張雷 劉輝 鄒文杰 張彤陽 麻彬彬

中車西安車輛有限公司 陜西西安 710086

頂開式集裝箱采用抓斗進(jìn)行卸料時，往往經(jīng)過多次抓取后，箱內(nèi)依然殘留大量礦粉，必須采用人工進(jìn)行二次清理收集，整體而言，耗費人力，生產(chǎn)效率低，不便于數(shù)據(jù)采集。此外，礦粉清理時容易飛揚，現(xiàn)場環(huán)境惡劣，危害工人健康。為解決上述問題本文針對頂開式集裝箱，設(shè)計了一套專用的翻轉(zhuǎn)卸料清洗方案，從而實現(xiàn)高效、高自動化、高安全性的卸料清洗過程。

1 設(shè)計要求

卸料清洗方案要求實現(xiàn)自動化卸料，每班（8小時）完成集裝箱卸料40箱以上，可自動識別集裝箱編號，自動測量并記錄滿載與空載時重量，自動識別并清洗未卸凈集裝箱，相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與處理。

2 卸料清洗方案設(shè)計

為實現(xiàn)上述功能，本方案設(shè)有一間總控制室，以及一間卸料廠房和一間清洗廠房，廠房內(nèi)分別設(shè)有工作人員專用的操作室。

2.1 廠房布局

2.1.1 卸料廠房布局

圖1 集裝箱卸料廠房布局圖

集裝箱卸料廠房布局如圖1所示，廠房全長75m，寬30m。廠房內(nèi)配置有一條軌道，一間操作室，兩臺龍門吊，四臺翻轉(zhuǎn)裝置，每臺翻轉(zhuǎn)裝置配有相應(yīng)的裝卸蓋裝置和液壓泵站，翻轉(zhuǎn)裝置下設(shè)有地坑，地坑內(nèi)設(shè)有礦粉傳輸線。每次卸料時牽引入5輛平車共10臺集裝箱。

2.1.2 清洗廠房布局

卸料后僅要求對殘余礦粉較多的集裝箱進(jìn)行清洗并非逐臺清洗，故清理廠房僅配置一臺龍門吊，兩臺翻轉(zhuǎn)裝置及對應(yīng)的裝卸蓋裝置、液壓泵站及清洗裝置，翻轉(zhuǎn)設(shè)備下設(shè)有用于引導(dǎo)清洗殘液的水槽，與回收池連通。

2.2 卸料工作過程

（1）集裝箱由平車運輸駛?cè)胄读蠌S房，平車停穩(wěn)后通過龍門吊將集裝箱吊裝到翻轉(zhuǎn)裝置。

（2）集裝箱落入翻轉(zhuǎn)工位后，通過工業(yè)相機(jī)識別集裝箱編號，集裝箱放置平穩(wěn)后對其稱重，并存儲稱重數(shù)據(jù)，隨后開啟夾緊裝置，液壓系統(tǒng)夾緊集裝箱，以防止翻轉(zhuǎn)過程中集裝箱掉落。

（3）開啟裝卸蓋裝置，首先將蓋垂直向上提起，然后水平移動將蓋移到不影響卸料的位置。

（4）啟動主電機(jī)，開始旋轉(zhuǎn)卸料平臺，為保證卸料平臺的穩(wěn)定性、卸料過程的平穩(wěn)性和節(jié)省卸料時間，前180°低速旋轉(zhuǎn)，卸凈后高速回轉(zhuǎn)180°。

（5）啟動裝卸蓋裝置，按反方向運行，蓋上集裝箱箱蓋。

（6）液壓夾緊機(jī)構(gòu)松開集裝箱，系統(tǒng)平穩(wěn)后進(jìn)行稱重，講該質(zhì)量數(shù)據(jù)與提前錄入的該箱空箱質(zhì)量進(jìn)行對比，差值超過設(shè)定值則判斷為需要清洗，此時系統(tǒng)自動記錄集裝箱編號，完成后提示自動卸料過程結(jié)束。

（7）龍門吊將集裝箱吊回平車。

2.3 清洗工作過程

（1）卸料后的集裝箱通過平車運輸駛?cè)肭逑磸S房，通過工業(yè)相機(jī)識別集裝箱編號，與需要清洗的集裝箱編號對照，篩選出需要清洗的集裝箱，并將編號傳輸給操作室。

（2）需要清洗的集裝箱通過吊裝、夾緊、卸蓋、翻轉(zhuǎn)180°后，三維清洗噴頭伸入箱內(nèi)，系統(tǒng)加壓，開始清洗，清洗過程中噴頭按照預(yù)先設(shè)定好的程序自動運行，確保內(nèi)腔清洗達(dá)到最佳效果。

（3）清洗完成后噴頭移動回原位置，稍停，待集裝箱內(nèi)的清洗液流凈后，集裝箱回轉(zhuǎn)180°，熱風(fēng)烘干，裝蓋，夾緊裝置松開，最后吊離清洗工位。

（4）清洗殘液通過水槽流入回收池，經(jīng)過過濾、沉淀，定期對回收池的礦粉進(jìn)行收集。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

卸料清洗方案采用的控制系統(tǒng)分為總控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、卸料線控制系統(tǒng)和清洗線控制系統(tǒng)。

3.1 總控制系統(tǒng)

總控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)向卸料線控制系統(tǒng)以及清洗線控制系統(tǒng)下達(dá)生產(chǎn)指令，并接收、儲存卸料線控制系統(tǒng)、清洗線控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理上傳的數(shù)據(jù)。

3.2 卸料線控制系統(tǒng)

卸料線控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收總控制系統(tǒng)下達(dá)的生產(chǎn)指令，并輸出信號控制卸料線工作；所述卸料線包括集裝箱吊裝設(shè)備、裝卸蓋設(shè)備、翻轉(zhuǎn)設(shè)備；控制壓力傳感器采集集裝箱卸料前和卸料后的重量信息；控制卸料線工業(yè)相機(jī)采集集裝箱的圖像信息，并將重量信息和圖像信息傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

3.3 清洗線控制系統(tǒng)

清洗線控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收總控制系統(tǒng)下達(dá)的生產(chǎn)指令，并輸出信號控制清洗線工作；所述清洗線包括工業(yè)相機(jī)、吊裝設(shè)備、裝卸蓋設(shè)備和清洗設(shè)備等。

3.4 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對工業(yè)相機(jī)獲取的圖像信息進(jìn)行處理，識別出集裝箱的編號，獲取壓力傳感器傳輸?shù)男读锨昂笾亓繑?shù)據(jù)，采用稱重算法對重量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計算出集裝箱卸載掉的貨物質(zhì)量，提前按編號錄入集裝箱的空載出廠質(zhì)量，對比卸載后質(zhì)量與出廠質(zhì)量從而判斷是否需要清洗，同時將數(shù)據(jù)和對應(yīng)的集裝箱編號上傳總控制系統(tǒng)并儲存。

4 主要功能的實現(xiàn)及相關(guān)設(shè)備

4.1 集裝箱翻轉(zhuǎn)裝置

集裝箱翻轉(zhuǎn)裝置可將集裝箱往復(fù)翻轉(zhuǎn)180°，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，裝置外形尺寸（長、寬、高）11m×8m×7.8m，左端為主動端設(shè)有電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)，工作臺上設(shè)有斜面定位導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，方便集裝箱快速落入，落穩(wěn)由液壓夾緊機(jī)構(gòu)夾緊集裝箱的四個角件，工作臺內(nèi)還設(shè)有壓力傳感器，對卸料前后的重量進(jìn)行測量。

圖2 集裝箱翻轉(zhuǎn)裝置

4.2 裝卸蓋裝置

裝卸蓋裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示，由門型框架、X軸運動組件、Z軸運動組件和電磁吸盤組成。X軸最大行程2.4m，Z軸最大行程1.5m，兩個方向的運動均通過電機(jī)、減速機(jī)、齒輪、齒條實現(xiàn)。

4.3 集裝箱識別

在集裝箱外框上噴涂有不同的編碼，落穩(wěn)后工業(yè)相機(jī)自動進(jìn)行拍照，圖片信息上傳至信息處理系統(tǒng)，采用數(shù)字圖像處理技術(shù)提取集裝箱對應(yīng)的編碼。

4.4 清洗功能的實現(xiàn)

清洗線控制系統(tǒng)采用PLC控制，高壓供水系統(tǒng)提供清洗用水，清洗執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用三維清洗噴頭，可實現(xiàn)集裝箱內(nèi)壁的全面清洗，清洗完成后由熱風(fēng)烘干系統(tǒng)對集裝箱進(jìn)行烘干。

圖3 集裝箱裝卸蓋裝置

5 結(jié)語

本文設(shè)計了裝運礦粉的頂開式集裝箱卸料清洗方案，實現(xiàn)了集裝箱編碼自動識別，翻轉(zhuǎn)卸料前后自動稱重，采用電磁吸盤式的裝卸蓋裝置大幅度提高了裝卸蓋效率，卸料線每班工作8小時可完成40臺以上集裝箱卸料。整條生產(chǎn)線可實現(xiàn)作業(yè)區(qū)域無人化，生產(chǎn)效率高、安全性好、貨物卸凈率高。