翻車機(jī)電磁脈沖清煤設(shè)備改造

王軼之

（河北港口集團(tuán)檢測(cè)技術(shù)有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

電磁脈沖清車設(shè)備的應(yīng)用原理是由大功率的脈沖電源對(duì)設(shè)備中的電容器進(jìn)行充電，實(shí)現(xiàn)電容器中電能的存儲(chǔ)，隨后再將電容器進(jìn)行短路，實(shí)現(xiàn)電容器的放電。由于在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的放電能夠使設(shè)備負(fù)載線圈產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，在清車設(shè)備的復(fù)位彈簧與磁場(chǎng)斥力的作用下，設(shè)備的驅(qū)動(dòng)板開始進(jìn)行高頻振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車板的振動(dòng)，達(dá)到冬季清除車廂凍煤的目的。

傳統(tǒng)電磁脈沖清車設(shè)備的工作原理是先給脈沖電容器進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的充電，通過電容器裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的存儲(chǔ)，然后通過電容器的短路來實(shí)現(xiàn)放電。因放電時(shí)間極短（可達(dá)微秒級(jí)），電路中的負(fù)載（換能器）獲得很大的瞬時(shí)功率，并且將電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，在強(qiáng)脈沖電磁力的作用下?lián)Q能器上的驅(qū)動(dòng)板向車皮沖擊，在應(yīng)力波和瞬時(shí)強(qiáng)機(jī)械敲擊的共同作用下，殘余凍煤與列車車皮表面分離，利用翻車機(jī)與傳送帶間的落差，在翻車機(jī)傾倒時(shí)將大塊凍煤摔碎，最后達(dá)到破凍的目的。在以往的電磁脈沖振動(dòng)清車設(shè)備應(yīng)用過程中，通常采用以時(shí)間進(jìn)行判定實(shí)現(xiàn)定時(shí)振打的方法來執(zhí)行清車動(dòng)作，該方式缺乏對(duì)于電容器充電程度的實(shí)際判斷，振打效率低、能耗損失大。改造后的電磁脈沖清煤系統(tǒng)，通過充電電流變化的反饋實(shí)現(xiàn)電磁脈沖清煤系統(tǒng)的優(yōu)化控制，提高了振打效率、減少了能耗損失、保障了作業(yè)效率。

1 結(jié)構(gòu)組成

電容箱是電磁脈沖清煤系統(tǒng)的蓄電部位，由24 塊電容器、一個(gè)正極接柱和一個(gè)負(fù)極接柱組成。其中，換能器工作頭裝置一種能將電能先轉(zhuǎn)換至磁能再轉(zhuǎn)換至機(jī)械能的轉(zhuǎn)換元件，其主要構(gòu)造由線圈、短路鋁環(huán)、支持機(jī)構(gòu)等組成。電容箱和換能器工作頭是電磁脈沖清煤系統(tǒng)的重要組成部分，改造前沒有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣，隨著時(shí)間的推移，電容箱和換能器工作頭很容易發(fā)生故障。因此，制定行之有效的電磁脈沖清煤系統(tǒng)工作狀態(tài)評(píng)估方案，對(duì)電容箱和換能器工作頭及時(shí)進(jìn)行檢修更換，對(duì)于保證電磁脈沖清煤系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和提高港口的生產(chǎn)效率有著重要意義。

2 工作原理

某港口企業(yè)共有2 臺(tái)翻車機(jī)，分別為CD1、CD2 翻車機(jī)，每臺(tái)翻車機(jī)分別配置功能完全相同的一套電磁脈沖清煤系統(tǒng)，兩套清煤系統(tǒng)具有各自獨(dú)立的控制操作功能，電控柜安裝在翻車機(jī)電氣室內(nèi)，并與主控中心聯(lián)網(wǎng)。該裝置每套由6 組相同的設(shè)備構(gòu)成，在翻車機(jī)對(duì)應(yīng)的每節(jié)車廂的兩側(cè)各安裝一組；每組設(shè)備由兩個(gè)電氣箱構(gòu)成，分別是脈沖分配箱和電容箱，同時(shí)設(shè)備外部還包含了8 個(gè)換能器工作頭和連接電纜等附件。當(dāng)滿足設(shè)備的工作條件時(shí)，2 個(gè)一組的工作頭同時(shí)進(jìn)行動(dòng)作，以8 個(gè)工作頭振動(dòng)4 次為一個(gè)周期。通過電容器充放電瞬間釋放的巨大機(jī)械能形成的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的車廂凍煤清除功能。換能器結(jié)構(gòu)組成見圖1，電磁脈沖清車設(shè)備電路原理見圖2。

圖1 換能器結(jié)構(gòu)

圖2 電磁脈沖清車設(shè)備電路原理

改造前，沒有制式的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行工作狀態(tài)評(píng)估，只有當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)才會(huì)進(jìn)行維修，而停機(jī)維修影響運(yùn)煤作業(yè)，如果出現(xiàn)故障后不進(jìn)行維修，就會(huì)出現(xiàn)清煤不凈、運(yùn)力降低，增加系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，甚至?xí)?dǎo)致煤炭運(yùn)輸目標(biāo)無法完成。電磁脈沖振動(dòng)清車設(shè)備應(yīng)用過程中，通常采用以時(shí)間進(jìn)行判定實(shí)現(xiàn)定時(shí)振打的方法來執(zhí)行清車動(dòng)作，這樣的方式缺乏對(duì)于電容器充電程度的實(shí)際判斷，往往造成振打效率較低，能耗損失大。針對(duì)上述情況，根據(jù)清車設(shè)備的操作情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，制定了規(guī)范的評(píng)估方案，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)維護(hù)，對(duì)于設(shè)備存在的故障隱患及時(shí)進(jìn)行維修，并對(duì)該套設(shè)備進(jìn)行改造。改造后的電磁脈沖振動(dòng)清車設(shè)備使用電流傳感器監(jiān)測(cè)充電電流，并通過可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)于電流充電數(shù)值的邏輯判定。當(dāng)可編程邏輯控制器監(jiān)測(cè)到電磁脈沖振動(dòng)清車設(shè)備的充電電流開始降低，直到降至程序中設(shè)定的電流數(shù)值時(shí)開始執(zhí)行電磁脈沖振打動(dòng)作，提高了振打效率，減少了能耗損失，為運(yùn)煤作業(yè)目標(biāo)的完成保駕護(hù)航[1]。

3 技術(shù)方案

3.1 電容器、換能器工作狀態(tài)評(píng)估方案

電容箱電容器可以從以下4 個(gè)方面進(jìn)行工作狀態(tài)評(píng)估：

（1）電容絕緣電阻：使用1000 V 絕緣搖表檢測(cè)，當(dāng)絕緣大于100 MΩ 為合格。

（2）電容容量檢測(cè)：使用雙臂電橋檢測(cè)，電容量不小于1750 μF 為合格。

（3）等效電阻檢測(cè)：使用雙臂電橋檢測(cè)，等效電阻小于200 mΩ 為合格。

（4）損耗角檢測(cè)：使用雙臂電橋檢測(cè)，小于1 為合格。

換能器可以從以下4 個(gè)方面進(jìn)行工作狀態(tài)評(píng)估：

（1）絕緣電阻：使用雙臂電橋檢測(cè)，大于100 MΩ為合格。

（2）電感量：使用雙臂電橋檢測(cè)，小于1 mH 為合格。

（3）電阻值：使用雙臂電橋檢測(cè)，小于20 Ω 為合格。

（4）品質(zhì)因數(shù)：使用雙臂電橋檢測(cè)，小于0.8 為合格。

3.2 電磁脈沖清煤控制系統(tǒng)改造方案

本次電磁脈沖設(shè)備改造在充電電路中安裝了電流傳感器裝置，起到對(duì)電流的檢測(cè)作用。將可編程邏輯控制器與電流傳感器的信號(hào)輸出端和可控開關(guān)的控制端進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)可編程邏輯控制器對(duì)可控開關(guān)通斷的控制。當(dāng)PLC 監(jiān)測(cè)到充電電流達(dá)到程序設(shè)定電流時(shí)，開始執(zhí)行設(shè)備擊打車廂的動(dòng)作。這樣的動(dòng)作執(zhí)行判定方式能夠?qū)崿F(xiàn)以充電電流的變化作為動(dòng)作的執(zhí)行依據(jù)，為電磁脈沖清車裝置工作效率的提升和振打效果的改善奠定基礎(chǔ)，有效提升了能耗管理水平[2]。

4 應(yīng)用及實(shí)施情況

目前此套系統(tǒng)的工作狀態(tài)評(píng)估方法已經(jīng)在某港口公司運(yùn)用，在檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)電容箱和工作頭普遍存在著銹蝕和接觸不良的情況，通過應(yīng)用符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的評(píng)估方案及時(shí)對(duì)其進(jìn)行了檢測(cè)維修，保障了煤炭運(yùn)輸作業(yè)的效率。同時(shí)對(duì)電磁脈沖清煤控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備能耗的降低，達(dá)到降本增效的目的[3]。電磁脈沖清煤設(shè)備的改造原理和實(shí)驗(yàn)效果見圖3。

圖3 改造后的電磁脈沖清煤設(shè)備工作流程

在實(shí)驗(yàn)過程中，由于電容器的測(cè)定數(shù)值能夠體現(xiàn)出在充電電壓一致的情況下設(shè)備對(duì)電能的存貯能力，因此實(shí)驗(yàn)主要對(duì)電容器數(shù)值進(jìn)行測(cè)定。在保證其余變量一致的情況下，系統(tǒng)等效電阻為0.2 Ω，脈沖線圈電感值為200 μH，高壓電源充電電壓為500 V。對(duì)應(yīng)的電容器電容值分別為1400 μF、1100 μF、800 μF、500 μF、200 μF，通過不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出了在該工作狀態(tài)不同電容值下產(chǎn)生的峰值電流數(shù)據(jù)（圖4）。通過變化曲線可以看出，充電電流下降時(shí)表明電容處于充滿狀態(tài)，此時(shí)可以開始執(zhí)行振打動(dòng)作[4]。

圖4 電流峰值變化曲線

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改造后的電磁脈沖清煤裝置能夠有效降低能耗，提高振打效率。此次翻車機(jī)電磁脈沖清煤設(shè)備的檢測(cè)及改造制訂了將電容箱電容器參數(shù)加以量化的工作狀態(tài)評(píng)估方案，為電容器設(shè)備優(yōu)化改造提供數(shù)據(jù)支持；制訂了將換能器工作頭參數(shù)加以量化的工作狀態(tài)評(píng)估方案，為工作頭設(shè)備優(yōu)化改造提供數(shù)據(jù)支持；摒棄了傳統(tǒng)電磁脈沖清煤設(shè)備的定時(shí)振打方式，通過電流傳感器設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)于充電電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)；并通過連接可編程邏輯控制器的方式對(duì)充電電流進(jìn)行判斷，在監(jiān)測(cè)到充電電流開始下降并達(dá)到指定數(shù)值時(shí)開始執(zhí)行振打動(dòng)作，提高了振打效率，減少能耗損失[5]。

5 結(jié)束語

目前該港口公司CD1、CD2 翻車機(jī)電磁脈沖清煤系統(tǒng)的檢測(cè)工作已經(jīng)完成，至今未發(fā)生電磁脈沖清煤系統(tǒng)的故障，有效地防止了處理故障引發(fā)的停機(jī)，保證了煤炭運(yùn)輸作業(yè)的正常進(jìn)行。改造后的電磁脈沖清煤設(shè)備在進(jìn)行擊打車廂動(dòng)作時(shí)，以充電電流的監(jiān)測(cè)數(shù)值變化作為動(dòng)作的執(zhí)行依據(jù)，有效提升設(shè)備的整體工作效率，避免了不必要的電能損耗，實(shí)現(xiàn)電磁脈沖清車設(shè)備控制的合理優(yōu)化。電磁脈沖清理凍煤設(shè)備的檢測(cè)維護(hù)和改造，大幅提高了凍煤的清理效率及港口生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了降本增效的目的。