谷浩

摘 要：本文利用側(cè)式刮板取料機(jī)堆場料堆函數(shù)公式計(jì)算得出兩種適合側(cè)式刮板取料機(jī)采用的兩種自動化取料方式，并通過函數(shù)關(guān)系進(jìn)行比較兩種取料方式的特點(diǎn)及應(yīng)用，為側(cè)式刮板取料機(jī)的無人值守系統(tǒng)改造自動化取料模型提供參考。

關(guān)鍵詞：側(cè)式刮板取料機(jī)；自動取料方式；取料量調(diào)節(jié)方式

中圖分類號：U653 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1.側(cè)式刮板取料機(jī)概述

側(cè)式刮板取料機(jī)是一種針對堆殼法散料堆的取料設(shè)備。因其工作方式靈活，操作簡便，可以迅速對多種物料進(jìn)行取料作業(yè)，而廣泛應(yīng)用于水泥生產(chǎn)線的輔料混勻堆場。堆取料機(jī)布置圖如圖1所示。

側(cè)式刮板取料啟動時(shí)刮板貼近料面，取料機(jī)行走啟動，當(dāng)取料機(jī)遇到行走限位后，停止行走，刮板懸臂下降一定角度α，并反向啟動行走電機(jī)，直到停機(jī)信號或刮板降至水平位置為止。由以上工作狀態(tài)可以看出取料量（即刮板平均容積率Δt）與刮板臂每次下降角度α，取料機(jī)工作行走速度v正相關(guān)。本文針對側(cè)式刮板取料機(jī)的3個(gè)變量容積率Δt、每層下降角度αn、取料機(jī)速度v進(jìn)行分析，并制定相應(yīng)的取料方式，并比較各取料方式之間的優(yōu)劣與應(yīng)用。

2.容積率Δt、每層下降角度αn、取料機(jī)行走速度v之間的關(guān)系

由式（3）可知，容積率Δt與hn、Ln、v成正比，且在第一象限存在單調(diào)性。而hn、Ln均可看為關(guān)于αn的單調(diào)函數(shù)。因此容積率Δt，每層下降角度αn，取料機(jī)速度v之間的函數(shù)關(guān)系可以被確定。

3.側(cè)式刮板取料機(jī)取料量的調(diào)節(jié)方式

根據(jù)側(cè)式刮板取料機(jī)的工作方式可以看出，在取料機(jī)工作時(shí)，只有在料堆端部才可以下降懸臂，因此當(dāng)懸臂下降完成后，其取料量完全有行走速度決定。因此當(dāng)懸臂每層的吃料深度hn確定后，取料上限即被限定。

根據(jù)式（1）可以看出容積率即是取料體積，因此當(dāng)上位機(jī)將取料量需求數(shù)據(jù)發(fā)送給取料機(jī)后，取料機(jī)可以通過兩種調(diào)節(jié)方式進(jìn)行取料。

（1）刮板臂每層下降最大吃料深度hn固定（假設(shè)hn為刮板高度b的70%），則每層的下降角度可以通過計(jì)算得出，層數(shù)n也可以確定。該方式相當(dāng)于固定刮板臂每層下降最大吃料深度hn，調(diào)整取料機(jī)行走速度上限vn-max。在實(shí)際應(yīng)用中可以將每一層的參數(shù)以數(shù)組的形式存入PLC（懸臂角度γ、最大行走速度上限vn-max、本層懸臂下降角度αn、取料面長度xn、本層層號n）。取料時(shí)PLC根據(jù)所測得懸臂角度從數(shù)組中選取相對應(yīng)參數(shù)組，并根據(jù)所需求的取料量調(diào)整取料機(jī)行走速度vn，從而實(shí)現(xiàn)對取料量的調(diào)節(jié)。

由于該方法所有參數(shù)在取料前均已經(jīng)設(shè)定完畢，在取料過程中只考慮行走速度與取料量的關(guān)系，因此對于取料量的調(diào)節(jié)與控制簡單。因此該取料方式為目前常用方式。但該方法也存在一定的缺點(diǎn)，由于取料機(jī)刮板臂下降層數(shù)逐漸增加，每層物料體積也在不斷增加，導(dǎo)致取料機(jī)每層的行走速度上限vn-max逐漸下降（經(jīng)測算最后一層取料機(jī)行走速度上限vn-max僅僅為額定速度的50%～60%，因此在采用自動控制時(shí)，容易出現(xiàn)下游皮帶溢料的情況。因此該取料方法適合閉環(huán)控制系統(tǒng)，并需要設(shè)定取料機(jī)行走速度上限vn-max。

（2）假設(shè)取料機(jī)行走速度上限vn-max為固定值，在取料機(jī)工作過程中僅調(diào)整每個(gè)料層的下降深度hn，使取料速度在0-vn-max之間運(yùn)行時(shí)，取料量在0～100%范圍內(nèi)可調(diào)。該方式在程序設(shè)計(jì)時(shí)將下降角度αn、懸臂角度γ與取料量的公式輸入PLC。當(dāng)給中控室將取料需求量發(fā)送至PLC后，PLC根據(jù)給定取料量利用相關(guān)公式計(jì)算該層懸臂下降角度，并預(yù)先設(shè)定行走速度v，然后再根據(jù)取料過程中的實(shí)際需求對取料機(jī)速度進(jìn)行調(diào)整。該方式更適合開環(huán)控制系統(tǒng)，及手動調(diào)速系統(tǒng)。

該方式在固定行走速度上限vn-max的情況下計(jì)算取料機(jī)刮板下降角度αn，因此其每層取料量的上限均被固定，從而解決了方式一中的溢料問題。由前文所知方式二的hn-2<第一種方式的hn-1，因此對于相同的料堆，方式二中料堆層數(shù)n2>方式一料堆層數(shù)n1，并且經(jīng)過實(shí)際設(shè)備參數(shù)計(jì)算得出方式二的行走速度上限vn-max-2>方式一的行走速度上限vn-max-1，因此方式二的控制方式更加細(xì)化。也正因?yàn)槿绱?，方式二相對于方式一會損耗更多的能源。

4.兩種自動控制方式應(yīng)用

（1）由于設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮最大取料量的裕量問題，導(dǎo)致方式一中每一層的vmax均小于行走電機(jī)的額定速度，因此取料機(jī)行走速度在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)與手動調(diào)速系統(tǒng)中均容易出現(xiàn)v>vmax-n的情況，從而造成下游皮帶溢料的發(fā)生。但在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由于取料量反饋的介入，取料機(jī)的行走速度不會超過vmax-n，解決了溢料問題。但考慮到反饋信號的及時(shí)性，必須增加皮帶秤等傳感器，并在行走變頻器上增加通信模塊，這就造成了電氣生產(chǎn)成本的增加。

（2）方式二對料堆的分層更加細(xì)化，雖造成了消耗能源的增加，但由于每層的最大行走速度vmax-n被限定，因此取料上限為定值，因此在開環(huán)系統(tǒng)與手動調(diào)速兩種方式中均不用擔(dān)心溢料問題。對于開環(huán)系統(tǒng)與手動調(diào)速這兩種控制方式中方式二的控制方式更加適合。

結(jié)語

綜上所述，側(cè)式刮板取料機(jī)的兩種控制方式各有所長。隨著用戶對設(shè)備自動化要求的提高及無人值守系統(tǒng)的逐漸應(yīng)用，顯然第一種控制方式有著更為廣闊的市場前景。第二種取料方式雖然能耗較高，且自動化程度不高，但其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，成本低廉，非常適合自動化升級改造及現(xiàn)有設(shè)備的控制系統(tǒng)優(yōu)化。隨著供給側(cè)改革的不斷深入，客戶對生產(chǎn)設(shè)備的要求將不斷提高，只有走在客戶前面才能保證設(shè)備制造企業(yè)保持不斷地增長，對設(shè)備的更加精細(xì)化、自動化乃至智能化控制系統(tǒng)的研發(fā)將會引領(lǐng)企業(yè)在市場經(jīng)濟(jì)的浪潮中穩(wěn)健航行。

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