采用46号即可。
11.电控箱控制方式：
远方点动控制，设上升、下降按钮。
12.泵站结构形式：
旁置式、带有侧置清扫口的全封闭油箱。
13.红外线控制：
PLC控制。
（四）．机械平煤器的控制系统选择
机械平煤器的控制方式分为人工操作、全自动控制、全自动控制和人工操作方式相结合三种方式。
人工操作方式投资少，故障率低，维修量小，影响装车的时间少，但是需要由人工操作，不能实现无人操作，扒平的质量取决于设备操作人员的责任心及业务技术水平，如果平煤器放得过晚，升得过早，就会有一段煤炭未扒平，从而会延长装车时间；如果平煤器放的过早落不进车辆内、升得过晚容易造成平煤器与车辆相撞，从而发生安全事故。
全自动操作方式采用红外线控制，可以根据车辆运行情况，实现平煤器自动升降，既能避免平煤器放得过晚，升得过早，又能避免放的过早、升得过晚的情况，确保扒平质量、缩短装车时间，确保安全。
全自动控制和人工操作方式相结合，可以实现自动控制平煤器升降，在装车过程中当红外线控制发生故障时，立即使用人工操作方式升降平煤器进行装车。
根据上述分析松藻装车点煤炭装车机械平煤器全自动控制和人工操作方式相结合的控制方式。
（五）液压系统的设计
1、油泵系统设计：
根据负荷设计系统压力为6MPa
2、调压系统设计：
3、控制系统设计：
4、卸荷系统设计：
（六）电路设计
1、主电路设计：
由于整个系统工作功率不大，主电路上考虑到检修和故障时能够切断电源，所以使用50A自动断路器，确保能够在正常情况下能够保证供电和故障情况下的断开功能，另外考虑到电机过载时能够断开控制电路电源是，在两台电机的输出主电路中串入了热继电器，当电机过载时切断本台电机的控制回路。
2、控制电路设计：
为了实现低电压控制高电压的目的，本控制电路采用PLC控制继电控制电路，再用继电控制电路控制动力电路。
（1）油泵控制电路设计：
当按下SB2后PLC的Y0端输出高电平KA1得电工作控制两个油泵的启工作，并由SA2选择起动的油泵，当SA2在图中所示位置时起动KM2并通过其主电路热继电器辅助常闭触点好，考虑到KM2接触器主触点烧巴的情况下不起动KM1，在电路在串联了KM1的常闭触点，实现主电路互锁，从而电器线路安全运行。
当按下SB1后PLC的Y0端输出低电平使KA1失电断开油泵控制电路，停止运行油泵
（2）电磁阀控制电路设计：
本液压控制油路采用了一个三位四通电磁阀，当按下SB3后PLC的Y1输出高电平KA2得电吸合控制1DT电磁阀开通油路，此过程中任何时候按下SB5后PLC的Y1端输出低电平使电磁阀都会失电停止工作，在程序设计时考虑了1DT和2DT不能同时动作的问题，并将两个程序实现了互锁。
（3）指示灯控制电路的设计：
首先电源指示就利用继电控制线路的220V两端电压作为电源指示的控制，HL0指示灯亮；油泵运行指示线路利用其接触器本身的常开触点来实现同一个指示灯HL1的控制；上限位指示由上限位开关SQ1向PLC发出指令控制KA4，KA4控制HL2接通和断开；同理控制下限位开关SQ2控制HL3的接通和断开。
（七）PLC的选择
平煤器控制系统共有8个数字输入量和5个数字量输出，因此选用三菱公司产的FX1S—20MR即可满足控制要
（八）控制系统I/O地址分配
平煤器控制系统的I/O点及其地址分配如表1所示
平煤器控制系统I/O点分配表
输入信号
输出信号
地址
功能描述
地址
功能描述
X0
自动/手动选择
Y0
油泵运行
X1
红外线开关
Y1
一号电磁阀
X2
上限位开关
Y2
二号电磁阀
X3
下限位开关
Y3
上限位
X4
油泵停
Y4
下限位
X5
油泵启动
X6
平煤板升
X7
平煤板降
X8
平煤板停
表1
（九）．平煤器PLCI/O接线图绘制
（十）.控制流程
1、平煤器可以进行手动/自动控制进行转化，由转换开关SA2进行控制。
2、平煤板下移时TD2得电，依靠液压和自身重力插入煤中，下移时到下限位器处停止。
3、当货车进入接头处时红外线开关无遮拦接通，发出指令平煤板上移。
4、上移时TD1得电迅速上移，上移到上限位处停止等待下一行程。
（十一）.平煤器PLC控制程序设计及指令
平煤器控制系统梯形图如图所示，其中M0为自动/手动控制选择的内部控制继电器，当X0选择有输入，M0、M1才有输出，当X1有输入的情况下，实现自动控制和人工控制相结合的目的；M2是油泵停止控制内部继电器，用于控制油泵的停止；M3是升、将停止内部继电器，用于在升降过程中的停止。
本程序实现了升降的和升降到位后内部互锁，
四、安装调试及可行性分析
（一）．平煤器的安装调试
在靠近石门坎方向的煤仓立柱旁浇筑400mm×600mm×1500mm两个滑槽立柱基础，在立柱上安装固定滑槽，两个滑槽立柱之间安装横梁，在横梁上安装刮煤板，刮煤板的中心线与铁路线的中心重合。
在靠石门坎方向山壁楼台上（滑槽安装的立柱旁）安装液压泵站，与刮煤板、油缸等比较靠近，以减少管路损失，对油缸采取了防尘措施。
在装车楼台计量室附近安装电控箱，便于观察及操作。
在靠近石门坎方向的两个煤仓立柱面对铁路的一面相同高度相对位置各安装两组红外线控制装置，当一组发生故障后，另一组可继续使用。
在计量室内电脑桌上安装崁入式控制面板，控制面板上设有平煤器人工操作按钮、装车补煤按钮、无极绳绞车控制按钮，当两组红外线控制装置发生故障后，操作人员可立即停止绞车并人工操作平煤器。
考虑到轨道衡每年两次检衡，检衡车的最大高度为4.62米，因此在滑槽上及立柱上方安装起吊环，当检衡车到来时，人工用葫芦将刮煤板升高到5米左右，保证检衡车顺利检衡。
检衡完成后，将刮煤板放到原位。
为了检修上下方便，在滑槽外方安装上下滑槽的钢筋梯步。
安装完毕后，进行调试，对人员进行培训，与铁路联系通报扒煤方式的改变，通过试运行完全达到了预期的目的。
（二）．效益分析
改造前后效益比较表
序号
项目
改造前
改造后
比较
1
装车人员
14人（开绞车、挂绳、平煤）
5（开平煤器、挂绳）
减少9人
2
平煤时间
每辆车20分钟
每辆车2分钟
节约18分钟
3
安全性能
人工上下车，不安全
取消人工平媒，安全
增大了安全系数
4
劳动强度
大
小
减轻了劳动强度
5
人工费用
42万元/年
15万元/年
节约27万元/年
社会效益：
机械平煤器安装后，取消人工扒煤，提高了劳动效率，每一个车皮扒平缩短了18分钟，同时消除了人工上下车皮和扒煤的安全隐患，确保不发生人身事故，保证了安全生产。
同时减少下来的扒煤工经过培训后，可以充实到煤仓上，担任运转工，解决了松藻运销科人员紧张的问题，从侧面保证了安全生产。
经济效益：
安装机械平煤器后，只需要2名操作平煤器的员工和挂绳等其它必须的辅助工作人员，一共可减少原扒煤人员9人，以每人每年3万元计算，一年共计节约人工费用27万元。
五、结论
通过使用机械平煤器，取消人工扒煤，减少扒煤员工9人，为企业节约了资金。
达到了减人增效的目的。
同时消除了人工上下车皮和扒煤的安全隐患，减少下来的扒煤工经过培训后，可以充实到煤仓上，担任运转工，解决了松藻运销科人员紧张的问题，保证了安全生产。
同时也为松藻煤电公司其它装车点扒煤方式的改进提供了理论及实践依据。
参考文献：
1、采掘机械与液压传动中国矿业出版社1987年
2、机械设计手册化学业出版社2002年1月第四版
3、液压传动与采掘机械煤炭工业出版社1997年5月
4、煤矿电工学煤炭工业出版社1984年
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