智能汽车装车技术研究.pdf

第 4 1卷 第 3期 2 0 1 5 年 3月 工矿 自 动化 I ndus t r y a nd M i ne Aut o mat i o n Vo 1 ． 4 1 NO． 3 M a r ． 2 O1 5 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 3 0 1 1 1 0 3 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 l x ． 2 0 1 5 ． 0 3 ． 0 2 9 闫艳． 智能汽车装车技术研究[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 3 1 1 1 一 l l 3 ． 智能汽车装车技术研究 闫 艳 天 地科 技股 份有 限公 司 ， 北 京 1 0 0 0 1 3 摘要 针对人工装 车方法存在装车效率低 、 粉 尘污染严重 、 装 车用地 大等 问题， 提 出了智 能汽车装车技 术 ， 详 细介 绍 了采 用该技 术 的汽 车装 车 系统的 工艺 流程 、 主要技 术 参数 的确 定 、 称 重 与智 能配料技 术 的 实现 。 采 用智 能汽 车装 车技 术 可 实现 快速 、 精 确 、 均 匀平整 的 自动装 车 ， 防止运 输过 程物 料损耗 和 环境 污 染 ， 确保 运 输 安 全 。 关 键词 煤 炭运 输 ；汽 车运 输 ；智 能装 车 ；自动 布料 ；平车 工 艺 中图分 类号 TD 5 6 2 文献标 志码 B 网络 出版 时间 2 0 1 5 0 2 1 2 1 6 0 6 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ w ww． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 5 0 2 1 2 ． 1 6 0 6 ． 0 2 9 ． h t ml Re s e a r c h o f i nt e l l i ge nt v e h i c l e l o a di n g t e c hn o l o g y YAN Ya n Ti a n d i S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y Co． ，L t d． ，Be i j i n g 1 0 0 0 1 3 ，Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f p r o b l e ms o f l o w e f f i c i e n c y ，s e r i o u s d u s t p o l l u t i o n a n d n e e d i n g l a r g e p l a c e o f m a nu a l l o a di n g me t h od， t he p a pe r p r o p os e d a t e c h no l og y of i nt e l l i g e n t ve hi c l e l oa di n g， a n d de s c r i be d t e c h no l og i c a l pr o c e s s ，d e t e r mi n a t i o n o f ma i n t e c hn i c a l p a r a me t e r s ，r e a l i z a t i on o f we i ghi ng a nd i nt e l l i ge nt b a t c h i n g t e c h n o l o g y o f i n t e l l i g e n t v e h i c l e l o a d i n g s y s t e m u s i n g t h e p r o p o s e d t e c h n o l o g y i n d e t a i l s ． Th e i n t e l l i g e nt v e hi c l e l o a d i ng t e c hn ol o gy a c hi e ve s f a s t ，a c c u r a t e，un i f o r m a nd f l a t a u t o l o a d i ng，c a n pr e v e nt ma t e r i al l os s a n d e nv i r o nme nt a l p ol l ut i o n dur i n g t r a ns p or t a t i o n，a n d e ns ur e t r a n s p o r t s a f e t y． Ke y wo r d s c o a l t r a ns po r t a t i on；ve hi c l e t r a ns po r t a t i on；i n t e l l i g e nt l o a d i ng；a ut o m a t i c l o a di ng；f l a t c a r t e c hn ol o gy 0 引 言 公 路运 输 和铁路 运 输是 2种 最 主要 的煤炭 运输 方 式 。我 国长 期 以来 受 煤 矿 粗 放 式 管理 的影 响 ， 技 术和装备水平相对落后 。近年来 ， 在引进消化国外 先进的煤炭外运装载技术 的基础上 ， 依靠科研单位 和厂 矿企业 的共 同努 力 ， 自主研 发 了铁 路 快 速定 量 装 车 系统 。该 系统 具有 技术 先进 、 工 艺合 理 、 性 能 可 靠 、 定量准确 、 装车速度快 、 自动化程度高的优点 ， 目 前 已在铁 路装 车 系统 中广 泛应用 。 相 对铁 路 而 言 ， 煤 炭公 路 外 运 装 车技 术 多 年 来 一 直 进 展 不大 ， 很 多 煤 矿还 在 延用 铲 车 或带 式 输 送 机加 簸箕 的装 载方 式 进 行 粗 略 装 车 ， 再 通过 汽 车 衡 计 量 、 少 补多卸 、 反 复 装 卸 的 人 工方 法 装 车 ， 存 在 装 车效率低 、 煤炭外洒 、 粉尘污染严重、 装车用地大等 问题 。这种状况不仅对公路交通设施造成损坏 ， 也 损 害 了企 业 的经 济利益 ， 还 存在运 输 安全 隐患_ 1 ] 。 本 文提 出 了一套 自动 布料平 车 的智能 汽车装 车 整体 解 决方 案 ， 研 究 了一次 人位 、 一 次全 自动计 量和 一 次装车平车的全 自动汽车装车工艺流程和装车关 键 技术 ， 优化 了汽车 装 车 系 统各 构 成 设 备 的技 术 参 数 ， 满 足 了矿井 建设 高 效 、 安 全 、 生态 环 保 的高标 准 要 求 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 9 2 9 ； 修 回日期 2 0 1 4 1 2 3 0 ； 责任编辑 胡娴 。 基金项 目 天地科技股份有限公 司技术 创新基 金项 目 KJ 一 2 0 1 0 一 T DGX 一 0 2 。 作者简介 闫艳 1 9 7 8 一 。 女 ，山东滕州人 ， 副研究员 ， 现主要从 事煤炭装载计 量及 自动化方 面的研究工作 ， E - ma i l y a n y a n r u i 1 6 3 ． c o rn。 1 1 2 工矿 自动化 2 0 1 5年 第 4 1卷 1 汽 车装车 工艺 方案及 关键 技术 研究 1 ． 1 铁 路装 车 与汽车 装车 的差异 1 铁 路 列 车 车厢 基 本 统一 ， 汽 车 车 型 、 高矮 、 长 短不 一 。 2 火 车有 轨道 ， 左右位 置 固定 ； 汽车 相对 比较 随意 。 3 火 车 是 成列 的 ， 由机 车 或 调 车 、 绞 车 牵 引 ， 比较 好 调度 ， 速 度 比较 好 控 制 ； 汽 车 速 度 由 司机 控 制 ， 车 速不 固定 。 4 装 火车要 求 装到 与车 厢齐 平 ， 不会 冒 出来 ； 装 汽 车往往会 高 于车 帮 。 5 装 火 车可边 走边装 ， 而汽 车装 车 时 ， 每辆 汽 车都是 一个个 体 ， 不好 调度也 不好 管理 ， 且要 汽车 停 着装 ， 存在 如何平 车 的问题 。 6 汽车 车 型 比较 多 ， 要 求 料 斗 秤 称 量 范 围 比 较大 。 7 火 车装 车是 断 续 工 作 ， 汽 车 装 车 要 求 连 续 工 作 ， 对系 统可靠 性要 求更 高 。 汽车快 速定 量装 车技术 与铁 路快 速定 量装车 技 术在装车工艺、 布料平车 、 配仓方法、 计量方式 以及 车辆管理等方面存在较大 的差异 ， 汽车 自动化装车 比火 车 自动化装 车技 术实 现难度 更 大 。 1 ． 2 汽 车装 车 系统 结构 特征 智能 汽车装 车 系统 主要 由给煤 、 配仓 、 装车 和平 车 4个环节组成 ， 如图 1所示 。 E 仓末煤胶带 4 图 1 智能汽车装车系统结构 给煤 通过 产 品仓 下 的给料设 备 和输料 胶带 ， 连 续将物料输送到汽车装车站缓冲仓 中， 并依据缓冲 仓仓 位实 现 给料 自动化 。 配仓 缓 冲仓 下 设置 有 一 组对 开 的无尘 平 板 闸 门， 通过对闸门开启数量和开度的精确控制 ， 配合对 定 量仓物 料质 量 的实 时检测 ， 实现 快速 、 精确 配仓 。 装 车 定 量仓 下设 置 有 一 台对 开 的装 车平 板 闸 门和可升降的 自动布料和平料装置 ， 可将物料均匀 快速地装入汽车车厢内， 并实现平车功能。 输出报表和磅单 装车完成后 ， 根据车辆信息生 成 完整 的磅单 ， 并按 日、 月 、 年 等生 成统计 报表 。 1 ． 3 汽车装 车 系统 工 艺流程 当待装 汽 车 到 达装 车 站下 后 ， 启 动 初 始静 态 计 算软件 ， 依据智能调车系统提供的装车数据确定装 车数量 ； 开启缓冲仓下无尘平板配料闸门 ， 将物料配 放 至定量 仓 中 ； 由安装 在定 量 仓 四周 的称 重 传 感 器 实 施测 量 ， 当达 到预定 重量 时 ， 关 闭缓 冲仓 下 面的配 料闸门， 待稳定后实施静态精确称重 ； 当确定车辆对 位 后 ， 开启定 量仓 下 的装车 闸 门 ， 物料 通过 定量仓 下 的伸缩 中部 槽将 物料 装 入 车 厢 ， 同时 启 动平 车布 料 装 置 ， 将 物料 均匀 分布 在车 厢 内 ， 形成梯 形 堆积 。装 车完成后 ， 关闭闸门， 缓冲仓下无尘平板闸门自动打 开进行第 2次配仓、 称重 、 计量循环作业 ， 排队中的 空车 车辆连 续进 入 装 车 位 置 。每 装 完 一辆 车 ， 打 印 机 可 随即打 印 出含净 重量 等数 据 的装 车磅 单 。 1 ． 4 自适 应 自动布料 和 平车 工 艺 采用创新的平车布料工艺设计了一种可升降底 部输 料 的链 板式 输 送 机 作 为装 车 装 置 ， 长 度 可 以涵 盖 目前 最长 的运 煤汽 车 ， 链 板后 底板 安装 插板 ， 可 根 据车 箱长度 调 节开 度 ， 两 侧 沿 刮板 全 长 设 计 符 合 汽 车装 运 的导料槽 。这 种链 板式 自动 装车 装置 安装 在 汽车 车厢 上方 ， 链 板下 方 为梯 形 护 板 ， 汽 车 到 位后 ， 装 车装置 根据 车 厢 高度 ， 下 降 到 车厢 装 车 位 置 。装 车装 置 的人料 口上 部 安 装 有 多节 伸 缩 的 中部槽 ， 可 随链板式 自动装车装置上下升降， 并 保证定量仓下 部与装车装置之间全密封_ 2 ] 。定量仓下料 口正对着 汽 车车 厢的 中间 ， 卸 料 后煤 炭堆 积在汽 车 车厢 中问 ， 并被 护板 挡在 车厢 内。装 车 链 板 分 时匀 速 向车 前 、 后 方转 动 ， 将 堆积 的煤 炭逐 渐展 开 ， 自动装 满整 个车 厢 ， 形成梯形堆积 ， 在导料槽的作用下 完成平车 ， 在 确保 物 料不撒 漏 的 同 时起 到 压 实作 用 ， 实 现 一次 入 位 、 一 次全 自动计 量 和一 次装 车平 车的 目的 。 为避免因装车提升装置故障而使可升降链板式 装 车装 置下 滑 ， 在装 车链板 下放 到位 后 ， 由锁 紧装 置 锁紧 ， 确保装车安全。 2 0 1 5年 第 3期 闫艳 智 能汽 车装 车技 术研 究 1 1 3 2汽 车装 车 系统主 要工 艺参 数 汽车装 车 系统 主要 工艺参 数 有 缓 冲仓 仓 容 Vn 、 定 量仓 仓 容 V 、 配 料 闸 门 和装 车 闸 门 的开 口尺 寸 、 平煤刮板布料长度等 。按 照 2 0 0 0 t ／ h的装车能力 计算 ， 每辆车的装车时间为 7 2 S ， 实际装车时间应不 大于 3 2 S ， 汽 车对 位 时间 为 4 0 S 左 右 。 目前 煤 炭 企 业 主要采 用 三桥 和 四桥车 ， 最 大载 重量 为 4 2 ． 8 t ， 容 积 约为 4 7 m。 ， 长 度 范 围为 4 ． 7 ～ 9 ． 4 ml_ 5 ] ， 因此 ， 可 以确 定 如下 技术 参数 定 量 仓 有 效 容 量 应 大 于 车 厢 载 重 量 ， 即 Va 5 O t [ 。 为保 证 连 续装 车 ， 缓 冲仓 有 效 容量 应 是 车 厢载 重 量 的 3 ～ 4 倍 ， 即 2 0 0 t 。 平 煤刮 板 布 料 长度 应 满 足 最 大有 效 车 场要 求 ， 确定 为 9 m。 根据 装 车时 序 的 要 求 ， 按 4 0 t ／ 车计 算 ， 有 效 装 A 九 车时f Bl为 3 0 s ， 则 要 求 装 车 闸 门流 量 Q≥ t- k 一 U u 1 ． 3 3 t ／ s ， 据此 确定 装 车 闸 门及 相 应 定 量 仓 下 开 口 尺 寸为 1 0 0 0 mm1 0 0 0 mm 方 口 ， 闸 门通 过流 量 为 1 ． 6 2 t ／ s 。 按照汽车对位时间为 4 0 S 计算 ， 要求配仓时间 在 4 0 S内， 为满足配仓速度及精确要求 ， 可选用 2 ～ 4台 同样 的闸 门完成 配仓 作业 。 3智能 装 车控 制技 术 本 文将 模 糊 控 制 与 学 习型 神 经 网络 相 结 合 ， 提 出了快速配料的模糊神经控制方法 ， 使装车控制系 统既具备处理模糊信息的功能， 又具有 自学习功能 ， 能有效控制配料误差 ， 提高装 车速度 ， 满 足煤矿准 确 、 快 速装 车 的生产 需要 。 控 制 方案 第 1阶段 采 用 质 量 控 制 方 法 粗 配 ， 第 2阶段采用模糊控制方法精配。先随机设置神经 网络 的连 接权 值 和 阈值 初 始 值 ； 按 设 定 增 幅 由小 到 大依 次控 制各 个 闸 门 开度 进 行 训 练 ， 计 算 网络 输 出 与实 际装 车增 量 的误 差 ， 按 减小 误 差 原 则 调 整 网络 的各个连接权值 ； 重复以上步骤 ， 直到误差达到要求 为止 ， 最终求 出神经元特性 函数。 4 智 能汽 车调 度管 理 系统 智 能汽 车调 度管 理 系统是 对射 频 卡调 度系统 的 发展和升级 。由于装车站附近停留等待装车的车辆 比较多 ， 车 辆所 装物 料 品种不 同 ， 所属 客户 和物 流公 司不 同 ， 汽 车装 车 中 的车 流 调 度 已成 为提 升 装 车 效 率 的必不 可少 的环 节之 一 。 装车车辆必须在结算 中心登记注册 ， 一车一卡 随车 携带 ， 规定 无 卡 货 车 不 得 入 矿装 运 。智 能 调 度 与装 车 流程 ① 空车 持 卡 到达 门岗人 口； ② f 1 卫 检 查车辆证件 ， 放入车辆 ； ③ 调度中心按 发运计划 自 动 分配 车道 、 装 车点 ； ④ 空车 前 往指 定候 车 区等候 ； ⑤ 各 装车 点根 据忙 闲状 态 ， 自动 向调度 中心服 务器 请 求车 辆 ， 调度 中 心通 过 网络 给候 车 区发 送 调 车指 令 ； ⑥ 候车区收到指令， 通过广播和 L E D显示告知 司机 ， 并抬 起 出 口挡 车器 放 行 ； ⑦ 空 车 前 往 指 定 装 车点 ， 车辆 识别 设 备 自动获 取 来 车 身份 并 启 动 装 车 控制系统 ； ⑧ 装车点 自动定量装车并抓拍 图像上传 至调 度 中心 数 据 库 ； ⑨ 装 车 点 出 口 L E D 显示 屏 提 示当前车辆装车、 目的地信息 ， 装车完毕； ⑩ f 1 卫检 查 ， 车辆 识别 设备 自动获取 来 车身份 ， 确认 身份 后放 行 车辆 。 智 能汽 车调 度管 理 系统采 用 了基 于 R F I D原理 的远距离车牌识别 技术。为了实现司机不停 车通 行 ， 选 用 了远距 离抗 干扰 能力 强 的读 卡 器及射 频 卡 。 在实 际 应 用 中 ， 感 应 距 离 为 0 ～ 1 0 m 可 调 ， 支 持 T C P ／ I P网络 接 口 ， 可 抗 读 卡 器 相 互 干 扰 及 手 机 基 站 干扰 。 5 结语 分 析 了铁 路 装 车 和 汽车 装 车 的差 异 ， 介 绍 了汽 车装车 系统 工艺 流程 、 自适 应 自动布 料 和平车 工艺 ， 并 对其 主要 工艺 参数 进行 了设 计 。采用 智能汽 车装 车技术可实现快速 、 精确 、 均匀平整 的 自动装 车， 防 止运输 过 程物 料损 耗和 环境 污染 ， 确保 运输安 全 。 参考文献 [ 1 ] 蒋伟． K S S快 速定 量 装 车站 在 顾桥 矿 选煤 厂 的应 用 [ J ] ． 煤炭加工与综合利用 ， 2 0 0 5 5 5 - 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