Рисунок 1 - Структурная схема технологического процесса погрузки угля в
железнодорожные вагоны
(анимация: 5 кадров, 5 циклов повторения)
На современном этапе развития народного хозяйства большое внимание уделяется проблемам повышения эффективности использования технологического и транспортного оборудования, улучшения качества технологических процессов, повышения достоверности учёта материальных ценностей, и конечно, минимизация вмешательства человека в технологические процессы.
Одной из таких проблем в угольной промышленности является совершенствование углепогрузочных работ на промышленном железнодорожном транспорте. Погрузка угля в железнодорожные вагоны является завершающим звеном в технологической схеме угольного комплекса поверхности шахт, и, очевидно, представляет собой очень важный объект для возможной автоматизации.
В целях повышения эффективности погрузочных работ разработан ряд мероприятий, направленных на улучшение процессов погрузки и учета угля в железнодорожные вагоны. Результатом выполненных работ явилось создание автоматизированных углепогрузочных комплексов. Необходимость внедрения подобных установок определяется тем, что производственная мощность новостроящихся и реконструируемых угольных предприятий достигает нескольких миллионов тонн угля в год, следовательно, объем ежесуточной отгрузки угля составляет несколько сот вагонов в сутки.
Технологические комплексы погрузки угля в железнодорожные вагоны отличаются разнородностю техники и технических схем, что затрудняет решение задачи автоматизации. Технологическийкомплекс погрузки угля включает три основные группы оборудования: загрузочные устройства, механизмы для передвижения вагонов, весы для взвешивания. [1].
На рисунке 1 показана технологическая схема автоматизированного углепогрузочного комплекса с применением электронных вагонных весов. Уголь со склада транспортируется конвейерной системой 1 на конвейерные весы 5 через направляющий бункер 3, а из шахты уголь транспортируется конвейерной системой 2 на конвейерные весы 6 через направляющий бункер 4. С конвейерных весов 5 и 6 уголь подается в накопительный бункер 8.
Состав железнодорожных вагонов непрерывно передвигают с помощью электротягача 12, скорость которого регулируется оператором комплекса. При подаче под погрузку очередного вагона 15, выдвижной телескопический желоб 11 устанавливается на высоту, определяемую типом загружаемого вагона, после этого открывается затвор 9 накопительного бункера и уголь из накопительного бункера с подпором загружается в непрерывно перемещаемый вагон. Все затворы комплекса оборудованы гидроприводами 10, обеспечивающими сравнительную быстроту их срабатывания, что необходимо для точного и качественного заполнения вагона.
Рисунок 1 - Структурная схема технологического процесса погрузки угля в
железнодорожные вагоны
(анимация: 5 кадров, 5 циклов повторения)
Чтобы не перегрузить накопительный бункер 8 устанавливается датчик уровня 7, который подает сигнал на отключение конвейеров 1, 2, 3, 4 и на их включение, если накопительный бункер 8 освободился до определённого значения.
Когда первые два вагона 15 и 16 проходят через весы 14, идет автоматическое запоминание тары этих вагонов. Система начинает сравнивать тару взвешенных вагонов с возможной тарой, которая установлена в программе. В зависимости от того, в какой диапазон попадает тара каждого вагона, программа самостоятельно задаёт вес угля, который нужно погрузить в каждый вагон.
Затем первый вагон 15 медленно заезжает на статические вагонные весы 13. Как только вес вагона достигает определённого значения, происходит автоматическое открытие шибера 9 и начинается погрузка угля в вагон. Когда вес вагона приближается к заданному весу, шибер задвигается до определённой отметки и происходит догрузка хвостовой части вагона, после чего шибер закрывается полностью. В свою очередь вагон 15 уже полностью находится на весах 13. Так как расстояние между двумя весами находится на расстоянии ровно одного вагона, то в это время вагон 17 тоже полностью находится на весах 14, и система в автоматическом режиме снимает показания тары данного вагона. Операции продолжаются до полной загрузки состава. В конце углепогрузки система выдаёт информацию о типе каждого вагона, о нетто, брутто и таре каждого вагона и о весе угля в целом, который находится в данном составе.
Принцип работы данной автоматизированной системы заключается в том, что появляется возможность свести к минимуму человеческое влияние на погрузочные работы, ускорить процесс отгрузки, увеличить точность показаний веса отгружаемого угля и облегчить его подсчёт на складе и в составе.
Цель работы - повышение эффективности технологического процесса погрузки угля в железнодорожные вагоны путем обоснования алгоритма и структуры системы автоматизации и разработки на этой основе устройства автоматической загрузки железнодорожных вагонов.
Задачи:
Технологические комплексы погрузки угля в железнодорожные вагоны отличаются разнородностью техники и технических схем, что затрудняет решение задачи автоматизации. Технологический комплекс погрузки угля включает три основные группы оборудования: загрузочные устройства, механизмы для продвижения вагонов, весы для взвешивания.
Условия автоматизации технологических комплексов зависят от следующего: способа контроля заполнения вагона (по массе загружаемого угля или по объему кузова вагона); способа равномерного распределения угля в вагоне (путем перемещения вагона в процессе его заполнения или с помощью передвижного загрузочного конвейера); способа транспортирования угля (с непрерывной погрузкой угля в вагоны или с предварительным накоплением); организации погрузки состава (с помощью конвейера, с бункера или по безбункерной схеме); сортности угля; требований трех заинтересованных сторон - грузоотправителя (обеспечение высокой производительности процесса при минимальных эксплуатационных расходах), министерства путей сообщения (сокращение простоев вагонов при максимальном использовании вагонов по грузоподъемности и обеспечение их сохранности), грузополучателя (соответствие действительной массы и сортности угля данным сопроводительных документов, максимальную сохранность угля, простоту разгрузки).
Основная технологическая операция комплексов погрузки угля в железнодорожные вагоны - это равномерное распределение угля в вагоне с прекращением погрузки при заполнении вагона по весу или объему. Железнодорожные вагоны, предназначенные для перевозки угля, имеют грузоподъемность 58, 62, 95, 120 т с разной высотой погрузки. Это создает определенные трудности при автоматизации. Например, при бункерной погрузке угля по объему в движущийся вагон (рис. 2) для образования первичного и промежуточных конусов необходим телескопический желоб 4. Высота установления желоба зависит от грузоподъемности вагона. Для перемещения вагонов используется тележка 1 на стандартную железнодорожную колею с приводом постоянного тока. Подвод электроэнергии к тележке осуществляется по контактному проводу, в целях безопасности расположенному сбоку. Тележка оборудована стандартной автосцепкой. Основной вид управления - оперативно-диспетчерское с пульта оператора. При этом оператор устанавливает вагон в исходное положение для загрузки, выбирает бункер, из которого производится выгрузка, в зависимости от типа вагона выбирает высоту установления желоба 4, дает первоначальный импульс на запуск комплекса. Затем уголь из соответствующего бункера через один из качающихся питателей 2 подается на конвейер 3 и далее в вагон. Отбирание проб производится на конвейере. После образования первичного конуса вагон автоматически проталкивается на определенное расстояние, и производится отсыпка очередного конуса. По окончании заполнения вагона конвейер и питатель останавливаются, производится установление следующего вагона. После окончания загрузки состава тележка отцепляется и загоняется в тупик.
Рисунок 2 - Технологическая схема загрузки железнодорожных вагонов по объему
Для автоматизации данной технологической схемы необходимы датчики положения подвижного состава и желоба, датчики уровня угля в бункерах, комплект датчиков для конвейера 3, датчики скорости для питателя, реле времени или программные устройства.
Для автоматизации бункерной и безбункерной загрузки вагона по весу разработан типовой проект применительно к технологической схеме на рисунке 3. Погрузка производится в два этапа: основной объем угля загружается в движущийся вагон, а догрузка до паспортной грузоподъемности производится на весах 1 с помощью передвижного конвейера 4. Для передвижения вагонов используется маневровое устройство 2 типа МУ-25А. Оно перемещается вдоль железнодорожной колеи по специальной более широкой (4255 мм) колее с помощью привода переменного тока, питаемого по гибкому кабелю. Привод состоит из двух асинхронных электродвигателей с фазным ротором, соединенных по схеме "электрический вал". Тяговое усилие на вагон передается с помощью поперечной балки, перемещающейся в вертикальной плоскости. В средней части балки имеется замок, с помощью которого маневровое устройство соединяется с автосцепкой. Устройство имеет четыре скорости: две рабочих -0,14 и 0,18, маневровую - 0,33 и пониженную- 0,04 м/с.
Рисунок 3 - Технологическая схема загрузки железнодорожных вагонов по весу
Автоматизации подлежат следующие операции: опускание поперечной балки маневрового устройства до захвата автосцепки и установление вагона в исходное положение для загрузки; установление телескопического желоба 3 на нужную высоту; включение привода ленты конвейера 4 и образование первоначального конуса; включение маневрового устройства на одну из рабочих скоростей; отключение маневрового устройства при выходе вагона на весы 1; включение привода перемещения конвейера 4 "вперед", после чего вагон догружается до паспортной производительности; остановка привода ленты конвейера по сигналу от весов и подъем телескопического желоба 3; одновременно с этим происходит подъем поперечной балки маневрового устройства; включение МУ-25А на маневровую скорость и перемещение его к межвагонному пространству; спуск поперечной балки маневрового устройства и перемещение следующего вагона до исходного положения; отбирание проб пробоотборником 5 и транспортирование их к анализатору 6.
Для автоматизации данной технологической схемы требуются датчики положения подвижного состава, поперечной балки МУ-25А, телескопического желоба, передвижного конвейера, комплект датчиков для конвейера 4. [2].
Для автоматизации технологического комплекса погрузки угля в железнодорожные вагоны разработан автоматизированный комплекс механизмов КПА (рис. 4). В состав комплекса входят: передвижной загрузочный конвейер-бункер 17 производительностью 2000 т/ч, оснащенный транспортирующим органом скребкового типа и выдвижным желобом на головной части, который перемещается с помощью регулируемого привода по рельсовому пути - маневровое устройство с толкателем 1, взаимодействующим со сцепками загружаемого и предшествующего вагонов; устройство уплотнения 6, с катком, опускаемым с помощью лебедки на поверхность конусной вершины угля и уплотняющим его во время перемещения состава; автоматизированные вагонные платформенные весы 25 типа 699П200А, обеспечивающие управление процессом весового дозирования загружаемого угля и выдачу документов о результатах взвешивания в конце цикла погрузки; аппаратура управления.
Рисунок 4 - Автоматизированный углепогрузочный комплекс КПА
Система автоматизации технологического комплекса обеспечивает: автоматическое выполнение заданной последовательности технологических операций, автоматическое регулирование процесса заполнения и дозирование вагонов в целях компенсации колебаний веса и интенсивности подачи угля, загрузку вагонов различных типоразмеров и расположенных в составе в любой последовательности.
Оператор вводит в систему управления программу загрузки очередного вагона, что обеспечивает автоматический режим. Программа набирается на пульте управления периодически во время передвижения состава. Программой задается тип загружаемого вагона, масса вагона и инвентарный номер. Оператор также подает первоначальную команду на пуск технологического комплекса, наблюдает за режимом погрузки, контролирует состояние и вносит изменения в положения отдельных механизмов (при рассогласовании их совместной работы).
Системой управления предусмотрено и дистанционное управление механизмами комплекса. [1].
Наиболее приемлемым направлением усовершенствования системы автоматизации является разработка устройства автоматической погрузки, обеспечивающего выполнение требуемых функций. Поскольку при этом образуется довольно сложный алгоритм функционирования системы управления, целесообразно выполнить разрабатываемый блок аппаратуры на основе микроконтроллера, что позволит задавать алгоритм функционирования системы автоматического управления программным путем. Это значительно облегчает создание системы, и позволяет создавать более эффективные алгоритмы управления. Также введение микроконтроллера позволит нам эффективнее обработать полученную информацию с датчиков с возможностью ее вывода на индикационные элементы, а также передачи (при надобности) на ЭВМ. Кроме того, использование микроконтроллера при построении системы автоматического управления позволит уменьшить габариты блока, увеличить его надежность. Легкость перепрограммирования современных микроконтроллеров позволяет в дальнейшем усовершенствовать алгоритм управления без больших затрат времени и без изменения структуры системы.
В последнее время при исследовании различных технологических процессов в условии шахты все чаще прибегают к использованию ЭВМ, при помощи которого возможно, в частности, провести математическое моделирование исследуемого технологического процесса. В отличие от экспериментальных исследований на реальном объекте, математическое моделирование позволит нам без дополнительных затрат смоделировать с определенной адекватностью наш технологический процесс, после чего определенным образом задавать начальные значения, получая тем самым необходимый результат.
Рисунок 5 - Механическая система исследуемого технологического объекта
Для анализа процесса погрузки угля в железнодорожные вагоны создана математическая модель (рис. 5), описываемая следующей системой уравнений:
Данная система представляет собой одномассовую модель, с изменяющейся во времени массой, на которую действует сила тяги привода поезда и сила трения качения, пропорциональная массе вагонов.
Вагон имеет три положения при загрузке относительно шибера бункера - передняя часть (начало загрузки), середина вагона (основной момент загрузки) и задняя часть вагона (догрузка вагона). Перемещение вагона происходит при достижении определенной массы угля в нем, при контроле его положения относительно шибера.
В результате моделирования получены следующие зависимости, показанные на рисунках 6 - 8.
Рисунок 6 - Зависимость скорости движения вагона от времени погрузки
Рисунок 7 - Зависимость усилий на приводе и сопротивления от времени
Рисунок 8 - Зависимости массы вагоны (веса угля) и перемещения вагона от времени погрузки
6. Выводы. Направление дальнейших исследований
Таким образом, был выполнен анализ исследуемого процесса погрузки угля в железнодорожные вагоны как объекта автоматизации, произведен критический обзор известных технических решений по автоматизации технологического процесса погрузки угля в железнодорожные вагоны, а также разработана математическая модель процесса погрузки угля, проведена оптимизация математической модели.
Разработанное устройство автоматической загрузки и полученная в результате моделирования математическая модель будут использованы в дальнейшем при написании магистерской работы.
Основными направлениями дальнейших исследований будет разработка и совершенствование структурной, функциональной и принципиальной электрической схем разрабатываемого устройства, а также добавление новых функций к системе автоматизации технологическим процессом погрузки угля, что приведет к повышению его эффективности.
ДонНТУ> Портал магистров ДонНТУ> Автобиография| Реферат | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальное задание