專利名稱：利用電磁管道進行物料輸送的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于永磁直線電動機應用技術和物料運輸技術領域，具體的涉及一 種根據(jù)永磁直線電動機原理，利用輸送管道和運礦車實現(xiàn)物料輸送的電磁管道 運輸系統(tǒng)。
背景技術：
根據(jù)世界煤炭研究所估計，煤炭費用的70%為運輸費用。每年全世界從礦山 運到集散地的卡車運輸費用估計至少為80億美元。我國是最大產煤國，每年煤 炭生產產量約為20億噸，占全球煤產量的五分之二。由于中國石油資源匱乏， 占一次能源消費比重高達2/3以上的煤炭是中國能源的基礎，而工業(yè)布局與煤炭 資源的錯位，又要求北煤南運、西煤東運。另外中國煤炭運輸主要依靠鐵路、 公路、沿海和內河水運。鐵路是煤炭運輸?shù)淖钪饕绞?，中國現(xiàn)有鐵路總長為 7.66萬公里，是煤炭運輸最主要的通道，承擔了 75%的煤炭總運量，盡管煤炭 運量已占鐵路貨運量的45%以上，仍然不能滿足煤炭運輸需求，而鐵路線路的增 長不可能在短期有所突破，因此這一矛盾難以迅速解決；公路運煤則以短距離 運輸為主，近幾年隨著鐵路運力的緊張，公路運煤量呈快速增加的勢頭。貨車 作為內陸煤炭運輸?shù)闹饕ぞ?，需要大量的柴油燃料，隨著石油供求關系的制 約，也成為能源經濟發(fā)展的制約。例如內蒙古是我國最重要的煤炭能源基地之一，現(xiàn)已査明含煤面積達10多 萬平方公里，累計探明儲量占全國的25%以上，遠景儲量12000億噸。鄂爾多 斯市煤炭資源極其豐富，全市8.7萬平方公里的土地上，含煤面積約占70%，由 準格爾煤田、東勝煤田、卓子山煤田組成。三大煤田現(xiàn)已探明儲量為1496億噸， 占全國總儲量的六分之一，自治區(qū)的三分之一，預測遠景儲量10000億噸。2006 年，鄂爾多斯市煤炭產量為1.76億噸，其中神華集團8333萬噸；分旗區(qū)看， 東勝區(qū)2600萬噸，達拉特旗518萬噸，準格爾旗8418萬噸，伊金霍洛旗5883 萬噸，鄂托克旗196萬噸。煤礦生產能力100 200萬噸的有1座，200 500萬噸的有3座，500 1000萬噸的有2座，1000萬噸以上的有6座。其中礦井距 集裝站在20 50公里的煤礦有20多座。2006年鄂爾多斯市通過鐵路和公路共 外運煤炭1.25億萬噸，其中鐵路外運8000萬噸；公路外運4500萬噸。運輸成 本較高，運輸線路建造成本和運輸成本居高不下，是造成煤價不斷上漲的關鍵 原因之一。內蒙古煤炭工業(yè)的發(fā)展已被交通運輸?shù)哪芰统杀舅萍s，這也極 大的影響到其它煤炭消耗行業(yè)的發(fā)展。尤其是在煤礦與發(fā)電企業(yè)之間，運輸量 非常大，僅以內蒙古為例，自治區(qū)現(xiàn)有重點發(fā)電企業(yè)33家，重點煤炭礦區(qū)28 家、資源量近1300億噸，其中12個煤炭礦區(qū)直接為25個電廠點對點運煤， 運距范圍10 350公里，總計運輸線為2135公里。綜上所述，目前中國煤炭運輸技術、承載量以及運輸管理對經濟社會的 影響主要有四個方面 一是成本增加造成電力成本增加；二是運力不足制約 了產煤區(qū)生產能力發(fā)揮，容易造成短期煤炭供應緊張；三是煤炭運輸安全管 理任務緊迫，四是污染嚴重。開發(fā)高效、經濟、節(jié)能和環(huán)保型煤炭交通運輸 工具，大幅提升煤炭運輸能力，已經成為加快我國能源建設、促進國民經濟 快速增長的必須條件。稀土永磁直線同步電機輸運管道技術及其產業(yè)化，是近年來國際交通運 輸產業(yè)前沿技術之一，是交通運輸產業(yè)中高技術領域里具有前瞻性、先導性和 探索性的重大技術，是未來交通運輸產業(yè)高技術更新?lián)Q代和新興產業(yè)發(fā)展的一 個重要基礎，是國家交通運輸產業(yè)高技術創(chuàng)新能力的一種體現(xiàn)。上世紀90年代， 美國磁懸浮飛機技術公司在進行磁懸浮飛機(Magplane)研發(fā)時，同時開展了 磁管道運輸系統(tǒng)的研發(fā)，并于2000年在美國佛羅里達州IMC-Global磷礦建造了 一條275公尺，直徑為61公分的磷礦磁管道運輸示范線，用以和傳統(tǒng)交通工具 在投資成本、運行成本、環(huán)境影響、能源消耗等方面進行比較評估。該次管道 運輸系統(tǒng)采用前后各裝設的4個定向滑行輪的運礦車，并采用玻璃鋼纖維管作 為輸送管道，輸送管道外設置線性直流電機線圈，運礦車通過定向滑行輪架在 輸送管道移動，實現(xiàn)物料的輸送。由于該磁管道輸送系統(tǒng)僅為實驗評估項目， 而且在輸送管道和運礦車的設計上尚存在諸多缺陷，因此無法達到商業(yè)化應用 的需要，而且可操作性差。運礦車在裝載物料后其對定向滑行輪的壓力較大， 極容易造成輸送管道和定向滑行輪的損壞，從而影響整個輸送系統(tǒng)的運行?？梢姡壳斑\輸方式中，采用卡車運輸煤炭將使用大量昂貴的柴油燃料， 不但能效低，價格昂貴，而且會對當?shù)卦斐晌廴??？ㄜ囘€要對卡車以及公路基礎設施進行大量的維護。采用鐵軌運輸煤炭在多山地區(qū)要求建立迂回路線，并且在路軌附近500米之內具有不可開采礦山的限制，從而大大地限制了煤炭的 開采量。采用水煤炭泥漿管道運輸煤炭通常會產生嚴重的環(huán)境問題，因為不但 要泵取運送地域的地下水，還要在運送終點處理泥漿水。其它可能的運礦車管 道，例如氣動管道，相對于電磁管道，具有高能耗要求以及有限的生產量。發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種使用電磁力對運礦車進行推動，利用輸送管道實 現(xiàn)高效率地攀登采煤區(qū)域附近普遍存在的困難地形，并具有攀登陡峭的坡度， 使占地最小化，以及縮短到鐵路線的運輸通道距離等能力的利用電磁管道進行 物料輸送的方法，其可商業(yè)化程度高，時速快、運行平穩(wěn)，易于實現(xiàn)自動控制； 無噪音，不排放有毒、有害氣體。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案如下一種利用電磁管道進行物料輸送的方法，包括輸送管道和復數(shù)個運礦車， 其特征在于所述方法包括輸送管道內設置線性同步電機線圈，運礦車上設置有 永磁體，復數(shù)個運礦車通過其永磁體與線性同步電機線圈作用產生的推進力在 輸送管道內運動，實現(xiàn)運礦車上物料的輸送。具體的講，所述方法包括在輸送管道的內壁設置線性同步電機線圈，輸送 管道的兩端設置物料裝載平臺和物料卸載平臺，輸送管道的兩末端分別設置為 斜向結構，運礦車裝載物料后由物料裝載平臺處的輸送管道段斜向下滑入輸送管道。所述輸送管道內的頂部設置有單軌懸掛系統(tǒng)，運礦車的前后兩端分別裝有 車輪，運礦車通過所述車輪組懸掛在輸送管道內。所述輸送管道內間隔送入單個運礦車或運礦車組，所述運礦車組為2-5個運 礦車組成。所述單個運礦車的尾部或者運礦車組最后一輛運礦車的尾部設置有一小型 電機驅動裝置，該驅動裝置包括一齒輪電機，在運礦車發(fā)生停機故障后，驅動 裝置啟動齒輪電機推送運礦車至線性同步電機線圈之上。所述方法具體包括在輸送管道的入口端設置裝載平臺，裝載平臺上設置的 裝載位的個數(shù)與運礦車間隔進入輸送管道的時間成反比，裝載位輪流將運礦發(fā) 射到輸送管道。所述裝載位處設置有裝載機構，所述裝載機構的上端為物料倉，下端設置 一轉載筒體，轉載筒體的容積與運礦車容積相當，轉載筒體的筒壁上下分別設 置兩蓋體，上蓋體可沿筒壁將轉載筒體與物料倉間隔離，下蓋體打開可實現(xiàn)運 礦車的物料裝載。所述運礦車的主體為一圓筒形的物料運載艙，物料運載艙的上端面設置有 密閉蓋體，蓋體與物料運載艙間設置電磁鎖，物料運載艙的另一端面設置有永 磁體陣列，所述運礦車在裝載或卸載時，密閉蓋體旋轉打開，進入輸送管道前 密閉蓋體關閉。該方法所述的物料為包括煤炭、礦石的固體顆粒物料，物料的最大顆粒直徑小于5厘米。所述輸送管道的裝載平臺端設置有復數(shù)個平行設置的裝載位，所述各裝載 位通過軌道與輸送管道連接，裝載平臺前后兩端連接處設置有機械道岔，各裝 載位輪流將裝載后的運礦車送入輸送管道。所述機械道岔設有兩段彎曲工字梁，都安裝在一個旋轉鼓上，相差180度 角。鼓左右旋轉半圈，可以將彎曲工字梁連接到所選擇的裝載平臺，從而實現(xiàn) 軌道切換。本案發(fā)明人在對國外的磁管道運輸系統(tǒng)進行分析借鑒的基礎上，對關鍵的 技術進行重新研發(fā)，在輸送管道內設置工字型鋼梁，在運礦車的前后端分別設 置兩組車輪，運礦車通過該兩組車輪左右兩側的滑輪與輸送管道相應位置設置 的導向滑軌配合連接，這樣，運礦車就懸掛在運輸管道內，這有效降低了運礦 車和輸送管道間的摩擦系數(shù)，并提高了運礦車與輸送管道間的精確定位。輸送 管道都采用平直管道模組拼接而成，這樣能夠實現(xiàn)輸送管道的工廠制造，并可 在安裝現(xiàn)場通過夾具調整各管道模組的安裝，從而減小平直管道模組間的銜接 誤差。線性同步電機線圈安裝在輸送管道內壁，在事故時易于更換管道模組， 一般采用的方式為三相線圈繞組的每相由單根電纜來回循環(huán)繞制5次而成，各 線性同步電機線圈沿輸送管道間隔分布，不連續(xù)，最佳的方式是每50米左右設 置一線性同步電機線圈，該方法可以顯著的減少制造和運輸成本。該利用電磁管道進行物料輸送的方法可以對電源故障多層保護。在采礦地 區(qū)經常存在短期和長期斷電。第一層保護措施可以使用儲能設備，度過短期斷 電。并且當長期斷電需要控制系統(tǒng)關斷時，這些儲能設備還能提供控制電源。 最佳的保護模式是，運礦車將依靠他們自己的慣性滑行，并自動?？吭诰€性同步電機線圈之上。如果萬一一些現(xiàn)場系統(tǒng)故障導致一個或多個運礦車沒能?？?在線性同步電機線圈之上，將會采用操作員控制的搶救模式，將運礦車移動到 最近的線性同步電機線圈之上。每部運礦車將載有搶救艙。這是一種小型電機 驅動艙，每列運礦車裝有一部采用小型電池驅動的齒輪電機，能夠將運礦車低 速移動一段有限距離。搶救艙還可用來鎖定運礦車位置以防止運礦車在大坡度 管道處向前或向后滑動。與搶救艙的通信聯(lián)絡將采用無線網(wǎng)絡。運礦車為艙式運礦車，其物料運載艙外雖然設置密閉蓋體，可以防止運礦 車在輸送管道中運行時車載物料損失，但是仍然存在散落物料的情況，運礦車 的懸掛設置可以有效消除散落物料造成的運礦車和輸送管道間的損害性摩擦。 另外可以采用清掃工具定期對輸送管道進行清掃。運礦車間隔進入輸送管道，既可以是單個的運礦車間隔進入，也可以是以 首尾連接方式串聯(lián)多輛運礦車，組成一運礦車組，各運礦車組間隔進入。由于在物料運輸過程中，運礦車從裝載平臺進入到外運方向的輸送管道， 裝載間隔及運送運礦車的間隔非常短，只有數(shù)秒鐘，對此可采用系統(tǒng)集成控制 系統(tǒng)對運輸管道的遙測與控制、運礦車的加速、巡航和減速以及裝載和卸載平 臺的運礦車的行駛速度進行測控和管理，當輸送管道線路出現(xiàn)故障時，能夠進 行迅速的事故診斷與應對布置。整個電磁管道運輸系統(tǒng)由中央和現(xiàn)場兩級控制 系統(tǒng)來控制，每一列同時運行的運礦車將由各自的現(xiàn)場控制系統(tǒng)加以控制，由 位置檢測系統(tǒng)精確測量運礦車與電機繞組線圈的相對位置，并參考來自中央控 制器的輸入控制信號，經由數(shù)字信號處理器對三相逆變器進行開關控制，改變 三相線性同步電機線圈的電流大小，相位和頻率，從而控制運礦車車速。本發(fā)明的有益效果在于，該利用電磁管道進行物料輸送的方法的可靠性和 可維護性強，能夠適用于各種復雜地形的采煤區(qū)和運輸區(qū)，并具有攀登陡峭的 坡度，使占地最小化，以及縮短到鐵路線的運輸通道距離等能力，實現(xiàn)快時速， 低成本，運行平穩(wěn)、易于實現(xiàn)自動控制，無污染的優(yōu)點。該方法更利用商業(yè)化 運營，可用于煤炭、礦石等大宗物料的中短途低成本輸送。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的闡述。圖1是本發(fā)明中運礦車的主體結構示意圖；圖2是本發(fā)明中電磁管道運輸系統(tǒng)的截面結構示意圖；圖3是本發(fā)明中電磁管道運輸系統(tǒng)的整體結構示意圖。圖4是本發(fā)明電磁管道運輸系統(tǒng)中裝載平臺的結構和裝載流程示意圖； 圖5是發(fā)明電磁管道運輸系統(tǒng)中卸載平臺的結構和裝載流程示意圖；具體實施方式
如圖1-3所示，該電磁管道輸送系統(tǒng)為建于內蒙古包頭市的煤炭輸送用雙 輸送管道示范線，其是由一運載輸送管道和空載輸送管道構成的輸送回路。輸 送管道的部分線路為平直線路，并設有大小兩個S型彎道和人造小山，S型彎道 的最小彎曲半徑為70米，人造小山的上下坡度為IO度，上下坡各長40米，在 卸貨平臺附近對運礦車進行低速定位管理，以便于?？窟\礦車。輸送管道的內壁間隔安裝線性同步電機線圈9，每相6米長線圈繞組由單 根電纜循環(huán)繞制而成，三個外去方向及三個返回方向，共有三相線圈繞組，繞 組波長為21.6厘米，線性同步電機線圈繞組被安裝在一個防護罩內，表面光滑， 易于定期清除煤屑，線性同步電機線圈在輸送管道內每隔50米設置一組。輸送 管道中的運礦車全部為平直管道模組拼接而成，每個平直管道模組的長度為6.25 米，該種方式可以很大程度的適應現(xiàn)有復雜地形，包括最小的水平彎道，每個 平直管道模組對接相差5度角，可以實現(xiàn)彎道半徑為69米的彎曲輸送管道布置。 在高速段路線上的O度、5度，以及10度坡度，以及低速段的30度坡度。所有 輸送管道模組，包括水平或垂直彎道部分的電機段，都將是平直的。在同一路 段不會同時出現(xiàn)水平和垂直彎道。在低速區(qū)段，如果垂直或水平彎道大于10度， 將被安置在特制防護管內。運礦車包括一圓筒形的物料運載艙3，物料運載艙的上端面設置有密閉蓋體 2，蓋體與物料運載艙間設置電磁鎖，物料運載艙的另一端面設置有永磁體陣列 4。輸送管道的內壁固定設置有工字鋼梁6，所述運礦車的前后設置有兩組車輪 1，所述兩組車輪裝設在工字鋼梁的左右兩軌道內，所述工字鋼梁的兩側設置導 向滑軌8，運礦車的前后兩側分別設置滑輪5與導向滑軌配合連接，運礦車通過 兩組車輪和滑輪懸掛在輸送管道內。工字鋼梁的上端與輸送管道壁固定，運礦 車的前后設置的滑輪5為左右并列設置，左右滑輪分別裝配在工字鋼梁的左右 導向滑軌8內。如圖4和圖5所示，輸送管道的裝載平臺11和卸載平臺12分別設置有復 數(shù)個平行設置的裝載位，所述兩裝載位通過軌道與輸送管道連接，連接處設置有機械道岔，兩裝載位輪流將裝載后的運礦車送入輸送管道的進口端10。裝載 位處設置有裝載機構，所述裝載機構的上端為物料倉13，下端設置一轉載筒體 14，轉載筒體的容積與運礦車16容積相當，轉載筒體的筒壁上下分別設置兩蓋 體，上蓋體可沿筒壁將轉載筒體與物料倉間隔離，下蓋體打開可實現(xiàn)運礦車的 物料裝載，運礦車的封閉蓋體有一機械臂15進行開啟和閉合操作。機械道岔為 上下分別設置彎曲工字梁的可旋轉輸送管道，機械道岔的兩彎曲工字梁經過180 度旋轉可分別對接兩裝載位的導向滑軌軌道，將運礦車導入輸送管道。輸送管 道的卸載平臺端也設置機械道岔，運礦車16在卸載平臺由機械臂17完成卸載 物料后，經機械道岔變道進入空載輸送管道返回。運輸作業(yè)時，可以將2-5輛運礦車首尾依次連接后送入輸送管道進行物料 輸送，單個運礦車的尾部或者運礦車組最有一輛運礦車的尾部設置有一小型電 機驅動裝置，該驅動裝置包括一齒輪電機，在運礦車發(fā)生停機故障后，驅動裝 置啟動齒輪電機推送運礦車至線性同步電機線圈之上。采用多個裝載機構在規(guī) 定的時間間隔10秒種之內，對一列五個運礦車同時進行裝載，測試物料為大小 不同的混合煤炭顆粒，最大直徑為5厘米，經實驗表明，該電磁管道運輸系統(tǒng) 的運行成本僅為貨車運送成本的四分之一，同時能夠實現(xiàn)電氣自動控制，長時 間運行平穩(wěn)，按每10秒鐘發(fā)送一運礦車，運礦車的直徑為60厘米，其運載能 力為300萬噸/年，能夠滿足電廠或大型煤炭輸送的需要。
權利要求
1.一種利用電磁管道進行物料輸送的方法，包括輸送管道和復數(shù)個運礦車，其特征在于所述方法包括輸送管道內設置線性同步電機線圈，運礦車上設置有永磁體，復數(shù)個運礦車通過其永磁體與線性同步電機線圈作用產生的推進力在輸送管道內運動，實現(xiàn)運礦車上物料的輸送。
2. 根據(jù)權利要求l所述的利用電磁管道進行物料輸送的方法，其特征在于 所述方法包括在輸送管道的內壁設置線性同步電機線圈，輸送管道的兩端設置 物料裝載平臺和物料卸載平臺，輸送管道的兩末端分別設置為斜向結構，運礦 車裝載物料后由物料裝載平臺處的輸送管道段斜向下滑入輸送管道。
3. 根據(jù)權利要求l所述的利用電磁管道進行物料輸送的方法，其特征在于 所述輸送管道內的頂部設置有單軌懸掛系統(tǒng)，運礦車的前后兩端分別裝有車輪， 運礦車通過所述車輪組懸掛在輸送管道內。
4. 根據(jù)權利要求l所述的利用電磁管道進行物料輸送的方法，其特征在于 所述輸送管道內間隔送入單個運礦車或運礦車組，所述運礦車組為2-5個運礦車 組成。
5. 根據(jù)權利要求4所述的利用電磁管道進行物料輸送的方法，其特征在于 所述單個運礦車的尾部或者運礦車組中最后一輛運礦車的尾部設置有一小型電 機驅動裝置，該驅動裝置包括一齒輪電機，在運礦車發(fā)生停機故障后，驅動裝 置啟動齒輪電機推送運礦車至線性同步電機線圈之上。
6. 根據(jù)權利要求l所述的利用電磁管道進行物料輸送的方法，其特征在于 所述方法具體包括在輸送管道的入口端設置裝載平臺，裝載平臺上設置的裝 載位的個數(shù)與運礦車間隔進入輸送管道的時間成反比，裝載位輪流將運礦車發(fā) 射到輸送管道。
7. 根據(jù)權利要求6所述的利用電磁管道進行物料輸送的方法，其特征在于 所述裝載位處設置有裝載機構，所述裝載機構的上端為物料倉，下端設置一轉 載筒體，轉載筒體的容積與運礦車容積相當，轉載筒體的筒壁上下分別設置兩 蓋體，上蓋體可沿筒壁將轉載筒體與物料倉間隔離，下蓋體打開可實現(xiàn)運礦車 的物料裝載。
8. 根據(jù)權利要求l所述的利用電磁管道進行物料輸送的方法，其特征在于所述運礦車的主體為一圓筒形的物料運載艙，物料運載艙的上端面設置有密閉 蓋體，蓋體與物料運載艙間設置電磁鎖，物料運載艙的另一端面設置有永磁體 陣列，所述運礦車在裝載或卸載時，密閉蓋體旋轉打開，進入輸送管道前密閉蓋體關閉o
9. 根據(jù)權利要求l所述的利用電磁管道進行物料輸送的方法，其特征在于 該方法所述的物料為包括煤炭、礦石的固體顆粒物料，物料的最大顆粒直徑小 于5厘米。
10. 根據(jù)權利要求2所述的利用電磁管道進行物料輸送的方法，其特征在于 所述輸送管道的裝載平臺端設置有復數(shù)個平行設置的裝載位，所述各裝載位通 過軌道與輸送管道連接，裝載平臺前后兩端連接處設置有機械道岔，各裝載位 輪流將裝載后的運礦車送入輸送管道。
11. 根據(jù)權利要求IO所述的電磁管道運輸系統(tǒng)，其特征在于所述機械道岔 設有兩段彎曲工字梁，都安裝在一個旋轉鼓上，相差180度角。鼓左右旋轉半 圈，可以將彎曲工字梁連接到所選擇的裝載平臺，從而實現(xiàn)軌道切換。
全文摘要
一種利用電磁管道進行物料輸送的方法，包括輸送管道和復數(shù)個運礦車，其特征在于所述方法包括輸送管道內設置線性同步電機線圈，運礦車上設置有永磁體，復數(shù)個運礦車通過其永磁體與線性同步電機線圈作用產生的推進力在輸送管道內運動，實現(xiàn)運礦車上物料的輸送。該利用電磁管道進行物料輸送的方法的可靠性和可維護性強，能夠適用于各種復雜地形的采煤區(qū)和運輸區(qū)，并具有攀登陡峭的坡度，使占地最小化，以及縮短到鐵路線的運輸通道距離等能力，實現(xiàn)快時速，低成本，運行平穩(wěn)、易于實現(xiàn)自動控制，無污染的優(yōu)點。該方法更利用商業(yè)化運營，可用于煤炭、礦石等大宗物料的中短途低成本輸送。
文檔編號B65G54/02GK101274711SQ20081000056
公開日2008年10月1日 申請日期2008年1月22日 優(yōu)先權日2008年1月22日
發(fā)明者唐納德·布魯斯·蒙哥馬利, 方家榮, 杜賓生 申請人:內蒙古麥格磁投資管理有限公司