側(cè)式堆料機(jī)人字形堆料改進(jìn)分析

摘 要：人字法堆料是目前矩形料場(chǎng)普遍使用的均化工藝，文章根據(jù)《人字形堆料工藝的優(yōu)化》中提及的優(yōu)化方法針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：散料；人字法；固定端；側(cè)式堆料機(jī)

前言

目前，常用的側(cè)式堆料機(jī)均采用人字法行走式堆料，將散料分層堆放，經(jīng)橋式刮板取料機(jī)配合后實(shí)現(xiàn)物料的混勻。該堆料方法技術(shù)成熟，已經(jīng)在水泥、造紙等行業(yè)大量使用，但在日常生產(chǎn)過(guò)程中依然存在固定端取料量不足等問(wèn)題，對(duì)日常生產(chǎn)的產(chǎn)量控制、節(jié)能、自動(dòng)化等產(chǎn)生一定的影響。下面就對(duì)該部分缺陷進(jìn)行分析與論述。

1 人字法堆料原理與特點(diǎn)

人字法堆料是將料堆的斷頭分為移動(dòng)端與固定端，經(jīng)過(guò)一系列公式計(jì)算得出每層的堆料量，從而通過(guò)PLC來(lái)控制移動(dòng)端與固定端行走距離與停留時(shí)間，使料堆整齊，分層均勻。公式可參考翟建設(shè)、李建華、李紹偉所著論文《人字形堆料工藝的優(yōu)化》。預(yù)測(cè)的料堆縱斷面結(jié)構(gòu)大致如圖1。堆料后使用橋式刮板取料機(jī)自左向右取料，料耙在縱斷面將物料刮至底部然后通過(guò)刮板取至出料皮帶如圖2所示。人字法堆料可使在非固定端取料時(shí)，實(shí)現(xiàn)物料的穩(wěn)定輸出，并可通過(guò)調(diào)整行走速度，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的調(diào)整。但在固定端取料時(shí)，由于取料面的減少，取料量大幅下降，導(dǎo)致取料量嚴(yán)重不足，即使通過(guò)行走加速進(jìn)行補(bǔ)償，依然出現(xiàn)在取料過(guò)程的最后末尾階段無(wú)法滿足產(chǎn)量的問(wèn)題。

2 人字法堆料的問(wèn)題分析

假設(shè)每次取料深度不變均為K，堆高為H1，料堆半徑R1，取料斷面邊長(zhǎng)L1，料堆安息角度α，取料斷面傾角為β，剩余斷面堆高為H2，半徑為R2，取料斷面邊長(zhǎng)L2（如圖3）。則正常料堆取料體積為V1=R1×H1×K，固定端取料體積為V2=R2×H2×K。由于R=H/tgα，L=H/sinβ，帶入的出V1/V2=H1^2/H2^2。因此得出結(jié)論當(dāng)取料機(jī)在端部取料時(shí)，取料量是隨高度成平方遞減。假設(shè)取料機(jī)行走頻率正常工作頻率為25Hz，最高行走頻率為40Hz，則從最小行走頻率，到最大可以提高產(chǎn)量60%。而在固定端，當(dāng)H1/H2為0.775時(shí)，產(chǎn)量衰減即接近60%。以上假設(shè)為滿載狀態(tài)。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于下游料倉(cāng)的存在因此取料機(jī)并不需要滿負(fù)荷運(yùn)行，大部分用戶采用的方法是延長(zhǎng)固定端的取料時(shí)間，盡可能的減小剩余料堆的高度的方式。但仍然會(huì)遺留部分料堆，并且在端部取料過(guò)程及后續(xù)二次堆料時(shí)產(chǎn)生以下問(wèn)題：

（1）料堆堆形：按照原優(yōu)化程序第二次堆料時(shí)由于剩余料堆的存在，必然會(huì)在固定端位置出現(xiàn)凸起，影響物料均化效果及整齊。

（2）取料機(jī)被迫加速：取料機(jī)在固定端取料時(shí)由于取料量下降，不得不逐漸提高取料機(jī)行走速度進(jìn)行補(bǔ)償。給取料機(jī)自動(dòng)化控制帶來(lái)了新變量。

（3）取料機(jī)調(diào)速：隨著取料機(jī)速度的不斷提高，取料機(jī)產(chǎn)量的變化幅度被嚴(yán)格限制，這就使得下游設(shè)備需料量被取料機(jī)所限制，降低了生產(chǎn)的靈活性及可調(diào)整性。

（4）工作效率：隨著料堆高度下降，取料斷面向下滑料減少，造成料耙電機(jī)及行走電機(jī)負(fù)載增大，降低設(shè)備使用壽命，而刮板刮料量大大減少，造成刮板空轉(zhuǎn)，造成能源的浪費(fèi)，降低了取料機(jī)的工作效率，浪費(fèi)能源。

3 人字法堆料的改進(jìn)探索

根據(jù)上面提出的問(wèn)題，確定方案思路。首先剩余料堆是無(wú)法避免的，而只有當(dāng)剩余料高度縮小到一定程度，才使取料機(jī)被迫加速，對(duì)取料機(jī)調(diào)速和工作效率產(chǎn)生影響。首先采用將H1/H2控制在0.8-0.775來(lái)保留剩余料堆以避免剩余料堆對(duì)取料機(jī)產(chǎn)生的不良影響，然后針對(duì)堆料機(jī)二次堆料的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化?；谶@個(gè)思路提出以下兩套方案進(jìn)行論述：

（1）軟件更新：針對(duì)遺留料堆的問(wèn)題，在第二次堆料時(shí)可以采用修改程序參數(shù)的方式進(jìn)行彌補(bǔ)，在固定端料堆處減少堆料量，并配合接觸式料位計(jì)測(cè)量料堆高度，從而修正由于料堆遺留對(duì)二次堆料產(chǎn)生的影響。根據(jù)一系列公式計(jì)算出取料機(jī)在固定端取料的取料量，并轉(zhuǎn)換成行走頻率，通過(guò)公式的線性化，自動(dòng)調(diào)節(jié)取料機(jī)行走頻率，也可增加電位計(jì)手動(dòng)調(diào)節(jié)。結(jié)合實(shí)際情況，設(shè)定取料機(jī)行走“取料完”限位，保證剩余料堆高度與取料量相適應(yīng)，并且每次取完料后剩余料堆高度一定，如此就可以固化計(jì)算公式。

（2）硬件改造：在堆料機(jī)上增加非接觸式料位計(jì)，要求可以測(cè)量料堆高度，通過(guò)模擬量送至PLC，并根相應(yīng)公式計(jì)算堆料量。結(jié)合計(jì)算得出的每層高度，決定堆料機(jī)固定端、移動(dòng)端停留時(shí)間?；蛟黾佣蚜蠙C(jī)行走編碼器，將原有程序中的移動(dòng)端行走時(shí)間轉(zhuǎn)換成距離。若硬件條件允許，可以根據(jù)下料量的增減，實(shí)現(xiàn)對(duì)行走速度的調(diào)節(jié)。討論：以上兩套方案均可實(shí)現(xiàn)對(duì)原有堆取料方式的進(jìn)一步優(yōu)化，其中軟件更新方案，在硬件修改不大的基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件的算法優(yōu)化調(diào)節(jié)，客服了固定端剩余料堆產(chǎn)生的一系列問(wèn)題。由于硬件修改不大，僅在軟件上作出修改，適合對(duì)老舊設(shè)備進(jìn)行改造。但由于程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是理論計(jì)算，因此是針對(duì)普遍情況，而在實(shí)際運(yùn)行中，若遇到特殊情況，則會(huì)對(duì)自動(dòng)工況產(chǎn)生問(wèn)題，這也是軟件改造的局限性。當(dāng)問(wèn)題發(fā)生時(shí)仍需要人工手動(dòng)操作，因此整體自動(dòng)化程度僅比原設(shè)計(jì)略有提高。軟件更新的缺點(diǎn)，正是硬件改造的優(yōu)勢(shì)所在。硬件改造中增加了多項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，并集成了行走機(jī)構(gòu)的通訊系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)PLC的計(jì)算，控制設(shè)備輸出，即行走距離及停留時(shí)間，甚至可以控制行走速度。該方法自動(dòng)化程度高，參數(shù)采集全面，若增加相應(yīng)的安全設(shè)備及監(jiān)控系統(tǒng)，可升級(jí)為無(wú)人值守系統(tǒng)。但相應(yīng)的硬件改造必然造成生產(chǎn)成本的升高，因此該方案并不適合老舊設(shè)備改造而更適合新建設(shè)備。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)行業(yè)規(guī)模已經(jīng)十分龐大，客戶不但需要新技術(shù)新產(chǎn)品，更需要對(duì)自己已有設(shè)備及工藝的更新?lián)Q代及升級(jí)改造。提高自動(dòng)化程度，節(jié)能減排，提高效率將有更大的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

[1]翟建設(shè).人字形堆料工藝的優(yōu)化[J].工業(yè)技術(shù)，2010，34：12-13.