一種高效節(jié)能煤炭平卡工藝

王 磊 肖建豪 袁建明

1 武漢開銳海洋起重技術(shù)有限公司 2 武漢理工大學交通與物流工程學院

1 引言

煤炭列車站內(nèi)裝車工藝為：斗輪堆取料機將堆場上的煤炭通過皮帶機輸送到裝車樓，再通過裝車樓的卸料倉進行火車裝車作業(yè)，卸料過程中車廂在火車機頭牽引下沿軌道勻速前進。煤炭的容重為0.8～1.2 t/m3，使用列車輸送煤炭時，在額定載重的情況下物料將填滿車廂，單個卸料倉在一節(jié)車卡經(jīng)過的時間內(nèi)，無法將一節(jié)車卡裝滿，必須要多個料倉配合裝車。煤炭的堆積特性決定了物料會在車廂的中間部位形成頂部為尖角形的料堆，裝載尖角型料堆的車廂在鐵路干線上行駛時速度較快，在過彎道時，頂部的物料會被拋灑出車廂，輕則影響軌道沿線環(huán)境，重則出現(xiàn)拋灑的大塊煤炭砸傷人或其他貴重物品等安全事故。為了避免上述情況的發(fā)生，2000年鐵道部頒布的鐵路貨物運輸管理規(guī)則明確提出“對于裝載散堆裝貨物，頂面應(yīng)予以平整”，使物料在車廂內(nèi)平整、均勻裝填[1]。針對傳統(tǒng)裝載機和人工配合平卡工藝的不足，提出一種高效螺旋平料機平卡工藝，可以有效解決裝車樓裝車完成后，車廂頂部尖角形料堆平整的難題，實現(xiàn)高效、低成本、安全可靠的平卡作業(yè)。

2 裝載機和人工配合的平卡工藝

貨運站平卡工藝為，整列火車車廂裝車完成后，再退回到后方的堆場，火車停止不動，由裝載機和人工配合來進行平卡。平卡作業(yè)工藝為，裝載機先行駛到待作業(yè)車廂的側(cè)面，用鏟斗沿垂直車廂方向往復推扒，使車廂頂部的尖角型的料堆平整[2]；在裝載機不能作業(yè)的邊角區(qū)域的煤炭，通過工人手持釘耙來平整。

該平卡作業(yè)工藝靈活方便，可同時對多節(jié)車廂進行平卡作業(yè)，但是也存在以下3個方面的不足：

(1)平卡效率低。裝車和平卡作業(yè)分別在裝車樓和后方堆場進行，整列車廂裝車作業(yè)完成后再在火車頭牽引下，退回堆場進行平卡作業(yè)，64節(jié)車廂裝車時間需要1.5 h，而列車退回到堆場平卡作業(yè)的總時間約4 h，平卡效率低。

(2)平卡成本高。裝載機和人工配合來進行平卡，平卡的成本主要在于裝載機的能耗、人工成本和設(shè)備維護費用。根據(jù)現(xiàn)有的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，裝載機的能耗費用為6元/節(jié)；人工成本主要包含裝載機的司機和輔助平卡的工人，費用為10元/節(jié)；設(shè)備的維護費用主要是裝載機的零部件維護及更換，費用為1.8元/節(jié)。按照貨運站每年的發(fā)運量為250萬t(約5萬節(jié)車卡)估算，每年的平卡成本不少于89萬元。

(3)安全隱患大。人工配合裝載機平卡，工人在車廂頂部平料，作業(yè)高度大于2 m，屬于高空作業(yè)，但由于作業(yè)方式的特殊，無法在工作區(qū)域懸掛安全帶，屬于不安全作業(yè)方式；工人跨越相鄰的車廂平料時，容易出現(xiàn)失穩(wěn)或焦炭滑動而在跨廂過程中摔倒；北方冬季，車幫在積水或積雪時，極易出現(xiàn)冰凍，工人在平卡時易滑倒而發(fā)生安全事故。

3 螺旋平料機平卡工藝

3.1 螺旋平料機結(jié)構(gòu)

螺旋平料機平卡工藝的核心是螺旋平料機。該設(shè)備為裝車完成后進行車廂頂部尖角形料堆平整的半智能化設(shè)備，具有平卡效率高、裝機容量小、費用低、智能化、安全可靠等特點，是適用于散貨碼頭、鐵路轉(zhuǎn)運、礦山堆場的專業(yè)化新型平卡設(shè)備[3]。

螺旋平料機能夠與裝車樓配合，實現(xiàn)邊裝邊平的裝車、平卡工藝。螺旋平料機布置在裝車樓出口，列車牽引裝車完成后的車廂沿裝車樓出口方向行駛并穿過螺旋平料機，螺旋平料機同時經(jīng)過車廂進行平卡作業(yè)[4]。螺旋平料機主要由支承門架、螺旋平料機構(gòu)、升降機構(gòu)、碰撞保護裝置、司機操作室和電氣控制系統(tǒng)等組成(見圖1)。

1.支承門架 2.螺旋平料機構(gòu) 3.升降機構(gòu) 4.碰撞保護裝置 5.司機操作室 6.電氣控制系統(tǒng)圖1 螺旋平料機結(jié)構(gòu)示意圖

車廂沿裝車樓出口方向移動時，螺旋平料機構(gòu)的兩組旋向相反的螺旋輸送機和側(cè)面的刮板作為平卡作業(yè)的主要工作機構(gòu)，使物料沿車廂寬度方向從高處向低處流動，實現(xiàn)沿車廂長度方向的平整作業(yè)。升降機構(gòu)通過減速電機及齒輪齒條驅(qū)動螺旋平料機構(gòu)沿豎直方向上下移動，滿足不同高度物料面的平卡作業(yè)要求，同時還可實現(xiàn)螺旋平料機構(gòu)跨越車廂端部車幫的目的。碰撞保護裝置可防止平卡作業(yè)過程中，升降機構(gòu)出現(xiàn)故障無法及時升起，螺旋平料機構(gòu)能夠及時沿火車移動方向旋轉(zhuǎn)避讓，避免機構(gòu)與車廂發(fā)生剛性碰撞而損壞車廂和設(shè)備。

3.2 螺旋平料機效益分析

螺旋平料機與裝車樓配合平卡作業(yè)，車廂裝車完成后可直接進行平卡作業(yè)，可以大幅縮短平卡時間，同時螺旋平料機的平卡效率高于裝車效率，完全滿足現(xiàn)場使用要求，其主要技術(shù)指標見表1。

表1 螺旋平料機主要性能參數(shù)

相比較于裝載機和人工配合的平卡工藝，螺旋平料機能夠節(jié)省大量的平卡作業(yè)時間，同時大幅降低貨運站的平卡費用，節(jié)省的費用主要包含：能耗、人工成本和設(shè)備維護費用。以貨運站年裝車發(fā)運量250萬 t為例(約5萬節(jié)車廂)，螺旋平料機的經(jīng)濟效益如下：

(1)能耗費用，采用螺旋平料機的平卡工藝，裝車與平卡同時進行，設(shè)備總裝機功率35 kW，平卡效率為64節(jié)/1.5 h，螺旋平料機總的工作間為1 172 h，按照用電0.62元/kWh進行計算，螺旋平料機1年的能耗費用為2.5萬元。

(2)人工費用，采用螺旋平料機的平卡工藝，需要配置3名司機輪班，每個司機的平均月工資支出為3 500元/月，螺旋平料機的人工費用為12.6萬元。

(3)設(shè)備維護費用，采用螺旋平料機的平卡工藝，螺旋葉片為主要的易損件，每年(作業(yè)量在300萬 t以內(nèi))更換1次，螺旋葉片維護費用為5萬元。

傳統(tǒng)的裝載機平卡工藝與螺旋平料機平卡工藝的各項費用對比見表2。

表2 兩種平卡工藝綜合費用對比表

通過對上述兩種平卡工藝費用對比分析可知，使用裝載機和人工配合的平卡工藝每年的費用為89萬元，采用螺旋平料機的平卡工藝每年費用為20.1萬元，后一種工藝的投入僅為前一種的22.6%，每年可節(jié)省68.9萬元的費用。

4 結(jié)語

采用螺旋平料機的平卡工藝具有能耗低、效率高、安全可靠、綠色環(huán)保的特點，可以有效解決裝車樓裝車完成后，車廂頂部尖角形料堆平整的難題。螺旋平料機和裝車樓配合的裝車和平卡工藝，可改進現(xiàn)有的裝載機和人工配合平卡方式的不足，為貨運站節(jié)省大量的平卡時間，有效提升貨運站的平卡效率，同時減少待平料車廂占用貨運站鐵路時間，加快貨運站的周轉(zhuǎn)和流通速度。