側式刮板取料機自動取料方式研究

谷浩

摘 要：本文利用側式刮板取料機堆場料堆函數公式計算得出兩種適合側式刮板取料機采用的兩種自動化取料方式，并通過函數關系進行比較兩種取料方式的特點及應用，為側式刮板取料機的無人值守系統改造自動化取料模型提供參考。

關鍵詞：側式刮板取料機；自動取料方式；取料量調節方式

中圖分類號：U653 文獻標識碼：A

1.側式刮板取料機概述

側式刮板取料機是一種針對堆殼法散料堆的取料設備。因其工作方式靈活，操作簡便，可以迅速對多種物料進行取料作業，而廣泛應用于水泥生產線的輔料混勻堆場。堆取料機布置圖如圖1所示。

側式刮板取料啟動時刮板貼近料面，取料機行走啟動，當取料機遇到行走限位后，停止行走，刮板懸臂下降一定角度α，并反向啟動行走電機，直到停機信號或刮板降至水平位置為止。由以上工作狀態可以看出取料量（即刮板平均容積率Δt）與刮板臂每次下降角度α，取料機工作行走速度v正相關。本文針對側式刮板取料機的3個變量容積率Δt、每層下降角度αn、取料機速度v進行分析，并制定相應的取料方式，并比較各取料方式之間的優劣與應用。

2.容積率Δt、每層下降角度αn、取料機行走速度v之間的關系

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性。而hn、Ln均可看為關于αn的單調函數。因此容積率Δt，每層下降角度αn，取料機速度v之間的函數關系可以被確定。

3.側式刮板取料機取料量的調節方式

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

根據式（1）可以看出容積率即是取料體積，因此當上位機將取料量需求數據發送給取料機后，取料機可以通過兩種調節方式進行取料。

（1）刮板臂每層下降最大吃料深度hn固定（假設hn為刮板高度b的70%），則每層的下降角度可以通過計算得出，層數n也可以確定。該方式相當于固定刮板臂每層下降最大吃料深度hn，調整取料機行走速度上限vn-max。在實際應用中可以將每一層的參數以數組的形式存入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PLC根據所測得懸臂角度從數組中選取相對應參數組，并根據所需求的取料量調整取料機行走速度vn，從而實現對取料量的調節。

由于該方法所有參數在取料前均已經設定完畢，在取料過程中只考慮行走速度與取料量的關系，因此對于取料量的調節與控制簡單。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，由于取料機刮板臂下降層數逐漸增加，每層物料體積也在不斷增加，導致取料機每層的行走速度上限vn-max逐漸下降（經測算最后一層取料機行走速度上限vn-max僅僅為額定速度的50%～60%，因此在采用自動控制時，容易出現下游皮帶溢料的情況。因此該取料方法適合閉環控制系統，并需要設定取料機行走速度上限vn-max。

（2）假設取料機行走速度上限vn-max為固定值，在取料機工作過程中僅調整每個料層的下降深度hn，使取料速度在0-vn-max之間運行時，取料量在0～100%范圍內可調。該方式在程序設計時將下降角度αn、懸臂角度γ與取料量的公式輸入PLC。當給中控室將取料需求量發送至PLC后，PLC根據給定取料量利用相關公式計算該層懸臂下降角度，并預先設定行走速度v，然后再根據取料過程中的實際需求對取料機速度進行調整。該方式更適合開環控制系統，及手動調速系統。

該方式在固定行走速度上限vn-max的情況下計算取料機刮板下降角度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n2>方式一料堆層數n1，并且經過實際設備參數計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化。也正因為如此，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用

（1）由于設計時需要考慮最大取料量的裕量問題，導致方式一中每一層的vmax均小于行走電機的額定速度，因此取料機行走速度在開環調速系統與手動調速系統中均容易出現v>vmax-n的情況，從而造成下游皮帶溢料的發生。但在閉環調速系統中，由于取料量反饋的介入，取料機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成本的增加。

（2）方式二對料堆的分層更加細化，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，因此在開環系統與手動調速兩種方式中均不用擔心溢料問題。對于開環系統與手動調速這兩種控制方式中方式二的控制方式更加適合。

結語

綜上所述，側式刮板取料機的兩種控制方式各有所長。隨著用戶對設備自動化要求的提高及無人值守系統的逐漸應用，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，但其系統結構簡單，控制方便，成本低廉，非常適合自動化升級改造及現有設備的控制系統優化。隨著供給側改革的不斷深入，客戶對生產設備的要求將不斷提高，只有走在客戶前面才能保證設備制造企業保持不斷地增長，對設備的更加精細化、自動化乃至智能化控制系統的研發將會引領企業在市場經濟的浪潮中穩健航行。

參考文獻

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