加氫催化劑旋轉計量自動裝料平臺的研制

張振江，鄭威強

（1.岳陽恒忠機械工程技術有限公司，湖南 岳陽 414000；

2.新疆石河子職業技術學院，新疆 石河子 832000）

加氫催化劑旋轉計量自動裝料平臺的研制

Development of a hydrogenation catalyst rotation metering automatic loading platform

張振江1，鄭威強2

（1.岳陽恒忠機械工程技術有限公司，湖南 岳陽 414000；

2.新疆石河子職業技術學院，新疆 石河子 832000）

充分利用中石化催化劑國內分公司加氫車間已有資源和成熟生產模式，基于木質托架與金屬裝料桶為主要裝料媒介，創新利用邊緣驅動的原理，研制出加氫催化劑旋轉計量自動裝料平臺。該平臺耗能小，結構緊湊，在生產活動中表現出了充分的穩定性和經濟性，受到業主的歡迎，并在中石化催化劑各公司系統內推廣和應用，產生了較好的經濟效益。

旋轉計量自動裝料平臺；邊緣驅動；微型減速電機；電子稱模塊

0 引言

隨著加氫催化劑市場的逐步放開，加氫催化劑的競爭日益加劇，這就要求國內催化劑生產廠商除了對技術進行升級外，生產方式上也要向精細化轉變。

目前加氫車間生產催化劑的許多工序還是勞動密集型的，如加氫催化劑裝料是靠人工裝一桶搬開一桶，存在以下個問題。

（1）勞動強度大，1人1天要搬近4 t的物料；

（2）裝料時需要人工值守，浪費人力資源；

（3）生產受人為情緒因素影響較大，效率低，且易因人的離崗造成物料從桶內溢出而造成物料污染和浪費。故隨著人工成本的急劇上升和對催化劑質量的要求，催化劑生產領域對機器代替人的要求變得更加迫切。

而中石化催化劑各分公司機器代替人的計劃卻要受到現場空間及原來一些生產方式的限制。如老廠房，設備擺放緊湊，空間狹小等；催化劑產品在過程中多采用金屬裝料桶和木質托架作為媒介等。

故本項目在實施過程中必須處理好利用老廠房的空間，設備不能干涉其他設備，也要利用上金屬裝料桶和木質托架為媒介的已有資源和成熟生產模式的問題。

1 旋轉計量自動裝料平臺的結構與工作原理

1.1 旋轉計量自動裝料平臺的結構

由于現場空間很緊湊，下料口已經固定了，要求平臺的位置在下料口下方，這就勢必在地面基礎上挖坑把平臺沉下去，但基礎下方又埋有管線等，故對坑的深度有極高要求。綜合考慮采用邊緣驅動式 ，其結構如圖1所示，由1電子稱量模塊（梅特勒—托利多）、2圓形軌道部件、3支撐輪部件、4平臺（機架）部件、5回轉中心部件、6滑觸線模塊、7動力系統組成。

1.2 工作原理

托架和金屬桶放在平臺4（機架）上后，啟動電源，轉入遠程（DCS）操控模式，物料開始往第一個金屬桶裝料，電子稱量模塊1進行實時稱量，當重量達到設定值時，下料口關閉，整個轉臺在動力系統的微型減速電機7的驅動下，通過襯膠輪與圓形軌道部件2的摩擦力實現邊緣驅動而旋轉，通過接近開關作用旋轉90°后停止驅動，此時第二個桶位于下料口正下方，下料口自動開啟進行第二桶的裝料工作，直至第四桶裝料量達到設定值時，系統報警通知叉車操作人員把托架連同金屬桶一起運走而完成一個循環。

圖1 邊緣驅動式旋轉平臺示意圖

圖2 動力系統組成示意圖

1.3 旋轉計量自動裝料平臺微型減速電機的設計選型

從圖1和圖2中可以看出，旋轉計量自動裝料平臺的動力系統是由微型減速電機8、摩擦輪9、緊固件10、微型減速電機機座11組成。微型減速電機通過機座和緊固件與平臺4（機架）部件連接為一體，微型減速電機的轉矩通過摩擦輪9與圓形軌道部件2的摩擦作用，使平臺（機架）部件繞回轉中心部件5轉動，實現邊緣驅動。其驅動力是摩擦輪與圓形軌道的摩擦力，而摩擦力是和驅動輪上受的徑向壓力和摩擦力有關，如圖3所示。

圖3 驅動輪受力示意圖

當驅動力F≥f時，轉臺旋轉；

其中：μ摩擦系數，摩擦系數：0.40～0.60（橡膠與鋼鐵的摩擦系數）；

N為重力在單個輪子上的壓力，N=G/n（n為所有支撐輪個數和中部支撐）

f＜0.5×12000/8=750 N（設備與物料重量按上限值取1.2 t） （2）

而M＜f×r=750×0.09=67.5N·m（r=90 mm）（3）

實際上，由于邊緣驅動回轉中心部件承擔了大部分的重量，故單個輪子驅動力遠小于750 N，而單臺驅動電機輸出轉矩M遠小于67.5 N·m，故根據精研電機選型手冊 ，本項目最終選擇3臺200 W的微型減速電機作為動力源（調試時，單臺微型減速電機動力足夠，采用3臺圓周均布是為了增加運行穩定性和克服摩擦面不平整的因素）。

從圖4可以看出， 200 W精研減速電機，其外形輕巧，高度僅104 mm加上機架，整體設備高度小于300 mm，對于對空間要求比較高的場所，使用邊緣驅動有其優勢。

圖4 200 W減速電機示意圖

圖5 旋轉計量平臺現場運行示意圖

2 應用效果

加氫催化劑旋轉計量自動裝料平臺系統如圖5所示， 1為出料口采用氣動碟閥聯鎖控制、2為金屬料桶、3為木質托架、4為旋轉計量自動裝料平臺。中石化催化劑某分公司自2014年1月開始投用至今，設備運行正常，控制操作簡便合理，使用效果良好。

2.1 精確計量，實現精細化生產

以RDM-32載體制備為例，產量計量數據對比，見表1。

表1 旋轉計量平臺投用前后產量數據對比

表2 旋轉計量平臺投用前后勞動強度對比

從表1發現估量與真實產量存在著較大的誤差，而采用計量系統對物料重量進行采集和分析，避免了因估量導致產量不足或剩余，對生產進度誤差等，使整個生產過程更加直觀和精細，使生產安排更加合理，對后續生產產生了積極的指導作用。

2.2 自動化控制，降低勞動強度

旋轉計量平臺運用PLC與DCS控制程序實現智能出料，使得操作簡單，降低了現場操作的勞動強度；員工通過遠程操作，避免了與粉塵接觸，利于員工的身心健康。

表2為投用旋轉計量平臺前后，員工現場操作的狀況對比（以平均一天的生產量40桶）表。

從表2可以看出，引入旋轉計量平臺后，相比以前的操作，在時間上節余：每天1 290 min；原來人員每天搬運達4.0 t，現在基本不用出力（4桶達到設定值后，手動叉車移走，負重量基本可忽略）。可見大大提高了效率，降低了勞動強度，利于員工的身心健康。

2.3 提高勞動效率和節約人工成本

以每天3班倒每班2人次為例，旋轉計量平臺每天3班倒每班只需1人為例，每人每月4 000元工資，單月可節約1.2萬元，全年可節約14.4萬元；更重要的是旋轉計量平臺的投用大大減小了以前純人工操作的隱形安全隱患；且生產減少了人為的因素，提高了效率。

3 結束語

充分利用中石化催化劑長嶺分公司加氫車間現場已有資源和成熟生產模式，基于木質托架與金屬裝料桶為主要裝料媒介，研制出加氫催化劑旋轉計量自動裝料平臺，其設備結構緊湊、運行可靠、經濟的優越性也得到了充分的體現，在生產應用中得到各方的認可，現在中石化催化劑系統廣泛應用。

但在實際生產過程中，意外狀況經常出現，如斷電、DCS系統癱瘓等，需要此旋轉計量平臺要往更智能化發展，如要有自動故障檢測，斷點記憶和恢復等功能，來應對未來更智能化的生產要求。

［1］ 華研中商研究院. 中國催化劑行業發展現狀及前景趨勢分析報告2015～2020年. 北京：華研中商研究院，2014，11.

［2］ 向華，向德成. 邊緣驅動式離心機（201010271278.4）. 北京：中國知識產權網，2010.

［3］ 良貴，紀名剛. 機械設計［M］. 北京：高等教育出版社，2001.

［4］ 廈門精研自動化元件有限公司著. 精研電機綜合選型目錄［M］. 廈門：廈門精研自動化元件有限公司，2014.

TQ320.66

1009-797X（2015）16-0080-04

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.16.025

張振江（1980-），男，碩士研究生，岳陽恒忠機械工程技術有限公司技術副總經理，工程師，研究方向為機械產品的研發設計與管理。

2015-06-18