專利名稱：三批次煤炭裝載系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)涉及一種用于將煤碳或其他顆粒材料裝載到運(yùn)動(dòng)列車的火車車廂中的精確裝載系統(tǒng)，特別涉及一種多批次系統(tǒng)和方法，它能夠以更小的設(shè)備成本也就是更廉價(jià)地獲得可接受的高裝載率。
出于經(jīng)濟(jì)原因，很希望將火車車廂精確地裝載到與各個(gè)車廂的各自最大承重能力非常接近的目標(biāo)重量?；疖囓噹d是不希望的，因?yàn)檫@可能造成設(shè)備損壞。而未滿載也是不希望的，因?yàn)榛疖囓噹哪芰](méi)有充分發(fā)揮出來(lái)，可能導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。
如Campbell等人的美國(guó)專利第4,629,392所述，用于向火車車廂裝載煤碳的一般已知裝載系統(tǒng)包括一個(gè)位于相對(duì)較小的稱重倉(cāng)上方的相對(duì)較大的緩沖倉(cāng)。緩沖倉(cāng)下方是一個(gè)受控的加料門，用于從緩沖倉(cāng)向稱重倉(cāng)裝載多批煤碳。稱重倉(cāng)被裝載單元機(jī)械支撐，這樣就能檢測(cè)稱重倉(cāng)和其中包含的煤碳的重量。稱重倉(cāng)下方是一個(gè)受控的卸料門，用于當(dāng)火車車廂經(jīng)過(guò)時(shí)，通過(guò)裝載斜槽將煤碳從稱重倉(cāng)排出到火車車廂內(nèi)。緩沖倉(cāng)由一個(gè)傳輸系統(tǒng)供應(yīng)，所述傳輸系統(tǒng)基本上以與運(yùn)動(dòng)列車的連續(xù)火車車廂的平均裝載速率相應(yīng)的傳輸速率連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)列車則穿過(guò)裝載系統(tǒng)的下方，所述運(yùn)動(dòng)列車在諸如每小時(shí)1/2英里到1英里(0.8km/hr到1.6km/hr)的速度下運(yùn)行。
在已知的一般煤碳裝載系統(tǒng)工作過(guò)程中，加料門打開以從緩沖倉(cāng)向稱重倉(cāng)裝載一批煤碳，所述煤碳的重量等于要裝載到各個(gè)火車車廂中的裝載煤碳的目標(biāo)重量，從而形成一批稱重煤碳。然后，隨著火車車廂到達(dá)稱重倉(cāng)和裝載斜槽下方的適當(dāng)位置，卸料門打開，開始從稱重倉(cāng)向火車車廂傾卸那批稱重的煤碳。理想的是，煤碳連續(xù)流進(jìn)火車車廂，從前部到后部將每一火車車廂均勻充滿。
作為例子，已知的一般裝載系統(tǒng)在每小時(shí)6,000噸(每小時(shí)5,400公噸)的速率下對(duì)移動(dòng)的列車裝載。為了對(duì)具有120噸(109公噸)的承載能力的火車車廂裝載，可以采用130噸(118公噸)的稱重倉(cāng)和300噸(272公噸)的緩沖倉(cāng)。這樣，當(dāng)火車車廂通過(guò)裝載系統(tǒng)下方時(shí)，緩沖倉(cāng)的承載能力足以以連續(xù)批次的煤碳可靠和快速地加滿稱重倉(cāng)，而從不變空。向緩沖倉(cāng)供應(yīng)煤碳的傳送帶在列車裝載時(shí)連續(xù)運(yùn)行，并在每小時(shí)諸如6,000噸(每小時(shí)5,400公噸)的速率下傳送煤碳。
為了減小緩沖倉(cāng)和稱重倉(cāng)的儲(chǔ)存能力及其尺寸和費(fèi)用，以前已經(jīng)采用了兩批次和四批次裝載系統(tǒng)。在兩批次系統(tǒng)中，隨著每一火車車廂經(jīng)過(guò)裝載系統(tǒng)下方，第一批煤碳從稱重倉(cāng)中傾卸。在稱重倉(cāng)卸空后而煤碳還從卸載斜槽流出時(shí)，稱重倉(cāng)從緩沖倉(cāng)再次裝載，以形成第二批次。接著第二批次傾卸到相同的火車車廂中。加到特定重量的第二批次煤碳的裝載精度決定了火車車廂的裝載精度。在四批次系統(tǒng)中，隨著每一火車車廂經(jīng)過(guò)裝載系統(tǒng)下方，除了最初的批次以外，稱重倉(cāng)重新裝載3次。加到特定重量的第四批次煤碳的裝載精度決定了火車車廂的裝載精度。
但是，已知的多批次煤碳裝載系統(tǒng)遇到了大大降低裝載率的問(wèn)題。例如，兩批次系統(tǒng)可具有在每小時(shí)3,000噸(每小時(shí)2,700公噸)速率下的裝載能力，而四批次系統(tǒng)僅具有在每小時(shí)2,000噸(每小時(shí)1,800公噸)速率下的裝載能力。多批次系統(tǒng)受多種因素的限制，包括以連續(xù)的批次加滿稱重倉(cāng)而不會(huì)中斷從卸載斜槽流入每一火車車廂中的連續(xù)煤碳流的所需時(shí)間的限制。
這樣，就需要裝載系統(tǒng)能夠在列車以一恒定速率移動(dòng)時(shí)均勻地在每一火車車廂中裝載全部需要量的煤碳。這一需要特別限制了多批次裝載系統(tǒng)，該系統(tǒng)必須能夠在流入火車車廂的煤碳流中不產(chǎn)生間隙的情況下形成和稱量連續(xù)批次的煤碳。對(duì)于兩批次系統(tǒng)，很難在火車車廂移動(dòng)時(shí)根據(jù)所需批量的大小足夠快地形成第二批次煤碳，以避免在流入火車車廂的煤碳流中產(chǎn)生間隙，這是因?yàn)榈诙我浅＞_地建立。通常，對(duì)于多批次裝載系統(tǒng)，隨著最終批次的尺寸增加，裝載率以及列車速度降低，因?yàn)樾枰嗟臅r(shí)間精確地形成所述批量，這將在下文描述。但是，對(duì)于四批次系統(tǒng)的限制是列車速度不可能恒定，因?yàn)檩^少的第一批次煤碳足以填滿火車車廂的前部，這就可能在第二批的煤碳的形成和卸料時(shí)，必須使列車放慢或停下。
因此，為了減少所需設(shè)備的尺寸和費(fèi)用，就需要有一個(gè)裝載系統(tǒng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)多批次裝載，并能夠獲得與單批次系統(tǒng)接近的裝載速率。
本發(fā)明的實(shí)施例采用了三批次方法。有些意外的是，在快速、精確火車車廂裝載系統(tǒng)的詳細(xì)動(dòng)力檢測(cè)期間，發(fā)現(xiàn)通過(guò)選用適當(dāng)批量以及貨艙尺寸，采用本發(fā)明的三批次系統(tǒng)能夠獲得明顯高于兩批次或四批次系統(tǒng)的裝載率，甚至接近于單批次系統(tǒng)，但是與單批次系統(tǒng)或兩批次系統(tǒng)相比，設(shè)備的費(fèi)用更低。在構(gòu)成經(jīng)濟(jì)有效的三批次裝載系統(tǒng)時(shí)要考慮選擇貨艙尺寸和多種因素，下文將詳細(xì)描述。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一種用于對(duì)移動(dòng)列車的連續(xù)火車車廂分別裝載目標(biāo)重量的顆粒材料(例如煤碳)的裝載系統(tǒng)，包括一個(gè)緩沖倉(cāng)和一個(gè)位于緩沖倉(cāng)下方的稱重倉(cāng)。至少有一個(gè)傳感器與稱重倉(cāng)相連，用于測(cè)量稱重倉(cāng)和其中包含的顆粒材料的重量，傳感器具有稱重傳感器輸出。稱重倉(cāng)下方設(shè)置有一個(gè)具有排出端的裝載斜槽，用于從稱重倉(cāng)將顆粒材料傳送到火車車廂內(nèi)。為了從緩沖倉(cāng)將成批的顆粒材料裝載到稱重倉(cāng)內(nèi)，還提供了一個(gè)受控的加料門，并且為了從稱重倉(cāng)卸載顆粒材料，還提供了一個(gè)受控的卸料門?？刂破髋c用于確定稱重倉(cāng)及其包含的顆粒材料的重量的傳感器輸出相連，并與用于控制稱重倉(cāng)裝載量的加料門相連，并與用于控制稱重倉(cāng)的卸載量的卸料門相連。
當(dāng)各個(gè)火車車廂接近裝載斜槽時(shí)，控制器可受操縱以打開加料門，同時(shí)監(jiān)測(cè)重量傳感器的輸出，以將稱重倉(cāng)裝載第一批稱重后的材料。第一批稱重材料足以填滿各個(gè)火車車廂的前部，直至材料達(dá)到裝載斜槽的排出端，使得從裝載斜槽流出的后續(xù)材料流被各個(gè)火車車廂向前的運(yùn)動(dòng)控制，并在裝載斜槽中留下足夠量的材料，以在稱重倉(cāng)卸空第一批材料并且稱重倉(cāng)裝載第二批材料以及關(guān)閉卸料門這段時(shí)間之間的間隔內(nèi)保持流入各個(gè)火車車廂的材料流連續(xù)?？刂破鬟€可受操縱以打開卸料門，然后當(dāng)稱重倉(cāng)卸空時(shí)關(guān)閉卸料門。在第一批材料從裝載斜槽流入各火車車廂時(shí)，控制器還可受操縱以打開加料門，同時(shí)監(jiān)測(cè)稱重傳感器的輸出，以向稱重倉(cāng)裝載第二批稱重材料。第二批材料的重量是在第一批稱重材料裝載到各個(gè)火車車廂之后要達(dá)到各個(gè)火車車廂的目標(biāo)重量所需的剩余材料重量的一部分，第二批稱重材料還在裝載斜槽中留下足夠的材料，足以在稱重倉(cāng)卸空第二批材料并且稱重倉(cāng)裝載第三批材料以及關(guān)閉卸料門這段時(shí)間之間的間隔內(nèi)保持流入各個(gè)火車車廂的材料流連續(xù)?？刂破鬟€可以受操縱以再次打開卸料門，并在稱重倉(cāng)卸空時(shí)關(guān)閉卸料門。在第二批材料從裝載斜槽流入各火車車廂時(shí)，控制器還可受操縱以打開加料門，同時(shí)監(jiān)測(cè)稱重傳感器的輸出，以向稱重倉(cāng)裝載第三批稱重材料，然后關(guān)閉加料門，最好是逐級(jí)關(guān)閉以使第三批材料能夠比第一和第二批材料更精確地裝料。第三批材料的重量是在第一和第二批稱重材料裝載到各個(gè)火車車廂之后要達(dá)到各個(gè)火車車廂的目標(biāo)重量所需的重量。控制器還可受操縱以再次打開卸料門，并在稱重倉(cāng)卸空時(shí)關(guān)閉卸料門。
該裝載系統(tǒng)及其對(duì)應(yīng)的方法具有許多優(yōu)點(diǎn)。與單批次裝載系統(tǒng)相比，僅需要更小的設(shè)備，這就降低了費(fèi)用。采用本發(fā)明的三批次系統(tǒng)能夠以每小時(shí)6,000噸(每小時(shí)5,400公噸)的速率裝載煤碳，這樣所耗費(fèi)的費(fèi)用明顯低于同樣卸載能力的單批次裝載系統(tǒng)的費(fèi)用。與包括300噸(272公噸)緩沖倉(cāng)和130噸(118公噸)稱重倉(cāng)的單批次系統(tǒng)相比，本發(fā)明可在包括150噸(136公噸)緩沖倉(cāng)和45噸(41公噸)稱重倉(cāng)的系統(tǒng)中實(shí)施。另外，由于采用了較小的緩沖倉(cāng)和稱重倉(cāng)，整個(gè)高度降低了，例如高度降低了20英尺(6米)，這樣就可以用更短的輸送系統(tǒng)來(lái)向緩沖倉(cāng)供料，這節(jié)省了大約60英尺(18米)的傳送帶長(zhǎng)度，從而降低了初始資金和后來(lái)的運(yùn)行費(fèi)用，而且將煤碳填滿緩沖倉(cāng)所需的電力也更少了。
實(shí)施本發(fā)明的三批次系統(tǒng)獲得了比兩批次或四批次系統(tǒng)更高的卸載率，甚至接近單批次系統(tǒng)的卸載率，但是與單批次或兩批次系統(tǒng)相比，明顯降低了設(shè)備費(fèi)用。


圖1是實(shí)施本發(fā)明的裝載系統(tǒng)的簡(jiǎn)略示意圖；圖2表示了在操作過(guò)程中，隨著要被裝載的火車車廂靠近，稱重倉(cāng)裝載了第一批煤碳時(shí)的狀態(tài)；圖3表示了第一批煤碳卸到原本空倉(cāng)的火車車廂中；圖4表示了在操作過(guò)程中，稱重倉(cāng)中的第一批煤碳卸空而煤碳仍保留在裝載斜槽中的狀態(tài)，此時(shí)煤碳將車廂的前部填充直至裝載斜槽的排出端以形成“插入流狀態(tài)”(″plugged flow condition″)；圖5表示了在操作過(guò)程中，在稱重倉(cāng)中裝載了第二批煤碳時(shí)的狀態(tài)；圖6表示了在操作過(guò)程中，稱重倉(cāng)中的第二批煤碳卸空而煤碳仍保留在裝載斜槽中并保持“插入流狀態(tài)”時(shí)的狀態(tài)；
圖7表示了在操作過(guò)程中，在稱重倉(cāng)中裝載了第三批煤碳時(shí)的狀態(tài)；和圖8表示了第三批煤碳被排出。
首先參見圖1，圖示裝置表示了一個(gè)裝載系統(tǒng)，總體以序號(hào)20指示，用于對(duì)移動(dòng)列車28上的諸如各個(gè)車廂22、24和26等連續(xù)火車車廂進(jìn)行裝載，所述車廂上帶有顆粒材料構(gòu)成的各目標(biāo)貨物，在本實(shí)施例中所述顆粒材料是煤碳。(通常，煤碳本身僅在圖2-8中加以表示，這些圖表示了裝載系統(tǒng)20的操作方式，如下所述。)在圖1所示的方向上，如箭頭30所示，列車28從左向右移動(dòng)，列車移動(dòng)速率大致保持在每小時(shí)二分之一英里到每小時(shí)一英里(0.8km/hr到1.6km/hr)范圍內(nèi)的恒定速率，同時(shí)煤碳被裝載到各個(gè)火車車廂22、24和26中。這樣，各個(gè)火車車廂24具有一前部32和一后部34。在圖1中，火車車廂22被加滿，火車車廂24正在裝載，而火車車廂26是空的，它正接近裝載系統(tǒng)20。作為實(shí)施例并且并非是限制性的，每一火車車廂22、24和26都具有能裝載120噸(109公噸)煤碳的容積。
裝載系統(tǒng)20包括一個(gè)傳統(tǒng)構(gòu)造的緩沖倉(cāng)40，并通過(guò)一個(gè)支撐構(gòu)件(未表示)支撐在地面上。作為實(shí)施例且并非限制性的，緩沖倉(cāng)40具有能裝載150噸(140公噸)煤碳的容積，直徑是25英尺(8米)，總高大約是22英尺(7米)，從地面上大約41英尺(12米)延伸到地面上大約63英尺(19米)。
為了將煤碳44基本連續(xù)地供應(yīng)給緩沖倉(cāng)40，提供了一個(gè)傳統(tǒng)傳送帶44形式的顆粒傳送系統(tǒng)44。作為實(shí)施例并且是非限制性的，傳送帶44以下述速率傳送煤碳，即每小時(shí)6,000噸(每小時(shí)5,400公噸)。在向列車28的各火車車廂裝載時(shí)，傳送帶44連續(xù)操作，并且在向列車28的車廂裝載過(guò)程期間，緩沖倉(cāng)40從不完全卸空，如圖2-8所示，這些圖表示了裝載系統(tǒng)20的操作，其中緩沖倉(cāng)40中總盛有煤碳45。仍參見圖1，傳送帶44的進(jìn)給速率是變化的，以與特定列車28裝載期間所需的速率相匹配。
緩沖倉(cāng)40下方有一個(gè)稱重倉(cāng)46，該倉(cāng)也是傳統(tǒng)構(gòu)造的，并通過(guò)支撐構(gòu)件(未表示)支撐在地面上。作為實(shí)施例并且是非限制性的，稱重倉(cāng)46具有能裝載45噸(41公噸)煤碳的容積，直徑是7英尺6英寸(5米)，總高大約是15英尺(4.5米)，從地面上大約24英尺(8米)延伸到地面上大約40英尺(12米)。象傳統(tǒng)方式一樣，稱重倉(cāng)46安裝成使稱重倉(cāng)46和其中包含的煤碳的重量都由至少一個(gè)傳感器48承擔(dān)或傳送給傳感器48例如裝載單元48，所述傳感器48具有稱重傳感器輸出50。在圖1所示的示意圖中，虛線52表示裝載單元48和稱重倉(cāng)46之間的機(jī)械連接，由此可以測(cè)量稱重倉(cāng)46和其中包含的煤碳的重量。
稱重倉(cāng)46下方有一個(gè)伸縮裝載斜槽56，用于從稱重倉(cāng)46向各個(gè)火車車廂內(nèi)傳送煤碳。伸縮裝載斜槽56具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并且具有一個(gè)固定的上部58和一個(gè)可垂直移動(dòng)的下部60，該下部60由包括多個(gè)液壓缸的裝載斜槽促動(dòng)器62通過(guò)由虛線63表示的機(jī)械連接來(lái)控制。裝載斜槽56的下部60具有排出端64，在卸載操作過(guò)程中，煤碳從該端滾落。作為實(shí)施例并且并非是限制性的，裝載斜槽56的橫截面為6英尺(1.8米)見方，并且總高大約是13英尺(4米)，當(dāng)下部60向下完全伸出時(shí)，斜槽56從地面上大約10英尺(3米)延伸到地面上大約24英尺(7米)。裝載斜槽56的下部60具有大約3英尺(1米)的垂直行程，它能夠升到各個(gè)火車車廂24的上邊緣之上以使車廂24的兩端能夠通過(guò)，并且能夠在卸載操作期間下降到各火車車廂24中。
一旦裝載操作開始進(jìn)行，就形成所謂的“插入流狀態(tài)”，下文將參考圖4進(jìn)行描述，火車車廂24在裝載斜槽56下方的部分被煤碳大致填充到裝載斜槽56的排出端64處，使得煤碳從裝載斜槽56滾落到火車車廂24中的流出速率被列車28向前的運(yùn)動(dòng)有效地控制，所述列車28以例如每小時(shí)4,000、5,000或6,000噸(每小時(shí)3,600、4,500或5,400公噸)的速率移動(dòng)。這樣，除了作為導(dǎo)管的作用，裝載斜槽56還具有緩沖作用。在“插入流狀態(tài)”期間，裝載斜槽56完全充滿時(shí)的容量大約是10噸(9公噸)。
為了從緩沖倉(cāng)50向稱重倉(cāng)46卸出成批的煤碳，設(shè)置了一個(gè)受控的加料門70，該門70由模塊化加料門促動(dòng)器72通過(guò)由虛線74代表的機(jī)械連接進(jìn)行操作，所述促動(dòng)器72通常包括多個(gè)液壓缸和相關(guān)的控制閥。加料門70可以是任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)，具有例如兩個(gè)或多個(gè)葉片。為了獲得精確批量，就象下文參照?qǐng)D7所述的那樣，加料門70能夠選擇開口尺寸，以調(diào)整煤碳流入稱重倉(cāng)46的流量，這在已有技術(shù)中是公知的。作為實(shí)施例并且是非限制性的，加料門70的最大開口尺寸為36平方英尺(3.3m2)(6英尺(1.8m)乘以6英寸(1.8m)見方)，并且能在每秒5到7噸(每秒4.5到6.3公噸)的速率下向稱重倉(cāng)46裝載煤碳，從而在大約7秒內(nèi)將稱重倉(cāng)46添加45噸(41公噸)的煤碳。
同樣，在稱重倉(cāng)46下方也有一個(gè)受控的卸料門76，該門76由卸料門促動(dòng)器78通過(guò)由虛線80代表的機(jī)械連接進(jìn)行操作，所述促動(dòng)器80也包括多個(gè)液壓缸和相關(guān)的控制閥。卸料門76可以是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的，具有大約為36平方英尺(3.3m2)(6英尺(1.8m)乘以6英寸(1.8m)見方)，并且能在每秒大約5到7噸(每秒4.5到6.3公噸)的速率下向裝載斜槽56排放煤碳。
裝載系統(tǒng)20還包括一個(gè)控制器80，例如與適當(dāng)編程PC型計(jì)算機(jī)結(jié)合的具有適當(dāng)結(jié)構(gòu)并且編程了的Allen-Bradley控制器。在傳統(tǒng)方式下，控制器80通過(guò)示意線82與重量傳感器輸出50相連，使得稱重倉(cāng)46及其內(nèi)容物的重量能被確定。另外，控制器80通過(guò)示意性控制線84和86與加料門促動(dòng)器72和卸料門促動(dòng)器78相連，從而控制稱重倉(cāng)46的裝料和卸料。通過(guò)與加料門促動(dòng)器62相連的另一條示意控制線88，控制器80對(duì)裝載斜槽56的下部60的升降進(jìn)行控制。很明顯，線82、84、86和88表示任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，使得數(shù)據(jù)和控制信號(hào)能夠連通，這種措施包括諸如基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)多路由技術(shù)以及無(wú)線聯(lián)接。
整個(gè)操作都由操作者90進(jìn)行初始化以及至少是進(jìn)行監(jiān)控操作，該操作者90通過(guò)各個(gè)控制輸入92直接控制所述控制器80的動(dòng)作。控制輸入92表示多種輸入裝置，包括例如鍵盤、按鈕、開關(guān)和操縱桿。
如已有技術(shù)所知，裝載系統(tǒng)20還包括多個(gè)傳統(tǒng)控制元件，例如限位開關(guān)和其他傳感器，包括各種保護(hù)裝置，以有效和可靠地操作裝載系統(tǒng)10。這些元件包括用于監(jiān)視緩沖倉(cāng)40中的煤碳高度的傳感器(未表示)，以及用于讀出各火車車廂的標(biāo)識(shí)數(shù)(例如條碼標(biāo)識(shí)數(shù))的讀數(shù)器。另外，還有一個(gè)為了稱重倉(cāng)校準(zhǔn)目的而用于處理檢測(cè)重量的裝置，這是已有技術(shù)公知的。通常，當(dāng)火車車廂24接近裝載斜槽56時(shí)，所有操作者90都必須觀測(cè)車廂，并且啟動(dòng)卸料門76而使裝載斜槽56的下部60下降到火車車廂內(nèi)，此后使裝載斜槽56的下部60升到一個(gè)適當(dāng)?shù)母叨葟亩鴮⒚禾佳b載到各個(gè)車廂24中。當(dāng)每輛車廂被裝載后，裝載斜槽56的下部60必須上升，以避開車廂上邊緣，這些操作既可以在由監(jiān)控流程的操作者90的目視直接控制下完成，也可以借助限位開關(guān)或其他保護(hù)裝置自動(dòng)啟動(dòng)。
在操作者90直接控制下的控制器80可操作地控制裝載系統(tǒng)的動(dòng)作，以完成實(shí)施本發(fā)明的用于對(duì)諸如示例性的火車車廂24等連續(xù)的火車車廂進(jìn)行裝載的三批次方法，這將在下文描述。
另外，參見圖2，當(dāng)各火車車廂24接近裝載斜槽56(下部60升起以避開車廂22和24)時(shí)，加料門70打開，同時(shí)監(jiān)測(cè)裝載單元48的輸出50，以用第一批稱重煤碳100填充稱重倉(cāng)46。當(dāng)?shù)谝慌Q重煤碳100加完后，加料門70關(guān)閉。如下面參照?qǐng)D8所述的那樣，當(dāng)稱重倉(cāng)46將先前裝載的火車車廂22中的第三批煤碳卸空后以及要裝載的火車車廂24的前端到達(dá)裝載斜槽56下時(shí)這兩段時(shí)間之間，要加完第一批稱重煤碳100需要相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間間隔，例如20秒。另外，盡管第一批煤碳100必須被準(zhǔn)確稱重，但也不需要使該批煤碳精確地達(dá)到特定重量。
圖3表示了在車廂24中的煤碳高度達(dá)到裝載斜槽的排出端64(此時(shí)下部60下降)之前，第一批稱重煤碳100被卸到車廂24的前部34的狀態(tài)，圖4表示了稱重倉(cāng)46中的第一批煤碳100被卸空的狀態(tài)。在圖4中，煤碳保留在裝載斜槽56中，車廂24的前部32中被煤碳填充直到裝載斜槽56的排出端64處，以使裝載斜槽56的處于“插入流狀態(tài)”的后續(xù)煤碳流被各個(gè)火車車廂24的向前移動(dòng)所控制。
除了第一批稱重煤碳100總能將先始空倉(cāng)的火車車廂24的前部32裝載到裝載斜槽56的排出端64處以形成“插入流狀態(tài)”以外，第一批稱重煤碳100足以在裝載斜槽56中留下足夠的煤碳，以在稱重倉(cāng)46卸空第一批煤碳100和稱重倉(cāng)46充滿第二批煤碳102(圖5)以及卸料門76打開以開始卸載第二批煤碳102之間的時(shí)間間隔內(nèi)保持裝載斜槽56的連續(xù)煤碳流。因此，在火車車廂24中保持了恒定的裝載曲線。仍參見圖3和4，當(dāng)稱重倉(cāng)46完全卸空第一批煤碳100時(shí)，被裝載單元58或其他適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳈z測(cè)到，此時(shí)卸料門76關(guān)閉。
圖5表示了剛好在卸料門76打開以卸載第二批煤碳102之前、同時(shí)第一批煤碳100仍從裝載斜槽56流出時(shí)，第二批煤碳102裝載到稱重倉(cāng)46內(nèi)的狀態(tài)。這樣，參見圖5的狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝慌锪?00(圖2)仍從裝載斜槽56流進(jìn)各火車車廂24中時(shí)，卸料門70再次打開，檢測(cè)裝載單元48的輸出50，以將稱重倉(cāng)46裝載第二批物料102。當(dāng)?shù)诙锪?02裝載完后，加料門70關(guān)閉。此后，并且是在裝載斜槽56卸空之前，卸料門76打開，以卸載第二批物料102，并總是在火車車廂24中保持恒定的裝載曲線。
第二批物料102的重量是各火車車廂24在裝載了第一批物料100之后所需達(dá)到的目標(biāo)重量的一部分，例如1/2，但這不是必須的。另外，第二批物料102足以在裝載斜槽56內(nèi)留下足夠的材料量，以在稱重倉(cāng)46卸空第二批物料102和稱重倉(cāng)裝載第三批稱重物料104(圖7)以及卸載第三批稱重物料104之間的時(shí)間間隔內(nèi)，足以使裝載斜槽56保持連續(xù)的煤碳流而將煤碳卸載到火車車廂24中。象第一批煤碳100那樣，第二批物料102必須準(zhǔn)確稱重，但是不需要將其精確地裝載到一個(gè)特定重量。
圖6表示了剛好在第三批煤碳104(圖7)裝載完之前、稱重倉(cāng)46卸空第二批煤碳102時(shí)的狀態(tài)。在圖6中，卸料門76關(guān)閉。裝載斜槽56幾乎填滿，這樣就在第三批煤碳104(圖7)裝載時(shí)，不會(huì)超過(guò)極限而保持“插入流狀態(tài)”。
圖7特別表示了剛好在卸料門76打開以卸載第三批煤碳104之前、同時(shí)第二批煤碳102仍從裝載斜槽56流出時(shí)，第三批煤碳104裝載到稱重倉(cāng)46內(nèi)的狀態(tài)。圖5表示了剛好在卸載第二批煤碳102之前的狀態(tài)，與圖5相比，圖7中有更多的煤碳保留在裝載斜槽56內(nèi)。這樣，參見圖7的狀態(tài)，當(dāng)?shù)诙锪?02仍從裝載斜槽56流進(jìn)各火車車廂24中時(shí)，卸料門70第三次打開，檢測(cè)裝載單元48的稱重傳感器輸出50，以將稱重倉(cāng)46裝載第三批物料104。第三批物料104的重量是在火車車廂24裝載完第一批煤碳100和第二批煤碳102之后，達(dá)到各火車車廂24的目標(biāo)重量的重量。
裝載第三批稱重煤碳104明顯不同于裝載第一和第二批稱重煤碳100和102，因?yàn)榈谌禾家_裝載到一特定重量，這一精度對(duì)火車車廂24的總裝載精度很重要。這樣，第一和第二批煤碳100和102分別準(zhǔn)確稱重，但不需要將其精確地裝載到一個(gè)特定重量。從火車車廂24的目標(biāo)重量中減去第一和第二批煤碳100和102的總重量就可以計(jì)算第三批煤碳104的重量，然后就可以盡可能地精確地裝載。為了精確地裝載第三批煤碳，加料門70逐級(jí)關(guān)閉，使得煤碳在開始時(shí)很快地流入稱重倉(cāng)46，并且流速隨著稱重倉(cāng)46中的煤碳重量逐漸接近第三批煤碳104的所需重量而減小。這樣就可以更精確地切斷煤碳流。實(shí)際上，這是通過(guò)編制幾個(gè)重量設(shè)置點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。隨著每一設(shè)置點(diǎn)達(dá)到，加料門70的一個(gè)或多個(gè)元件關(guān)閉，并且當(dāng)其達(dá)到最后一個(gè)設(shè)置點(diǎn)時(shí)，加料門70完全關(guān)閉。作為替換形式，單獨(dú)的加料門70元件也可以逐級(jí)移動(dòng)，直至其完全關(guān)閉。最少可以用兩個(gè)設(shè)置點(diǎn)來(lái)達(dá)到精確分批操作。
但是，伴隨著精確的分批操作，通常形成批量的時(shí)間通常增加了大約5秒。
當(dāng)?shù)谌禾?04裝載完并且加料門70關(guān)閉后、但是在裝載斜槽56仍為空的情況下，卸料門76打開以卸載第三批煤碳104，并總是在火車車廂24中保持恒定的裝載曲線。
圖8表示了通過(guò)卸料門76和裝載斜槽56卸載到火車車廂24中的第三批煤碳104。當(dāng)稱重倉(cāng)46完全卸空第三批煤碳104時(shí)，卸料門76關(guān)閉，整個(gè)過(guò)程以與從圖2開始描述的相同方式重復(fù)進(jìn)行，以裝載下一輛車廂26。仍舊參見圖8，煤碳從裝載斜槽26流下直至火車車廂24完全加滿，同時(shí)裝載斜槽56完全卸空。如果需要，裝載斜槽56的下部60上升，以避開車廂24和26的端部。
對(duì)實(shí)施本發(fā)明的三批次煤碳裝載系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有幾個(gè)因素是需要考慮的，這些因素有助于提高該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，下文將加以描述。
作為最初的觀測(cè)，第一批煤碳100不能太少。第一批煤碳100必須足以將先始空倉(cāng)的火車車廂的前部裝載到裝載斜槽56的排出端64處以形成“插入流狀態(tài)”，使得從裝載斜槽56流進(jìn)火車車廂內(nèi)的煤碳流動(dòng)速率被列車28和車廂的向前運(yùn)動(dòng)有效地控制，同時(shí)還在裝載斜槽56中留下足夠的煤碳，以在稱重倉(cāng)46卸空第一批煤碳100和稱重倉(cāng)46裝載第二批煤碳102以及卸料門76打開時(shí)這段時(shí)間的間隔內(nèi)保持裝載斜槽56中連續(xù)的煤碳流，使得火車車廂24中保持恒定的裝載曲線。盡管第一批煤碳應(yīng)稍稍超過(guò)所述足夠的設(shè)定量以保證可靠裝載而不留空隙，但是用于比實(shí)際所需量還多的第一批煤碳的設(shè)計(jì)裝備會(huì)增加設(shè)備以及裝備費(fèi)用，這就削弱了本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。因此，在每次用120噸(109公噸)的煤裝載火車車廂的實(shí)施例中，第一批煤碳的重量是45噸(41公噸)。這明顯小于第二批煤碳裝載系統(tǒng)中60噸(54公噸)的通常重量。
這樣，本發(fā)明部分地基于下述認(rèn)識(shí)，即在多批次煤碳裝載系統(tǒng)中，當(dāng)最初批次的重量被選擇為充滿車廂前部并且在裝載斜槽56中仍留有足夠的煤碳以保持恒定的裝載曲線，直至第二批煤碳102加滿并且開始卸載而又不超量時(shí)，能夠獲得最高的裝載率。
最主要的時(shí)間限制是第二批煤碳102能多快地在稱重倉(cāng)46內(nèi)加滿并開始卸載。這種卸載必須在裝載斜槽56完全卸空第一批煤碳100之前開始。另外，在將煤碳裝載到火車車廂24中時(shí)，還可能出現(xiàn)并不期望以及不能接受的空隙。在本發(fā)明的實(shí)施例中，第二批煤碳102相對(duì)較快地加滿。這樣，由于第二批煤碳102的裝載精度并不要求精確，所以加料門70完全打開以獲得最大的煤碳流，并且當(dāng)達(dá)到單一的重量設(shè)置點(diǎn)時(shí)可以很容易地關(guān)閉加料門70。
第二批煤碳102的重量是當(dāng)?shù)谝慌Q重煤碳100裝載到火車車廂24中后達(dá)到目標(biāo)重量所需剩余重量的一部分。例如，如果目標(biāo)重量是120噸(109公噸)并且第一批煤碳100重量是45噸(41公噸)，則所需剩余材料重量是120-45=75噸(109-41=68公噸)。第二批煤碳重量102同樣可以是45噸(41公噸)。雖然使時(shí)間受限制的第二批煤碳102的重量稍小一些以更快地加滿車廂好象更為有利，但是實(shí)際上使第三批煤碳104成為最小批量則更好。加滿重量為45噸(41公噸)的第二批煤碳102而不是例如所需的1/2剩余重量的時(shí)間并不苛刻。精確的批次如果是小批次，則花費(fèi)的時(shí)間要少，或者說(shuō)，在給定的時(shí)間內(nèi)，小批次可以比大批次以更高的精度裝載。
在該實(shí)施例中，第一和第二批煤碳100和102共90噸(82公噸)，因此在第一和第二批煤碳100和102已經(jīng)稱重并裝載到火車車廂24中后，為達(dá)到120噸(109公噸)的目標(biāo)重量，第三批煤碳104僅為30噸(27公噸)。
盡管第三批煤碳104的裝載精度很嚴(yán)格，但速度卻不是這樣。因此，不同于第一批煤碳100卸載時(shí)那樣，第二批煤碳102并不進(jìn)入空車24和裝載斜槽56。第二批煤碳102并不象第一批煤碳100那樣快地從稱重倉(cāng)46卸載。在當(dāng)稱重倉(cāng)46卸空第二批煤碳100并且卸料門76關(guān)閉時(shí)的時(shí)間點(diǎn)上，裝載斜槽56基本上充滿煤碳。因此，當(dāng)?shù)谌禾?04在稱重倉(cāng)46中加滿時(shí)，可以有更多的時(shí)間進(jìn)行這種操作而不會(huì)導(dǎo)致流入火車車廂24中的煤碳流中產(chǎn)生間隙，這是因?yàn)檠b載斜槽56具有最大化的緩沖作用。這就有足夠的時(shí)間來(lái)調(diào)整卸料門70的關(guān)閉動(dòng)作以象上述圖7描述的那樣精確地批量裝載，不會(huì)超過(guò)通常為了精確批量裝載而需要的額外5秒鐘時(shí)間。
盡管上文展示并描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到本發(fā)明還可以做出多種改進(jìn)和變形。因此應(yīng)該理解到，本文所附的權(quán)利要求覆蓋了落入本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神和范圍內(nèi)的所有改進(jìn)和變形。
權(quán)利要求
1．一種用于從前部到后部向移動(dòng)的火車車廂裝載目標(biāo)重量的顆粒材料的多批次方法，該方法采用了一個(gè)裝載系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個(gè)緩沖倉(cāng)和一個(gè)位于緩沖倉(cāng)下方的稱重倉(cāng)，一個(gè)用于從緩沖倉(cāng)向稱重倉(cāng)裝載顆粒材料的受控加料門，和一個(gè)用于從稱重倉(cāng)通過(guò)具有排出端的裝載斜槽向火車車廂內(nèi)卸載顆粒材料的受控卸料門，所述方法包括以下步驟當(dāng)各個(gè)火車車廂接近裝載斜槽時(shí)，向稱重倉(cāng)裝載第一批稱重后的材料，第一批稱重材料足以填滿火車車廂的前部直至材料達(dá)到裝載斜槽的排出端，使得從裝載斜槽流出的后續(xù)材料流被車廂向前的運(yùn)動(dòng)控制，并在裝載斜槽中留下足夠量的材料，以在稱重倉(cāng)卸空第一批材料并且稱重倉(cāng)裝載第二批材料這段時(shí)間之間的間隔內(nèi)，保持流入火車車廂的材料流連續(xù)；從稱重倉(cāng)卸載第一批材料；當(dāng)?shù)谝慌牧蠌难b載斜槽流入火車車廂時(shí)，向稱重倉(cāng)裝載第二批材料，第二批材料的重量是在第一批稱重材料裝載到火車車廂之后要達(dá)到目標(biāo)重量所需的剩余材料重量的一部分，第二批稱重材料在裝載斜槽中留下足夠的材料，足以在稱重倉(cāng)卸空第二批材料并且稱重倉(cāng)裝載第三批稱重材料這段時(shí)間之間的間隔內(nèi)，保持流入火車車廂的材料流連續(xù)；從稱重倉(cāng)卸載第二批材料；當(dāng)?shù)诙牧蠌难b載斜槽流入火車車廂時(shí)，向稱重倉(cāng)裝載第三批材料，第三批材料的重量是在第一和第二批稱重材料被稱重并裝載到火車車廂之后要達(dá)到目標(biāo)重量所需的重量；和從稱重倉(cāng)卸載第三批材料。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，向稱重倉(cāng)裝載第三批材料的步驟比向稱重倉(cāng)裝載第一和第二批材料的步驟更為精確。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在向稱重倉(cāng)裝載的步驟中，卸料門運(yùn)級(jí)關(guān)閉。
4．一種用于向移動(dòng)列車的連續(xù)火車車廂裝載目標(biāo)重量的顆粒材料的裝載系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個(gè)緩沖倉(cāng)；一個(gè)位于所述緩沖倉(cāng)下方的稱重倉(cāng)，至少一個(gè)與稱重倉(cāng)相連的傳感器，用于測(cè)量所述稱重倉(cāng)和其中包含的顆粒材料的重量，所述至少一個(gè)傳感器具有稱重傳感器輸出；一個(gè)受控的加料門，用于從所述緩沖倉(cāng)將成批的顆粒材料裝載到所述稱重倉(cāng)內(nèi)；一個(gè)裝載斜槽，它位于所述稱重倉(cāng)下方，用于從所述稱重倉(cāng)將顆粒材料傳送到火車車廂內(nèi)，所述裝載斜槽具有排出端；一個(gè)受控的卸料門，用于從所述稱重倉(cāng)卸載顆粒材料；一個(gè)控制器，它與用于確定稱重倉(cāng)及其包含的顆粒材料的重量的傳感器輸出相連，并與用于控制所述稱重倉(cāng)的裝載的所述加料門相連，并與用于控制所述稱重倉(cāng)的卸載的所述卸料門相連，所述控制器是可操縱的，當(dāng)各個(gè)火車車廂接近裝載斜槽時(shí)，控制器可受操縱以打開所述加料門，同時(shí)監(jiān)測(cè)所述重量傳感器的輸出，以將所述稱重倉(cāng)裝載第一批稱重后的材料，使該第一批稱重材料足以填滿各個(gè)火車車廂的前部直至材料達(dá)到所述裝載斜槽的排出端，使得從裝載斜槽流出的后續(xù)材料流被各個(gè)火車車廂向前的運(yùn)動(dòng)控制，并在所述裝載斜槽中留下足夠量的材料，以在所述稱重倉(cāng)卸空第一批材料并且所述稱重倉(cāng)裝載第二批材料以及關(guān)閉卸料門這段時(shí)間之間的間隔內(nèi)，保持流入各個(gè)火車車廂的材料流連續(xù)，控制器可受操縱以打開卸料門，然后當(dāng)所述稱重倉(cāng)卸空時(shí)關(guān)閉所述卸料門，當(dāng)?shù)谝慌牧蠌乃鲅b載斜槽流入各火車車廂時(shí)，控制器可受操縱以打開所述加料門，同時(shí)監(jiān)測(cè)所述傳感器的輸出，以向所述稱重倉(cāng)裝載第二批稱重材料，第二批材料的重量是在第一批稱重材料裝載到各個(gè)火車車廂之后要達(dá)到各個(gè)火車車廂的目標(biāo)重量所需的剩余材料重量的一部分，第二批稱重材料在所述裝載斜槽中留下足夠的材料，足以在所述稱重倉(cāng)卸空第二批材料并且所述稱重倉(cāng)裝載第三批材料以及關(guān)閉所述卸料門這段時(shí)間之間的間隔內(nèi)，保持流入各個(gè)火車車廂的材料流連續(xù)，控制器可受操縱以再次打開卸料門，并在所述稱重倉(cāng)卸空時(shí)關(guān)閉所述卸料門，當(dāng)?shù)诙牧蠌乃鲅b載斜槽流入各火車車廂時(shí)，控制器可受操縱以打開所述加料門，同時(shí)監(jiān)測(cè)所述傳感器的輸出，以向所述稱重倉(cāng)裝載第三批稱重材料，第三批材料的重量是在第一和第二批稱重材料裝載到各個(gè)火車車廂之后要達(dá)到各個(gè)火車車廂的目標(biāo)重量所需的重量，然后關(guān)閉加料門，和控制器可受操縱以打開所述卸料門，并在所述稱重倉(cāng)卸空時(shí)關(guān)閉所述卸料門。
5．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述卸料門能夠選擇打開尺寸以調(diào)節(jié)流入所述稱重倉(cāng)的材料流量；和當(dāng)稱重倉(cāng)裝載了第三批稱重材料時(shí)，所述控制器可受操縱以逐級(jí)關(guān)閉所述加料門，以比第一和第二批更為精確地向所述稱重倉(cāng)裝載第三批材料。
6．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，通過(guò)顆粒輸送系統(tǒng)基本上連續(xù)地向所述稱重倉(cāng)供應(yīng)顆粒材料。
7．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述裝載斜槽是伸縮式的，使得所述卸載端能夠選擇性地下降到火車車廂內(nèi)或從火車車廂中抽出。
8．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述稱重倉(cāng)具有足以容納最大火車車廂的第一批稱重材料的容積。
9．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述緩沖倉(cāng)具有足夠的能力，使其在車廂裝載期間在稱重倉(cāng)重復(fù)裝載時(shí)以及在通過(guò)顆粒輸送系統(tǒng)基本上連續(xù)地向所述緩沖倉(cāng)供應(yīng)顆粒材料時(shí)從不完全卸空。
全文摘要
一種用于向移動(dòng)列車的各個(gè)火車車廂精確裝載煤炭的三批次方法,和一種實(shí)施該方法的裝載系統(tǒng)。對(duì)于每一火車車廂,建立了三個(gè)批次并從單獨(dú)的稱重倉(cāng)中卸載。本發(fā)明接近了單批次系統(tǒng)的卸載率,但明顯降低了設(shè)備費(fèi)用。第一批材料足夠多以填充火車車廂前部并建立了“插入流狀態(tài)”,使得在保持火車車廂連續(xù)裝載曲線的同時(shí),裝載和卸載第二批材料。當(dāng)稱重倉(cāng)卸空第二批材料后,第三批材料被裝載和卸載。第三批材料比第一和第二批材料更為精確地裝載。
文檔編號(hào)B65G67/22GK1313238SQ0111091
公開日2001年9月19日 申請(qǐng)日期2001年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月10日
發(fā)明者哈羅德·A·沃克 申請(qǐng)人:哈羅德·A·沃克