液壓翻車機在礦山鐵路運輸中的應用

秦 毓

（金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 渭南 714102）

翻車機作為一種翻卸礦石的大型機械設備，被廣泛應用于電力、媒體以及冶金等企業(yè)當中。原礦山運輸方式是通過礦車編組運輸?shù)降V倉上之后，再由翻車機卸入礦倉當中。當前隨著采礦技術的不斷發(fā)展以及對產(chǎn)量方面的需求，原翻車機無法充分滿足當前的礦山鐵路運輸?shù)男枨螅虼似惹行枰环N新型液壓翻車機，實現(xiàn)多礦倉卸礦。所以，本文開發(fā)設計了一款自動化液壓翻車機系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用電液驅動技術、PLC技術以及聯(lián)鎖技術等實現(xiàn)了翻車機的自動化控制[1]。

1 工況概述

以某礦山鐵路線受周圍環(huán)境限制為例，需要對液壓翻車機系統(tǒng)和鐵路運輸配線進行深入研究，才能夠有效減少工程成本，還可以為礦石運輸和管理提供方便。此鐵路主要沿著礦山東南側為入口進入礦山廠區(qū)，配備了2×1000mw 的機組，一個大型翻車機和其他對應的配電設備。

2 液壓翻車機系統(tǒng)設計

2.1 翻車機系統(tǒng)

首先，翻車機系統(tǒng)作為一種鐵路運輸翻卸大型設備，主要由7 個部分構成：翻車機機體、重車調(diào)車機、空車調(diào)車機以及夾輪器、遷臺車和安全止擋器、單向止擋器等部分。其次，作業(yè)過程中，主要和卸車線上其他相關配套設備之間實現(xiàn)聯(lián)動自動化卸車，但可以通過人工手動操作的方式進行翻卸作業(yè)。

當?shù)V車進入到翻車機系統(tǒng)翻卸作業(yè)區(qū)域之后，首先重車調(diào)車機對整列礦車進行牽引，并通過摘鉤設備進行摘鉤，接著重車調(diào)車機會逐節(jié)將對應的礦車送入到翻車機本體進行定位，同時，重車調(diào)車機的摘鉤會推出翻車機。然后，翻車機系統(tǒng)再通過對礦車進行夾持的定位，實現(xiàn)165°～175°的翻轉，以此將礦料卸入礦倉當中。此過程當中還具備噴水設備進行自動化工作，一直到整個礦車全部完成翻卸為止[2]。

2.2 翻車機主程序設計

翻車機控制系統(tǒng)一般由3 個部分構成：上位機PC、下位機PLC 以及工業(yè)電視等。其中，上位機主要負責系統(tǒng)操作界面、數(shù)據(jù)庫管理等；工業(yè)電視主要實現(xiàn)了對翻車機的實際運行圖像現(xiàn)場的反饋與監(jiān)控作用；下位機負責程序的邏輯控制。因此，為保障液壓翻車機在礦山鐵路運輸中的穩(wěn)定性，本文在開發(fā)設計翻車機系統(tǒng)控制模式上，將上位機作為fail 系統(tǒng)的操作端，并實現(xiàn)了多臺設備之間的微機聯(lián)鎖操作。同時，另外一臺上位機作為翻車系統(tǒng)的工程師站，并進行微機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)功能上的互相備用。最后，通過利用操作室內(nèi)的工業(yè)電視，實現(xiàn)對現(xiàn)場實際情況的反饋和監(jiān)控，以此保障設備的正常、穩(wěn)定運行。

2.2.1 上位機及通信模塊設計

首先，上位機PC 作為翻車機控制系統(tǒng)的中心部分，本文主要選用IFIX5.5 為上位機，在作業(yè)工作中由工作人員借助人機接口以及系統(tǒng)中對應的功能按鈕實現(xiàn)系統(tǒng)控制。并通過監(jiān)控畫面實時地反映出翻車機系統(tǒng)在正常翻卸作業(yè)時的實時情況。同時，PLC 通過利用數(shù)據(jù)采集和處理功能實現(xiàn)對翻車機系統(tǒng)的各個類型傳感器、開、限位開關、電流變送器以及變頻器等控制。其次，在進行翻車機系統(tǒng)的通信模塊設計過程當中，通過為翻車機安裝一臺上位機，利用組態(tài)王軟件，實現(xiàn)對操作畫面的編輯，以此實現(xiàn)對不同設備運輸數(shù)據(jù)的實時顯示。其中，包含了電流信號、行程限位以及運行狀態(tài)、計數(shù)限位等，從而將設備的運行位置和通信狀態(tài)顯示出來[3]。

2.2.2 儀表技術

面對液壓翻車機在礦山鐵路運輸過程中存在的編碼器聯(lián)軸器斷裂問題，選擇利用新型的編碼器聯(lián)軸器替換壞掉的設備，并利用金屬連接，這樣可以有效避免設備受應力的影響遭到損壞。同時，在翻車機液壓站通過增添壓力變送器，將其作為供油壓力指示。這樣一來，在組態(tài)軸，可以將供油壓力實時在PC 端顯示，從而為操作室中工作人員對液壓站的實時監(jiān)測提供幫助，以此避免翻車機出現(xiàn)故障。

2.3 電氣系統(tǒng)設計

結合翻車機系統(tǒng)的實際情況，在礦山鐵路運輸過程當中，其電氣設備經(jīng)常出現(xiàn)聯(lián)鎖條件故障，以及聯(lián)鎖條件不具備限制等問題，導致翻車機無法進行操作、無法翻轉作業(yè)，以及液壓系統(tǒng)、調(diào)車機、遷車臺等故障問題。其主要原因就是由于系統(tǒng)就地控制設備存在故障、電源線路問題或者控制設備陳舊老化、鐵路信號干擾等造成的。所以想要有效解決設備聯(lián)鎖，就需要對翻車機系統(tǒng)進行逐一檢測，并利用下位機PLC 控制系統(tǒng)，增設繼電器隔離保護設備。最后，利用編碼器將更換具備良好抗磁干擾的設備，以此解決鐵路信號問題，從而翻車機系統(tǒng)與設備之間通信的穩(wěn)定性。

2.4 鐵路配線及安全止擋器設計

首先，液壓翻車機系統(tǒng)在礦山鐵路入廠端的鐵路配線配置時，常規(guī)情況設置的種車線、空車線以及機走線外對應分別為1 條線路。不過，為了保障空調(diào)機、遷車臺發(fā)生故障問題時，能夠實現(xiàn)整列空車可以牽出，本文在翻車機設備處增添了1 條備用的牽出線，并在車場末端設立了1 條機帶線，具體鐵路配線示意圖見圖1 所示。其次，翻車機的重車線、空車線的遷車臺基坑前，所設置的安全止擋器設計，主要作用于防止礦車車輛調(diào)入遷車臺的基坑當中。而空車線上的安全止擋器除了具備正常的安全功能之外，還能夠實現(xiàn)在多功能空調(diào)機牽引整列空礦車向出廠當下運動時，允許礦車進行反向通過[4]。

圖1 鐵路線配置示意圖

2.5 鐵路信號及聯(lián)鎖技術

礦山鐵路運輸中，遷車臺的鐵軌和周圍兩側的空車線鐵軌兩者之間存在間隙，導致鐵路信號無法持續(xù)進行傳遞，使得鐵路調(diào)度中心無法獲取該區(qū)域的信號。因此，為能夠保障機車和整列礦車空車之間的安全連掛，通過在遷車臺前的空車線兩旁設置阻攔信號機，這樣可以有效避免機車進入到遷車臺。而針對非聯(lián)鎖區(qū)域，遷車臺并不設立軌道電路，所以要利用特殊的方式進行表示。傳統(tǒng)的聯(lián)鎖保護邏輯技術，主要是為了人身安全提供保障，對于遷車和礦車的調(diào)動等方面的聯(lián)鎖并不完善，進而導致多種故障問題出現(xiàn)。為解決該問題，可以通過以下聯(lián)鎖方式解決：首先，通過在遷車臺增添反射板型光電開關，并將其設置在鐵軌的兩邊，并與遮擋報警進行聯(lián)鎖設計，這樣一來當遷臺車中空車放置的時間超過3分鐘，自動程序就會停止，從而實現(xiàn)了對空車的自動監(jiān)測保護，避免了事故的發(fā)生。其次，可以通過將四計軸技術器串聯(lián)改成并聯(lián)形式，同樣可以避免由計數(shù)器故障導致車輛碰撞的事故出現(xiàn)，也可以避免翻卸效率受到影響。

2.6 工業(yè)電視系統(tǒng)設計

通過在翻車機操作室當中設置并安裝對應的工業(yè)電視系統(tǒng)，首先給系統(tǒng)主要由電視墻、矩陣主機和攝像頭等3 個部分組成。借助該系統(tǒng)，可以使得操作人員在實現(xiàn)對翻車機設備操作時，還能夠對正常運行工作的設備進行充分的了解，以此避免設備發(fā)生故障問題。即使翻車機在運行過程發(fā)生問題，通過該系統(tǒng)也可以讓操作人員及時做出反應，以此將損失降到最低。因此，本文為了更好地實現(xiàn)對翻車機系統(tǒng)的運行進行監(jiān)測，選擇利用3 臺上位機PC，將其中2 臺上位機，根據(jù)PLC技術利用以太網(wǎng)通信方式組成局域網(wǎng)。這樣一來，就可以讓操作人員通過局域網(wǎng)中的任意一臺上位機PC就能夠實現(xiàn)對翻車機系統(tǒng)的操作。此外，設計過程當中還保留了就地操作平臺，以此為設備的檢修提供便利。

2.7 空車調(diào)車機

該調(diào)車機在正常工作時，可以將2 節(jié)空車推送出遷車臺，到空車線上。而重車進入到翻車機方向的反向端進行集結。當所有礦車翻卸完成之后，該空調(diào)車機會通過選擇距離較近的遷車臺上的空車末端車進行連掛，然后將整體空車牽引到出廠的位置。不過，想要實現(xiàn)這些功能，首先需要考慮礦車的車輛狀態(tài)和存礦情況，如礦車最大牽引噸位為60 節(jié)C70 空車。其次，車鉤為牽引車鉤，驅動裝置在退出運行之后，依然能夠實現(xiàn)滿負荷的運行。

2.8 翻車機操作模式

液壓翻車機的操作控制模式設計，本文選擇利用西門子S7-200 型號系列的PLC（可編程控制器）。首先，該設備具備良好的對外輸入和輸出接點以及D/A 轉換端子，在檢測和控制等方面具有很好的操作性。因此，選擇該控制器作為翻車機系統(tǒng)的操作核心，能夠實現(xiàn)液壓翻車機的自動化操作。其次，翻車機系統(tǒng)的控制方式分為：就地手動控制模式、程控手動方式、程控自動模式等類型。其中，就地手動控制模式，主要借助就地操作臺以及對應的俺就直接實現(xiàn)對相關設備的控制。同時，在該控制模式下，設備與設備之間的聯(lián)鎖得到了保留；程控手動模式，借助上位機以及對應的控制按鈕實現(xiàn)了對翻車機系統(tǒng)、設備的控制。雖然該控制模式保留了不同設備之間的聯(lián)鎖，但只能借助單臺設備，以及手動操作的方式來實現(xiàn)。而程控自動模式，是借助上位機實現(xiàn)了整列礦車的自動控制調(diào)車、翻卸以及重新編列等，但是其聯(lián)鎖條件與手動控制模式一樣，需要人工操作。并且，摘鉤依然只能人工操作，無法實現(xiàn)自動摘鉤，最后一節(jié)礦車必須要人工進行確認才行。

3 仿真試驗分析與應用

3.1 試驗分析及結果

為探究液壓翻車機在礦山鐵路運輸過程中的可行性和實用性，本文對其進行了仿真試驗，液壓翻車機的主要技術參數(shù)見表1 所示。

表1 液壓翻車機主要技術參數(shù)

該液壓翻車機的元件為Y2EH-HCL0B 型號電磁溢流閥和電磁換向閥、平衡閥等組成；液壓泵為CBFC3L5，液壓缸的壓力變送器為PPM-241A 型號。通過結合現(xiàn)場試驗條件分析，對翻車機的翻轉液壓缸的翻轉和復位時間進行測量，其結果為T=34s，而舉升液壓缸的舉升工作時間供為T=8s（包含上升時間5s，下降時間3s）。因此，結合不同液壓缸的工作時序來看，該液壓翻車機的液壓缸總工作時間為T=28.9s ＜40s，這就說明該翻車機設計符合要求。

3.2 在礦山鐵路運輸中的應用

通過將該液壓翻車機在礦山卸料點和精礦卸料等地方進行適應性試驗與優(yōu)化改進，該翻車機的起翻能力和翻車效率、穩(wěn)定性等均滿足礦山鐵路運輸?shù)默F(xiàn)場要求，且沒有存在鐵路運輸事故和翻車設備故障等問題情況的出現(xiàn)。因此，這就說明液壓翻車機在礦山鐵路運輸中的翻車效率得到了提高，并減輕了工作人員的勞動強度，避免了人為事故的出現(xiàn)，使得其生產(chǎn)效率得到了進一步的提升。同時，面對電氣設備存在問題時，通過系統(tǒng)上位機可以實現(xiàn)并及時地對電氣設備故障點進行及時的確認，以此縮短了處理故障問題的時間，從而為其安全生產(chǎn)提供了有效的保障。

4 結語

綜上所述，經(jīng)實驗結果表明本文的液壓翻車機在礦山鐵路運輸過程當中應用，具有很好的效果。它不僅可以有效解決電氣設備存在的缺陷問題，還借助上位機及時準確地找到設備故障發(fā)生點，以此為電氣設備的安全運行提供保障。同時，在液壓翻車機設過程當中，借助翻車機控制程序設計、聯(lián)鎖技術以及儀表技術等實現(xiàn)并提升了翻車機系統(tǒng)在運行過程中的安全性與穩(wěn)定性。因此，該液壓翻車機在礦山運輸中的應用，既可以降低設備運行的風險，促進其效率提升，還具有一定程度的經(jīng)濟效益。