CN113291867A - 一种铁路敞车快速定容装车***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁路敞车快速定容装车***和方法，包括：依次连接的储料仓、给料机、皮带机、带有出料闸门的计量仓、安装在列车行进路线上能够伸缩或摆动升降的装车溜槽，皮带机头部设有物料体积监测传感器组，计量仓内设有料位高度传感器组。本发明利用物料体积监测传感器组对输送带上的物料进行体积计算，并利用计量仓内的料位高度传感器组精确计算计量仓输出的散装物料容积，控制计量仓输出的物料容积与当前装车的计划装车量的容积相等，改变了传统装车站使用重量计量物料装车量的方式，即能够充分利用车厢的容量并避免装车过量而造成的撒落，使放料速度大大增加，提高了装车效率，同时由于摒弃了定量仓，降低了钢结构架和皮带机输料的成本。

Description

一种铁路敞车快速定容装车***和方法

技术领域

本发明涉及一种铁路敞车快速定容装车***和方法，是一种运输机械***和方法，是一种散装物料的自动化装车设备和方法。

背景技术

传统的散装物料自动化装载***是以定量称重为基础，即定量装车***。定量装车***通常需要设置专门的称量容器，将物料放入称量容器之后，对物料进行静态称量，再进行装车，物料的装车量以重量值计量确定。这种装车方式的优点在于，称重是一种简单的计量方式，在散装物料的商品销售中广泛使用，得到普遍认可。而且称重所使用的器具种类繁多，技术成熟，有很大的选择余地。事实上，称重已经成为了在散装商品交易中绝对的计量方式，没有了称重人们甚至不知道如何进行散装商品的交易。在现代社会生活中，只有极少数商品，如油料等液体商品，人们才使用容积等计量方式，而对于固体散装物料的商品交易，只使用称重的方式。以称重为计量方式的列车装车站有一个十分麻烦的问题：当列车为混编列车时，即列车由多种型号的车厢编组时，装车站只是按照各个车厢的吨位计量装车量，由于车厢容积不同以及散装物料的比重不同，会出现有些车厢装不满，不能充分的利用车厢的容量，而有些车厢装得过满，甚至撒落的现象，致使装车量没有达到要求，而产生经济纠纷。

定量装车站的另一个问题是：如前所述，要进行称重就需要设置称重容器，因此，传统的自动化散装物料装车站都设置称重仓(或者称为定量仓)，以及向称重仓卸料的缓冲仓，而定量仓和缓冲仓通常是竖直排列的，以利用重力进行输料。这种竖直排列的方式势必增加装车站的总体高度，而装车站的总体高度增加意味着钢结构架的高度增加，导致装车站整体成本等增加。如何充分利用车厢容量并避免撒落，同时简化装车***是一个需要解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种铁路敞车快速定容装车***和方法。所述的***和方法摒弃了称重计量装车量的方式，以车厢容积为装车计量，充分利用车厢的容易，同时避免了撒落，同时简化了装车站的结构，降低了装车站钢架。

本发明的目的是这样实现的：一种铁路敞车快速定容装车***，包括：依次连接的储料仓、给料机、皮带机、带有出料闸门的计量仓、安装在列车行进路线上能够伸缩或摆动升降的装车溜槽，所述的皮带机头部设有物料体积监测传感器组，所述的计量仓内设有料位高度传感器组。

进一步的，所述的物料体积监测传感器组是激光雷达或视频摄像机及皮带速度传感器，或激光雷达与视频摄像机及皮带速度传感器的结合。

进一步的，所述的料位高度传感器组是激光雷达或视频摄像机或激光雷达与视频摄像机的结合。

进一步的，所述的料位高度传感器组还包括至少一个监测最高料位和最低料位的杆式料位高度传感器。

进一步的，所述的列车行进路线上设有车厢位置监测传感器组。

进一步的，所述的皮带机一侧设有物料密度检测装置。

一种使用上述***的铁路敞车快速装车方法，所述方法的步骤如下：

步骤1，启动：***启动，链接上位机，取得当前装车数据，包括：装车总重量、物料密度、列车编组的车厢个数、车厢顺序和型号，以及各型号车厢的容积；

步骤2，初始化：物料体积监测传感器组监测皮带机头部是否有物料，如果有则计算皮带机头部的物料体积，料位高度传感器组监测计量仓内的物料高度，如果计量仓内的物料高度低于物料最低高度，则启动皮带机向计量仓内输送物料，物料体积监测传感器组监测进入计量仓的物料体积，料位高度传感器组监测计量仓内物料的高度，直至计量仓内的物料高度达到或超过物料最低高度，则关闭皮带机，停止向计量仓内输送物料，再根据物料密度计算计量仓内初始物料体积和重量；

步骤3，编制装车计划：根据装车总量、物料密度、列车编组的车厢个数、车厢顺序和型号，以及各型号车厢的容积，计算各个车厢的装车容量；

步骤4，补充物料：开启皮带机，不断的向计量仓中输送物料，同时通过物料体积监测传感器组监测进入计量仓的物料数量，通过料位高度传感器组监测计量仓中物料高度的变化，计算计量仓中的物料量，物料密度检测装置对物料密度进行监测；

步骤5，车厢扫描：车厢到达装车站的装车位之前以及装车过程中，车厢位置监测传感器组扫描对车厢进行扫描，以获准确的车厢位置，以确定准确的溜槽放下和抬起时间，以及溜槽放下的高度；

步骤6，放料：车厢达到装车位，溜槽放下，开启出料闸门，物料通过溜槽流入车厢中，同时监测物料在计量仓中的高度的变化，是否达到计划装车量的物料堆高度：

H_计划＝H₁-H₂+ΔH

其中：H_计划为计量仓内对应计划装车量的物料堆变化的高度；H₁为放料开始时计量仓内物料堆高度；H₂为放料结束时计量仓内物料对高度；ΔH为放料过程中皮带机输入计量仓的物料的堆积高度；

当达到H_计划的物料堆高度时，关闭出料闸门收起溜槽，完成一节车厢的放料；

步骤7，判断：判断是否为最后一节车厢，如果“是”则结束装车过程，如果“否”则回到步骤5，进行下一个放料循环。

进一步的，所述的步骤2中的物料密度的取得方法包括：从上位机获得当前物料的原始数据，同时在皮带机上取样进行实时监测，并用实施监测的数据修正原始数据。

进一步的，所述的步骤3中的编制装车计划包括如下子步骤：

子步骤1，计算总重量和总容积：根据各个车厢的参数，计算列车所有车厢加在一起的列车总载重量和列车总容积，根据计划装车的物料总重量计算计划装车的物料总体积；

子步骤2，总重量和总容积比较：比较列车总载重量和计划装车的物料总重量，以及比较列车总容积与计划装车的物料总体积，确定列车总载重量是否大于计划装车的物料总重量，列车总容积是否大于计划装车的物料总体积，如果“是”则继续装车进程，如果“否”则调整装车计划；

子步骤3，制定各个车厢的装载量：根据各个车厢的载重量，制定各车厢装载物料的体积，并验证装载物料的体积是否超过车厢容量，如果“是”则在车厢之间调整物料的装车量，如果“否”则结束编制装载计划。

进一步的，所述的步骤3中的编制装车计划包括如下子步骤：

子步骤1，计算总重量和总容积：根据各个车厢的参数，计算列车所有车厢加在一起的列车总载重量和列车总容积，根据计划装车的物料总重量计算计划装车的物料总体积；

子步骤2，总重量和总容积比较：比较列车总载重量和计划装车的物料总重量，以及列车总容积与计划装车的物料总体积，确定列车总载重量是否大于计划装车的物料总重量，列车总容积是否大于计划装车的物料总体积，如果“是”则继续装车进程，如果“否”则调整装车计划；

子步骤3，制定各个车厢的装载量：根据各个车厢的容积，制定各车厢装载物料的重量，并验证装载物料的重量是否超过车厢的载重量，如果“是”则调整车厢物料载重量，如果“否”则结束编制装载计划。

本发明的优点和有益效果是：本发明利用物料体积监测传感器组对输送带上的物料进行体积计算，并利用计量仓内的料位高度传感器组精确计算计量仓输出的散装物料容积，并控制计量仓输出的物料容积与当前装车的计划装车量的容积相等，改变了传统装车站使用重量计量物料装车量的方式，即能够充分利用车厢的容量并避免装车过量而造成的撒落，也能够防止车厢超载，消除了安全隐患。由于没有称重环节，使放料速度大大增加，提高了装车效率，同时由于摒弃了定量仓，只有一层料仓，使装车站整体高度大大下降，降低了钢结构架的成本和皮带机输料的成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例一、五所述***的结构示意图；

图2是本发明实施例二所述物料堆积在皮带机上的物料截面形状示意图；

图3是本发明实施例七所述装车方法的流程图；

图4是本发明实施例七所述装车计量方法的原理示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种铁路敞车快速定容装车***，如图1所示。本实施例包括：依次连接的储料仓1、给料机2、皮带机3、带有出料闸门401的计量仓4、安装在列车行进路线上能够伸缩或摆动升降的装车溜槽5，所述的皮带机头部设有物料体积监测传感器组6，所述的计量仓内设有料位高度传感器组7。

本实施例所述的装车站是针对以型号不一的车皮(车厢)编组形成的列车01的自动装车，当然也适应车皮统一的列车自动装车。与传统定量装车站最大的差异在于本实施例所述的装车站只有一层料仓(计量仓)，减少了一个称重仓(或者说是缓冲仓)以及相应的称重环节(或者说是缓冲环节)，。减少一个仓室使装车站钢结构架的高度大大降低，也使向计量仓顶部输送物料的皮带机的输送高度大大降低(相同坡度的皮带机的长度可以减小，降低了皮带机的输送功率)，因而使装车站的建造成本和使用成本都明显下降。更为重要的是省去了称重环节，使装车过程速度加快，明显的提高了装车效率。

本实施例的原理是，利用各种精确的传感器对计量仓中的物料体积变化进行监测，根据计量仓内物料体积的变化确定装车量。由于重量与体积之间是线性关系，能够直接通过密度计算得到，使用现代先进的传感器精确的监测物料的体积变化已经十分成熟，因此，用体积作为计量基础，完全能够替代称重方式计量物料。

所述的储料仓、给料机、皮带机、装车溜槽均为传统形式。对计量仓的要求是上下半部分为锥形体的漏斗，上半部分为上下一致的筒形，即水平截面形状完全一致，以便简化体积的计算。计量仓可以是圆筒形或矩形，以及其他多边形。如传统的缓冲仓或定量仓，计量仓下半部分的漏斗可以是一个或多个，即对应的可以有一个或多个出料口，而上半部分也可以对应的设计为几个筒形结合，如：下半部分为四个漏斗出料口，上半部分衔接四角为圆角的正方形料筒。

本实施例的关键在于物料体积监测传感器组和料位高度传感器组。

物料体积监测传感器组设置在皮带机头部，即皮带机输出物料的一端，监测进入计量仓的物料数量(体积)。物料体积监测传感器组可以是激光雷达，利用激光扫描堆积在输送皮带上的物料堆积形状，并根据物料堆积形状计算出物料堆的截面形状，所述的物料堆的截面形状是指堆积在皮带机上的物料堆垂直于皮带运动方向的截面形状，同时利用激光检测皮带机的运行速度根据皮带机的运行速度实时计算出进入计量仓的物料体积。也可以使用视频监测的方式，即使用3D摄像机，对堆积在皮带机上的物料进行视频图像分析，实时获取物料堆截面形状，进而实时的计算出物料进入计量仓的数量(体积量)。为减少计算量，可以与摄像机配合安装监测皮带机运动的速度传感器。也可以同时安装激光雷达、3D摄像机以及速度传感器，以互相验证计算参数，获得更加精确的物料体积数值。

料位高度传感器组同样是多个传感器，通常可以是多个激光雷达或3D摄像机，以及杆式料位高度传感器。多个激光雷达或3D摄像机从不同角度扫描计量仓中物料的高度变化，精确的计算出物料堆的体积变化，为装车量提供精确的数据。为有效的监测计量仓内物料的精确高度，以及物料堆的最低限度和最高限度，可以设置一个或多个杆式料位高度传感器，从计量仓内不同位置监测料位的高度，避免出现物料过低或过高的问题。

为使装车更加精确可以在列车运行线路上(最好在溜槽之前)设置车厢位置监测传感器组，实时监测车厢的位置，对溜槽的升降进行严密控制。

物料重量与体积的变换，重要的因素是物料的密度。通常情况下，物料的密度是一定的，商品物料在出售时销售商通常会给出物料密度，但在实际销售过程中，由于所给出的物料密度是在一定条件下测出的，例如有一定密实度(物料在检测的容积中振捣压实的程度)和湿度，但在实际装车时，物料基本没有经过振捣压实，只是自然堆积。对于颗粒越大的物料，其密实度影响越大，所给出的密度与实际装车时的密实度有较大差异，因此需要实时的检测物料，以提高容积计量的精确度。为此可以在皮带机物料输出的部位设置取样设施，实时采用，实时进行密度检测。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于物料体积监测传感器组的细化，本实施例所述的物料体积监测传感器组是激光雷达或视频摄像机及皮带速度传感器，或激光雷达与视频摄像机及皮带速度传感器的结合。

使用激光雷达能够对物料表面进行精确的扫描，并确定物料堆的曲面形状，并根据曲面形状计算出物料堆截面形状。堆积的物料02在皮带301上的堆积截面形状下部由皮带机的皮带拖轮决定，皮带机的有一个水平托带轮302及两侧两个倾斜的托带轮303、304，如图2所示，物料堆积的顶端曲线从一侧的倾斜托带轮到另一侧的倾斜托带轮，由激光雷达扫描获得，之后经过计算可以得到截面面积A。

使用视频摄像机，可以使用3D摄像机同样能够确定类似于激光雷达那样的效果。

也可以使用激光雷达或3D摄像机结合的方式。实际中可以使用多个雷达或摄像机，通过从多个角度对物料堆进行扫描，利用数据互相验证，以获得更加精确的数据。

实施例三：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于料位高度传感器组的细化，本实施例所述的料位高度传感器组是激光雷达或视频摄像机或激光雷达与视频摄像机的结合。

料位高度传感器组可以采用激光雷达和3D视频摄像机，对计量仓内的物料堆高度的变化近似精确监测。料位高度传感器组同样可以采用激光雷达或视频摄像机结合的方式，还可以采用杆式料位高度传感器，主要用于监测最低料位和最高料位。

实施例四：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于料位高度传感器组的细化，本实施例所述的料位高度传感器组还包括至少一个监测最高料位和最低料位的杆式料位高度传感器。

杆式料位高度传感器通常也需要安装两个过三个，设置在计量仓的不同位置，监测不同位置的料位高度，以获得精确的料位数值。

实施例五：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于列车行进路线的细化，本实施例所述的列车行进线上设有车厢位置监测传感器组8，如图1所示。

车厢位置监测传感器组可以采用光栅组，即在列车两侧间隔设置多个光栅，以监测车厢之间的空档，通过空档的位置计算即可过多精确的车厢位置。

实施例六：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于皮带机的细化，本实施例所述的皮带机一侧设有物料密度检测装置。

物料密度检测装置可以设置一个容量确定(已知)的容器，比如一个10cm³的圆柱形桶体，将随机在皮带机头上流出的物料进行抽样，填满圆柱形桶体之后称重，计算出当前物料的精确密度。也可以采用平板作为容纳物料的容器，让固定数量(例如10cm³)的物料自然下落到平板上，形成圆锥形物料堆，通过激光雷达或3D视频摄像机对物料堆进行扫描，得到精确的物料体积，从而精确的获得当前物料的密度。

实施例七：

本实施例是一种使用上实施例所述***的铁路敞车快速装车方法。所述方法简单的可以表达为，计算列车的总载重量和总容量，通过计算物料的总重量和总体积，比较是否当前列车能够安全高效的将这些货物装载和运输，并对各个车厢的载重量和容量进行分配，是整列火车能够平衡适当的装载所有货物。其中装载过程以物料的容量为计量准则，而不是以常规的重量为计量准则，使装车效率更好，装车更加安全可以。

所述方法的具体步骤如下，流程见图3所示：

步骤1，启动：***启动，链接上位机，取得当前装车数据，包括：装车总重量、物料密度、列车编组的车厢个数、车厢顺序和型号，以及各型号车厢的容积。

***启动时通常的检测包括对各个传感器组进行检测和***自检，而本步骤主要是检测物料在***中的状况，即皮带机上是否有物料，以及计量仓中的物料多少。启动后的另一个重要动作是与上位机取得链接，以获取各项资料。这些资料包括：物料的各种数据和列车的各种数据。物料的数据包括物料的粒径、湿度，当然还有最为重要的密度。常规的装车站以重量为计量标准，而本实施例中以容量为计量标准，在装车之前和之后都是以重量为计量标准，即需要在重量和容量之间进行两次转换，为此，需要比较精确的密度数据，才能达到准确装车的目的。

步骤2，初始化：物料体积监测传感器组监测皮带机头部是否有物料，如果有则计算皮带机头部的物料体积，料位高度传感器组监测计量仓内的物料高度，如果计量仓内的物料高度低于物料最低高度，则启动皮带机向计量仓内输送物料，物料体积监测传感器组监测进入计量仓的物料体积，料位高度传感器组监测计量仓内物料的高度，直至计量仓内的物料高度达到或超过物料最低高度，则关闭皮带机，停止向计量仓内输送物料，再根据物料密度计算计量仓内初始物料体积和重量。

初始化实际就是监测装车站中是否还有剩余的物料，并计算剩余物料的多个，以及检测各个传感器是否正常工作。

步骤3，编制装车计划：根据装车总量、物料密度、列车编组的车厢个数、车厢顺序和型号，以及各型号车厢的容积，计算各个车厢的装车容量。

列车装车时物料的总量是按通常所习惯的重量计算的，由于列车编组的车厢可能是各种型号的车厢，例如：C62、C70、C80等多种型号的敞车车皮，其承载能力分别为60吨、70吨、80吨，其容量分别是71m³、77m³、87m³。列车一旦编组，各个车厢容积和承载能力就确定了，整列列车的承载能力和容积也就确定了。将各种型号的车厢的承载能力和车厢容积存入数据库，列车的总承载能力和总容积很容易计算出来。

传统的自动装车是根据各个车厢的承载能力(承载物料的重量)计算装车量。这种以称重方式计算装车量的方法并不合理，在整列列车装载同一种物料时，物料的密度是相同的(只是在物料本身湿度影响下，物料密度会有稍许的变化)，在装载时容积大的车厢可以容纳更多的物料，如果将该车厢装满，其承载的物料重量甚至超过该车厢所能承载的重量，而有些车厢的帮板较低，只能容纳较少的物料，以致达不到该车厢应有的承载重量。如果按常规以重量为计量标准自动装车，则容积较小的车厢可能会出现物料散落的现象，如果按容积为计量标准自动装车，则容积较大的车厢可能出现超载的现象。例如：C62敞车，载重为60吨，容积为71m³，如果装载密度为0.85吨/m³的煤炭，装满则达到60.35吨，基本符合载重要求。但C70的载重量为70吨，容积为77m³，如果装载密度为0.85吨/m³的煤炭，装满则只能达到65.45吨，如果按称重70吨计量，就会超出车厢所能容纳的程度，会出现物料散落现象。

为解决这个问题，本实施例以车厢的容量为计算装车量的基础，即计算车厢能够容纳多少体积的物料为基础计算装车量，这样可以尽可能的将车厢装满，这样的装车计量方式对于密度小于1的物料，如煤炭十分有利，可以尽量装满各节车厢，以此提高运输效率。

由于通过物料密度ρ(单位为：吨/m³)将物料重量M(单位为：吨)和物料体积V(单位为：m³)可以方便转换：

只要物料密度数值精确，则在物料的重量与体积的相互转换过程中所产生的差异在允许范围内。

以列车容量计算装车量会产生一个如何使装料的物料体积符合列车容量要求同时符合列车载重量的问题。为使装载物料的重量和体积符合列车的载重量和容积，可以先将整列列车的车厢容量(总容量)和承载能力总量(总载重量)计算出来，之后与计划装车的物料总重量和总体积进行对比。如果整列列车所能承载的总载重量与总容积大于或等于计划装车量物料的总重量和总体积则继续装车计划进程，之后逐个评判每个车厢的容积和载重量是否符合所能承载的物料重量和体积。如果整列列车所能承载的总载重量与总容积小于计划装车量物料的总重量和总体积，则需要调整装车计划总量，如降低装车物料的总重量。也就是说，装车物料的重量和体积，都要符合要求，才能正确的装车，而不会撒落和超重装载现象。

在实际装车过程中，装车总重量通常由销售部门与客户通过购货合同确定，而列车的编组则是铁路部门根据装车总重量进行列车编组，也就是说，列车是按照购货合同规定的总重量编组的，无论是计划装车的总重量还是列车编组的总重量都是比较确定，编组后的列车容积也是确定的，只是计划装料的容积与物料的密度有关，物料的密度不同(例如：矿石、砂子的密度较大，而煤炭的密度较小)，在同样容积中，物料重量并不相同，只是同一装车站通常所装载的散装物料基本不变，所以物料密度可以认为是相同的。

根据以上分析，列车在进入装车站之前，编组完成的整列列车总承载重量和总容积已经确定，至于计划装车量则通过总计划装载重量与该物料密度乘积后可以确定总计划装车容积，将列车总承载重量和总容积与总计划装载重量和总计划装车容积进行比较，符合总计划装载重量和总计划装车容积小于列车总承载重量和总容积的要求，则逐个车厢的判定，以确定各个车厢是否都符合计划装载重量和计划装车容积小于车厢承载重量和车厢容积的要求，并根据这一要求调整各个车厢的装载量，使各个车厢既符合承载重量的要求，也符合车厢容积的要求。

对各个车厢承载量和容积的评判的具体方法可以由重量确定容积(重量优先)，或者由容积确定重量(容积优先)。

步骤4，补充物料：开启皮带机，不断的向计量仓中输送物料，同时通过物料体积监测传感器组监测进入计量仓的物料数量，通过料位高度传感器组监测计量仓中物料高度的变化，计算计量仓中的物料量，物料密度检测装置对物料密度进行监测。

物料的补充应在整个列车装车过程中不断进行，只有在计量仓内的物料达到最高料位时，则暂停皮带机的输送。一般情况下，计量仓中应至少储存一节车皮的装料量，以满足装车的需要。

步骤5，车厢扫描：车厢到达装车站的装车位之前以及装车过程中，车厢位置监测传感器组扫描对车厢进行扫描，以获准确的车厢位置，以确定准确的溜槽放下和抬起时间，以及溜槽放下的高度。

对车厢进行扫描主要是为了确定车厢的准确位置，以确定溜槽放下和收起的准确时间，这一准确时间和位置的确定有助于将物料均匀的充满整个车厢。在确认车厢位置的同时，还要确认一下当前来到装车位的车厢的型号，以确认是否与计划中的车厢型号已知，避免出现差错，造成物料损失。

步骤6，放料：车厢达到装车位，溜槽放下，开启出料闸门，物料通过溜槽流入车厢中，同时监测物料在计量仓中的高度的变化，是否达到计划装车量的物料堆高度。

H_计划＝H₁-H₂+ΔH

其中：H_计划为计划装车量时物计量仓内的物料堆变化的高度；H₁为放料开始时计量仓内物料堆高度；H₂为放料结束时计量仓内物料对高度；ΔH为放料过程中皮带机输入计量仓的物料的堆积高度；

当达到H_计划的物料堆高度时，关闭出料闸门收起溜槽，完成一节车厢的放料；

放料过程是定容装车的关键，上述公式原理如图3所示。容量以体积V(m³)的变化而确定的，在本实施例中，由于计量仓是上下一致筒体，计量仓的水平截面积S上下相同，则：

V＝S×H

因此，体积的变化体现在物料堆高度H的变化上，输出部分体积的物料，则体现为计量仓内物料堆高度的下降。物料堆高度的变化通过料位高度传感器组实施监测，以此能够精确的计算出物料输出的体积，将传统的定量装车变身为定容装车。

在定容装车过程中，料位高度传感器组能够检测出放料开始时计量仓内物料堆高度H₁、放料结束时计量仓内物料堆高度H₂和放料过程中皮带机输入计量仓的物料的堆积高度ΔH，见图3，要得到的是计划装车量时物计量仓内的物料堆变化的高度H_计划：

H_计划＝H₁-H₃

其中：为装车过程中皮带机没有向计量仓内输送物料的情况下，出料闸门关闭时计量仓中物料堆的高度。这个公式表达的是在放料过程中，皮带机是停止的状态，即没有向计量仓内输送物料，这时出料闸门开启过程所放出的物料的体积为闸门开启时的物料堆高度减去出料闸门关闭时的物料堆高度。

但在实际中，出料闸门开启过程中，皮带机继续向计量仓内输送物料，即在出料闸门关闭的时候，计量仓内的物料堆高度不仅仅是H₃，还包括闸门开启过程中皮带机输入计量仓的那一部分物料ΔH，也就是说，当出料闸门关闭时，料位高度传感器组所监测到的物料堆高度不是H₃，而是出料闸门关闭时物料堆的实际高度H₂，而H₂应为：

H₂＝H₃+ΔH

也就说：

H₃＝H₂-ΔH

由此可以得到：

H_计划＝H₁-H₃

＝H₁-(H₂-ΔH)

＝H₁-H₂+ΔH

其中：ΔH为皮带机在闸门开启过程中向计量仓内输入的物料所增加的物料堆高度：

其中：ΔV为皮带机在出料闸门开启过程中输入的计量仓中的物料体积，ΔV的数量是由皮带机的输送速率决定的：

其中：A为皮带上的物料堆截面积(见图2)；l为皮带机上物料的运动距离(见图1)。

本步骤有别于传统装车站的放料过程，没有称重环节。由于传统装车过程需要称重，而称重环节利用的是两个车厢间的车辆运行时间，为保证有充分的时间向定量仓中放料并称重，在实际装车中，就只能减慢列车运行的速度，这就意味着列车的总体装车速度降低了(列车不可能在卸料时快速前进，而在两个车厢间慢速前进)，装车效率也随之降低了。而本实施例中，由于没有称重环节，去掉了称重限制车速的瓶颈，限制列车前行速度的是溜槽的升降速度，只要溜槽升降速度适当，能够避免与车厢前后帮板发生碰撞，车速能够提高许多，使列车整体的装车效率大大提高，具实测计算能够达到5000吨/小时的水平，这样的装车效率对传统的定量装车站是不可想象的。

步骤7，判断：判断是否为最后一节车厢，如果“是”则结束装车过程，如果“否”则回到步骤5，进行下一个放料循环。

对列车放料是一个循环往复的过程，对一节车皮放料后，需要判断一下，是否为最后一节车厢，循环往复的放料直至最后一节车厢装载完毕。

实施例八：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于步骤2的细化，本实施例所述的步骤2中的物料密度的取得方法包括：从上位机获得当前物料的原始数据，同时在皮带机上取样进行实时监测，并用实施监测的数据修正原始数据。

在定容装车中物料的密度参数十分关键，其精确程度影响物料装车的准确性，需要比较准确的数值。通常情况下给出的物料常规密度是在理想条件下测出的，测试条件包括：物料相对密实(被测样品在一定程度上压紧)，湿度一定(按一定的湿度标准制作被测样品)，这些条件与实际装车时的物料状态有一定差距，例如物料堆是自由落体自然形成的，没有振捣压实，同时物料的湿度状态也影响物料的密度。因此，在装车过程中对密度进行实时监测，利用实时监测的密度数据对给出的常规密度进行修正，以尽可能达到理论上的密度与重量的数值转换，避免发生商业纠纷。

实施例九：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于步骤3的细化，本实施例所述的步骤3中的编制装车计划包括如下子步骤：

子步骤1，计算总重量和总容积：根据各个车厢的参数，计算列车所有车厢加在一起的列车总载重量和列车总容积，根据计划装车的物料总重量计算计划装车的物料总体积。

列车的总载重量和总容积，在列车编组时确定，各个车厢的前后排列也确定。而计划装车量(包括重量及体积)也在销售部门与客户的合同中予以确定，因此，铁路部门是根据销售部门的要求进行列车编组，因此，本编制装车计划的方式应在铁路部门在列车编组时实施。然而实际情况是，装车站往往无法控制铁路部门的列车编组，因此只能在装车前对已经完成编组的列车安装铁路部分所提供的列车信息进行载重量和容积的验证，并在验证过程中编制具体到各个车厢的装车计划。

子步骤2，总重量和总容积比较：比较列车总载重量和计划装车的物料总重量，以及比较列车总容积与计划装车的物料总体积，确定列车总载重量是否大于计划装车的物料总重量，列车总容积是否大于计划装车的物料总体积，如果“是”则继续装车进程，如果“否”则调整装车计划。

当物料密度大于1时，物料的重量较大，敞车车厢的容积往往有较大的裕量，在不超载的前提下，可以尽量多的装载货物，这时主要校核载重量，包括列车的总载重量和各个车厢各自的载重量。当物料密度小于1时，物料重量较小，敞车车厢的容积往往没有大的裕量，而载重量则有较大裕量，这样则主要校核车厢的容积，并可以尽量的将车厢装满，甚至冒尖，充分利用车厢的载重量。

子步骤3，制定各个车厢的装载量：根据各个车厢的载重量，制定各车厢装载物料的体积，并验证装载物料的体积是否超过车厢容量，如果“是”则在车厢之间调整物料的装车量，如果“否”则结束编制装载计划。

本实施例所述的编制装车计划以车厢容积为先决条件(容积优先)，先确定车厢的容积大于或等于装载物料的体积，再验证这些物料的重量是否大于车厢的载重量。这一验证方式主要针对密度小于1的物料，如煤炭等物料。这些物料密度较小，车厢能否能够容纳是主要问题，因此需要事先验证，避免装载物料过多而发生散落。

所述的在车厢之间调整物料的装车量是指，有些型号的车厢载重量较小，而容积却较大，相反有些型号的车厢载重量较大，而容积却较小，当出现超载或超容量时，则在这类车厢之间进行调整，实现优化，使各个车厢的载重量和容量之间达到平衡，即满足载重量和容积的要求又能够尽可能多的装载物料，同时达到整个列车的整体装载的均衡，使各个车厢不至于装的太多或太少。

实施例十：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于步骤3的细化，本实施例所述的步骤3中的编制装车计划包括如下子步骤：

子步骤1，计算总重量和总容积：根据各个车厢的参数，计算列车所有车厢加在一起的列车总载重量和列车总容积，根据计划装车的物料总重量计算计划装车的物料总体积。

子步骤2，总重量和总容积比较：比较列车总载重量和计划装车的物料总重量，以及列车总容积与计划装车的物料总体积，确定列车总载重量是否大于计划装车的物料总重量，列车总容积是否大于计划装车的物料总体积，如果“是”则继续装车进程，如果“否”则调整装车计划。

子步骤3，制定各个车厢的装载量：根据各个车厢的容积，制定各车厢装载物料的重量，并验证装载物料的重量是否超过车厢的载重量，如果“是”则调整车厢物料载重量，如果“否”则结束编制装载计划。

本实施例所述的编制装车计划的前两个子步骤与实施例九相同，只是在子步骤3中以重量为先决条件，先确定车厢的载重量大于或等于装载物料的重量，再验证这些物料的体积是否大于车厢的容量。这一验证方式主要针对密度大于1的物料，如沙子，碎石等物料。这些物料密度较大，车厢能否承载是主要问题，因此需要事先确认和验证，避免超载。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案(比如装车站的形式、物料的输送方式、步骤的先后顺序等)进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种铁路敞车快速定容装车***，包括：依次连接的储料仓、给料机、皮带机、带有出料闸门的计量仓、安装在列车行进路线上能够伸缩或摆动升降的装车溜槽，其特征在于，所述的皮带机头部设有物料体积监测传感器组，所述的计量仓内设有料位高度传感器组。

2.根据权利要求2所述的定容装车***，其特征在于，所述的物料体积监测传感器组是激光雷达或视频摄像机及皮带速度传感器，或激光雷达与视频摄像机及皮带速度传感器的结合。

3.根据权利要求2所述的定容装车***，其特征在于，所述的料位高度传感器组是激光雷达或视频摄像机或激光雷达与视频摄像机的结合。

4.根据权利要求3所述的定容装车***，其特征在于，所述的料位高度传感器组还包括至少一个监测最高料位和最低料位的杆式料位高度传感器。

5.根据权利要求4所述的定容装车***，其特征在于，所述的列车行进路线上设有车厢位置监测传感器组。

6.根据权利要求5所述的定容装车***，其特征在于，所述的皮带机一侧设有物料密度检测装置。

7.一种使用权利要求6所述***的铁路敞车快速装车方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：

步骤1，启动：***启动，链接上位机，取得当前装车数据，包括：装车总重量、物料密度、列车编组的车厢个数、车厢顺序和型号，以及各型号车厢的容积；

步骤2，初始化：物料体积监测传感器组监测皮带机头部是否有物料，如果有则计算皮带机头部的物料体积，料位高度传感器组监测计量仓内的物料高度，如果计量仓内的物料高度低于物料最低高度，则启动皮带机向计量仓内输送物料，物料体积监测传感器组监测进入计量仓的物料体积，料位高度传感器组监测计量仓内物料的高度，直至计量仓内的物料高度达到或超过物料最低高度，则关闭皮带机，停止向计量仓内输送物料，再根据物料密度计算计量仓内初始物料体积和重量；

步骤3，编制装车计划：根据装车总量、物料密度、列车编组的车厢个数、车厢顺序和型号，以及各型号车厢的容积，计算各个车厢的装车容量；

步骤4，补充物料：开启皮带机，不断的向计量仓中输送物料，同时通过物料体积监测传感器组监测进入计量仓的物料数量，通过料位高度传感器组监测计量仓中物料高度的变化，计算计量仓中的物料量，物料密度检测装置对物料密度进行监测；

步骤5，车厢扫描：车厢到达装车站的装车位之前以及装车过程中，车厢位置监测传感器组扫描对车厢进行扫描，以获准确的车厢位置，以确定准确的溜槽放下和抬起时间，以及溜槽放下的高度；

步骤6，放料：车厢达到装车位，溜槽放下，开启出料闸门，物料通过溜槽流入车厢中，同时监测物料在计量仓中的高度的变化，是否达到计划装车量的物料堆高度：

H_计划= H₁- H₂+ ΔH

其中：H_计划为计量仓内对应计划装车量的物料堆变化的高度；H₁为放料开始时计量仓内物料堆高度；H₂为放料结束时计量仓内物料对高度；ΔH为放料过程中皮带机输入计量仓的物料的堆积高度；

当达到H_计划的物料堆高度时，关闭出料闸门收起溜槽，完成一节车厢的放料；

步骤7，判断：判断是否为最后一节车厢，如果“是”则结束装车过程，如果“否”则回到步骤5，进行下一个放料循环。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步骤2中的物料密度的取得方法包括：从上位机获得当前物料的原始数据，同时在皮带机上取样进行实时监测，并用实施监测的数据修正原始数据。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的步骤3中的编制装车计划包括如下子步骤：

子步骤1，计算总重量和总容积：根据各个车厢的参数，计算列车所有车厢加在一起的列车总载重量和列车总容积，根据计划装车的物料总重量计算计划装车的物料总体积；

子步骤2，总重量和总容积比较：比较列车总载重量和计划装车的物料总重量，以及比较列车总容积与计划装车的物料总体积，确定列车总载重量是否大于计划装车的物料总重量，列车总容积是否大于计划装车的物料总体积，如果“是”则继续装车进程，如果“否”则调整装车计划；

子步骤3，制定各个车厢的装载量：根据各个车厢的载重量，制定各车厢装载物料的体积，并验证装载物料的体积是否超过车厢容量，如果“是”则在车厢之间调整物料的装车量，如果“否”则结束编制装载计划。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的步骤3中的编制装车计划包括如下子步骤：

子步骤1，计算总重量和总容积：根据各个车厢的参数，计算列车所有车厢加在一起的列车总载重量和列车总容积，根据计划装车的物料总重量计算计划装车的物料总体积；

子步骤2，总重量和总容积比较：比较列车总载重量和计划装车的物料总重量，以及列车总容积与计划装车的物料总体积，确定列车总载重量是否大于计划装车的物料总重量，列车总容积是否大于计划装车的物料总体积，如果“是”则继续装车进程，如果“否”则调整装车计划；

子步骤3，制定各个车厢的装载量：根据各个车厢的容积，制定各车厢装载物料的重量，并验证装载物料的重量是否超过车厢的载重量，如果“是”则调整车厢物料载重量，如果“否”则结束编制装载计划。

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