王阳冰 杨孟江
河北港口集团有限公司技术设备部
摘 要：针对冬季翻车机作业中冻煤与车皮粘连，不易翻卸的问题，以秦皇岛港实际情况为例，阐述了常见的清冻车设备使用状况及存在的问题，给出了解决翻车机冻车翻卸的建议。
关键词：冻煤； 冻车； 翻车机； 磁脉冲振打
秦皇岛港是我国重要的煤炭外运下水港，承担着近一半的沿海煤炭一次下水量。每年从山西、陕西、内蒙开采的煤炭，经由大秦线的运输从此处下水。由于运输路线远，周期长，途经地冬季气温较低，煤炭易冻结于车皮内壁，造成冬季翻车作业时难以翻卸，一方面出现较大的亏吨现象，煤企蒙受相当大的损失，另一方面大块冻煤的翻卸还易造成堵斗，需要人工进行疏通，不仅翻卸效率低，也给装卸作业带来安全隐患。基于以上情况，如何有效清理冻车，最大限度地翻卸冻煤，成为秦皇岛港冬季生产作业关注的重点。
煤炭开采过程中会产生大量的煤炭粉尘，易诱发尘肺病加速机电设备磨损，缩短精密配件的使用寿命，甚至会引发爆燃等安全事故。为了减少空气中粉尘的含量，开采过程中会对空气中和设备上的粉尘进行喷水处理。另外，为了满足不同客户和市场对煤炭的需求，大部分的煤炭运销企业会对煤炭进行洗选加工，以提高煤炭的其他附加价值，煤炭在深加工过程中要进行水洗选炭，需要使用大量的水对煤炭进行冲洗。这些过程都会使煤炭产生一定的含水率。
冬季煤炭是否冻结，以及冻结的程度，主要取决于煤的含水率和环境气温。在天气比较寒冷时，经历了较长时间运输的煤炭容易产生冻结现象。冬季含水煤炭冻结与气温之间的关系见表1。
表1 湿冻煤冻结程度与气温的关系
含水率/%气温/℃-12-18-254不冻不冻不冻5不冻不冻微冻结6微冻结微冻结冻结8冻结冻结冻结10冻结冻结冻结
秦皇岛港运输的煤炭，因其含水量高，如平朔、同煤、神华、伊泰等煤企的货源，部分煤种含水量在13%～25%之间，冬季运输极易发生煤炭冻结的现象，造成卸车困难。
3.1 翻车机磁脉冲振打设备
秦皇岛港翻车机现有车皮振打设备主要是磁脉冲振打设备。该装置安装在翻车机转子上，在倾翻侧及非倾翻侧成对称排布。翻车机转动过程中，首先给脉冲电容器一段时间的充电，将电能存储在电容器中，然后使电容器短路放电，通过换能器瞬时转变成一个短而强的应力脉冲作用于车厢壁，使得车皮上的冻煤与车皮分离，再依靠翻车机与料斗之间的高度差，使冻煤与其他煤块在重力的作用下一同落入料斗。
秦皇岛港煤炭公司磁脉冲装置使用情况见表2。磁脉冲振打设备在实际使用和维修过程中，存在噪声大、振打效果不佳、故障率较高、维护成本较高等诸多问题。
表2 各公司磁脉冲装置情况
单位安转磁脉冲翻车机磁脉冲振打头数量振打头故障数量二公司2246六公司29665七公司314444九公司313878
磁脉冲振打设备故障发生率较高，主要原因是磁脉冲振打头部铝片脆弱易损坏，电容器、线圈易烧毁。因翻车机加装磁脉冲振打设备的年份不同，各磁脉冲设备互换性较差，其主要易损部件低温电容器及磁脉冲振打头上的铝板均不能通用，且安装维修费用较高。磁脉冲振打头购买价格约为20 000元/个，维修价格约为5 000元/个，控制箱购买价格为150 000元/个。同时，供货周期较长，维修磁脉冲头一般需要1～2周时间，新购置磁脉冲头甚至需要半年左右。
从实际应用情况来看，磁脉冲装置振打效果并不理想，设备使用环境具有局限性，当温度在-10 ℃以上时，煤炭冻结不严重的情况下，磁脉冲设备能够正常发挥作用，当温度降至-10 ℃以下，煤炭冻结与车皮粘连较严重，磁脉冲设备无法有效清除车中冻煤。
3.2 解冻库
除磁脉冲振打设备，秦皇岛港还探索过通过解冻库提高冻车温度，将冻煤解冻再进行翻车作业的方式。在二公司煤一期翻车机的建设过程中，配套建有一座解冻库，采用电阻丝加热的方法，预先对冻车进行加热解冻，待解冻完成后再进行卸车作业。但是在实际使用中存在一些问题：解冻的成本太高，所消耗的电费与当时的作业费用相当；受铁路车型构造限制，解冻库内温度不能过高，一般在70 ℃左右，解冻时间过长(一次解冻冻厚400 mm的车皮使之达到翻卸要求大概需要13 h)，在试用过程中还出现了温度过高损坏铁路车辆底部橡胶、风管等元件的事故。解冻库一直没有正式投入使用，后对其进行了拆除。
3.3 其他防冻车方法
国内外其他防冻车方法主要有：加热保温法、表面改材法、柔性仿生法、喷洒防冻剂法。其中，加热保温法是通过在车皮上加装加热管，运输途中不断加热以达到保温效果。能耗过高；表面改材法是使用新型的材料替换现有车皮表面，造成本高，耐用性差；柔性仿生法是通过对生物柔性体表结构的研究，选取适当仿生材料与结构形式开发的一种新型防冻粘技术，尚处于实验室试验阶段，无法用于实际生产。
目前，大秦线普遍使用的是喷洒防冻剂法，所使用的防冻液是一种环保安全的无色透明液体。防冻剂具有较低的冰点，可作为水的冰点调节剂，使得在不是很低的温度下，水不会结冰。通过改变冰的晶体结构、结晶形状，使冰晶的分子间结合力减小，以降低冰的强度，使得冻煤与车皮之间的粘结力不足以克服自身重力，从而在翻车机翻卸时，利用煤块自重或配合其他振打设备完成冻车翻卸。对不同环境下的不同含水率的煤炭进行防冻液的喷洒，能有效防止冻车现象。但因为喷洒防冻液的设备、工作人员对防冻液喷洒技术和操作流程的掌握程度不同，效果也会不同。
针对现有应对冻车方法中存在的问题，提出如下建议：
(1) 追本溯源，从冻煤发生的源头上进行控制。煤企、货主应在冬季易发生冻车的时间段，调整煤质或向含水率高的煤炭中掺入干煤，降低煤种含水率，以减少冻车的发生。
(2) 适时适量地增加防冻液的喷洒量。煤炭企业在装车时，应加大对防冻液喷洒工作的管理力度，规范操作，增加防冻液的喷洒量，减少煤炭亏吨。
(3) 做好翻车机磁脉冲振打设备的维修保养工作，对磁脉冲振打设备的配重进行合理改造，提高翻车机车皮振打设备的使用寿命。同时，积极探索其他形式的技术改造，诸如安装振打电机替换原有磁脉冲振打设备，以减少维护费用，提高清煤效果。
参 考 文 献：
[1] 张立斌,海锦涛,王勇，等.电磁脉冲振动清车技术的研究[J].煤炭学报，1997(4):197-200.
[2] 张伟，亢继周.关于冬季防冻车工作的探索与思考[C].北京：中国铁道学会，2012：61-65.
王阳冰： 066000，河北省秦皇岛市海港区海滨路35号
Research on the Frozen car Clearing Technology of the Car Dumper
Wang Yangbing Yang Mengjiang
Technology and Equipment Department of Hebei Port Group Co.,Ltd.
Abstract：In view of existing circumstances that frozen coal is adhered to a wagon and it can not be dumped easily in winter, the common usage state of the devices and problems occurred in ordinary operation are described. The suggestions on solving the dumping problems of the frozen car for the car dumper are provided.
Key words：frozen coal; frozen wagon; car dumper; electromagnetic pulse vibration
收稿日期：2016-11-28
DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2017.02.015
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