堆(取)料機(jī)皮帶自動(dòng)糾偏系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高飛

（唐山曹妃甸實(shí)業(yè)港務(wù)有限公司，河北 唐山 063200）

1 項(xiàng)目綜述

堆料機(jī)的懸臂皮帶在作業(yè)中跑偏情況很普遍，綜合分析跑偏的原因有以下幾個(gè)：第一，礦石品種和密度不同導(dǎo)致礦石在皮帶上分布形式不同。第二，礦石在皮帶上的落料點(diǎn)偏離皮帶中心。第三，礦石落下方向與懸臂皮帶運(yùn)行方向存在夾角。第四，流量波動(dòng)。第五，大料頭干擾。第六，托輥磨損及安裝精度差。以上問(wèn)題導(dǎo)致懸臂皮帶在作業(yè)過(guò)程中頻繁出現(xiàn)跑偏，跑偏如果不及時(shí)加以糾正就會(huì)發(fā)展到灑料或者重跑偏停車、劃傷皮帶，甚至撕裂皮帶，中斷生產(chǎn)流程并且造成設(shè)備財(cái)產(chǎn)損失。

糾偏可以采取兩種方式：正面皮帶糾偏；回程皮帶糾偏。

正面皮帶糾偏：通過(guò)調(diào)節(jié)“槽托輥架”的角度來(lái)改變皮帶運(yùn)行方向。槽托輥架與基座之間有5個(gè)固定位置，可以通過(guò)固定銷子將槽托輥架固定在5個(gè)不同的角度。使用這種方式糾偏是有級(jí)調(diào)偏，調(diào)偏的角度只能從5個(gè)角度選擇一個(gè)，不能做到連續(xù)無(wú)極調(diào)節(jié)，并且正面皮帶調(diào)偏方式需要手動(dòng)移動(dòng)槽托輥架，人工靠近運(yùn)行中的皮帶去調(diào)節(jié)，這種方式存在嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)，因此只在停車后才能調(diào)節(jié)。回程皮帶糾偏：在回程皮帶下方設(shè)置調(diào)偏托輥，使托輥與回程皮帶緊密接觸。在皮帶運(yùn)行中回程皮帶與調(diào)偏托輥之間存在摩擦力，當(dāng)皮帶的運(yùn)行方向與調(diào)偏托輥轉(zhuǎn)動(dòng)的方向存在夾角時(shí)，皮帶會(huì)受到調(diào)偏托輥旋轉(zhuǎn)方向的校正力，從而達(dá)到糾偏的目的。回程皮帶糾偏在極限范圍內(nèi)可以在任意角度糾偏，是無(wú)極調(diào)節(jié)，并且在調(diào)節(jié)時(shí)人員處于相對(duì)安全的位置，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，在皮帶運(yùn)行的同時(shí)就可以調(diào)節(jié)。

鑒于以上原因，在使用中以回程糾偏為主要調(diào)節(jié)方式，正面糾偏為輔助方式。

回程皮帶調(diào)偏輥的驅(qū)動(dòng)方式有手動(dòng)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)三種。本項(xiàng)技改采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，并且將檢測(cè)皮帶跑偏的信號(hào)傳入PLC，用PLC的輸出來(lái)控制調(diào)偏托輥。這樣就將自動(dòng)化應(yīng)用到調(diào)偏中，不僅實(shí)現(xiàn)了快速反應(yīng)，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，同時(shí)避免了人員靠近運(yùn)行中的皮帶機(jī)構(gòu)，從根本上消除了危險(xiǎn)因素。

當(dāng)前皮帶輸送機(jī)的調(diào)偏絕大多數(shù)都是采用手動(dòng)方式，由巡視人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)。有些皮帶通過(guò)改變轉(zhuǎn)向滾筒的角度來(lái)調(diào)節(jié)，用的是液壓油缸驅(qū)動(dòng)。

傳統(tǒng)的手搖式調(diào)偏托輥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但是全憑人力調(diào)節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，手搖調(diào)偏機(jī)構(gòu)在礦石粉塵環(huán)境中極易銹蝕導(dǎo)致活動(dòng)不順暢，調(diào)節(jié)過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，往往錯(cuò)過(guò)最佳調(diào)節(jié)時(shí)機(jī)。在頻繁跑偏的情況下，人員需要頻繁調(diào)節(jié)托輥，不僅達(dá)不到調(diào)節(jié)要求的效果，還給司機(jī)和巡視增加了很大的負(fù)擔(dān)。

手動(dòng)調(diào)節(jié)方式受操作人員的經(jīng)驗(yàn)水平影響很大，如果巡視人員操作調(diào)偏托輥經(jīng)驗(yàn)不足或者對(duì)特定皮帶線不熟悉，調(diào)偏結(jié)果將難以達(dá)到要求。

液壓調(diào)偏機(jī)構(gòu)具有輸出力矩大的優(yōu)點(diǎn)，但是動(dòng)作速度慢，調(diào)節(jié)量難以精確控制，體積龐大，占用空間較大，重量大，對(duì)安裝部位的承載能力要求較高。堆（取）料機(jī)的懸臂上空間有限，不適合安裝液壓調(diào)偏機(jī)構(gòu)。

2 改造方案（圖1）

圖1

2.1 改造前跑偏限位的布局及其接線方式

傳統(tǒng)的跑偏限位布局是按照頭部跑偏和尾部跑偏來(lái)設(shè)置。頭部左右各設(shè)置一個(gè)跑偏限位，左右兩側(cè)的兩個(gè)限位里將檢測(cè)輕跑偏觸的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，作為頭部輕跑偏信號(hào)進(jìn)入PLC輸入模塊。檢測(cè)重跑偏的兩個(gè)觸點(diǎn)也是串聯(lián)，作為頭部重跑偏信號(hào)進(jìn)入PLC輸入模塊。尾部左右兩側(cè)的跑偏限位與頭部一樣也是做串聯(lián)使用。當(dāng)發(fā)生跑偏時(shí)，系統(tǒng)只能知道頭部或者尾部發(fā)生跑偏，而不能自動(dòng)檢測(cè)到跑偏的方向是向左還是向右。只能由司機(jī)或者巡視在接到跑偏信號(hào)后到現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)來(lái)核實(shí)跑偏向左還是向右，然后再手動(dòng)做出調(diào)節(jié)動(dòng)作。

2.2 改造后跑偏限位的布局及其接線方式

在自動(dòng)調(diào)偏設(shè)計(jì)方案中，保持跑偏限位的安裝位置不變，將傳統(tǒng)方案中跑偏限位按照頭部、尾部劃分方式改成左側(cè)、右側(cè)的劃分方式。即將頭部左側(cè)限位與頭部右側(cè)限位劃分為一組稱為左側(cè)跑偏限位，頭部右側(cè)限位與尾部右側(cè)限位劃分為一組稱為右側(cè)跑偏限位。將左側(cè)兩個(gè)跑偏限位的兩組輕跑偏觸點(diǎn)串聯(lián)，兩組重跑偏觸點(diǎn)串聯(lián)，分別作為左側(cè)跑偏的輕跑偏信號(hào)和重跑偏觸信號(hào)，進(jìn)入PLC輸入模塊。右側(cè)跑偏與左側(cè)跑偏處理方式相同。這樣改造后，系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別出跑偏方向向左還是向右，從而為自動(dòng)調(diào)節(jié)打下基礎(chǔ)。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

堆料機(jī)原有的控制器是美國(guó)羅克韋爾公司的Controllogix5000系列PLC，其功能足夠強(qiáng)大，新增的自動(dòng)糾偏功能加入原有的堆料機(jī)控制程序中，其PLC足以勝任新功能的增加。這樣不僅有利于程序的整合，對(duì)節(jié)約成本更是有顯著的效果。

堆取料機(jī)有堆料作業(yè)模式和取料作業(yè)模式，兩種模式下，懸臂皮帶的運(yùn)動(dòng)方向是相反的，對(duì)于同一個(gè)糾偏托輥的角度，因?yàn)槠н\(yùn)行方向不同，產(chǎn)生的糾偏效果是相反的。因此，程序編制過(guò)程中針對(duì)堆料模式和取料模式分別作了設(shè)計(jì)，對(duì)于同樣的向左跑偏，針對(duì)堆料模式下和取料模式下調(diào)偏輥的調(diào)節(jié)方向正好是相反的。隨著堆料/取料模式的切換，自動(dòng)糾偏系統(tǒng)也能夠自動(dòng)切換。

作為自動(dòng)控制模式的補(bǔ)充，本設(shè)計(jì)還包含了手動(dòng)旋鈕控制功能，作為自動(dòng)控制故障情況下的有效補(bǔ)充，有效提高了系統(tǒng)的可靠性。

因?yàn)榧m偏過(guò)程存在滯后特性，從糾偏輥?zhàn)龀鼋嵌日{(diào)節(jié)到皮帶回正存在一個(gè)滯后過(guò)程，如果糾偏動(dòng)作一直持續(xù)直到效果顯現(xiàn)才停止，將會(huì)嚴(yán)重超調(diào)，皮帶會(huì)向另一個(gè)方向繼續(xù)跑偏，如此將會(huì)造成左右交替振蕩跑偏.為了解決這個(gè)問(wèn)題，程序設(shè)計(jì)中采用上升沿信號(hào)有效而非高電平信號(hào)有效。在跑偏限位檢測(cè)到跑偏現(xiàn)象后調(diào)節(jié)一個(gè)小角度，延時(shí)15秒后再次讀取跑偏檢測(cè)信號(hào)，如果跑偏仍存在就繼續(xù)調(diào)節(jié)一個(gè)小角度，直到跑偏檢測(cè)信號(hào)消失為止。這樣避免了超調(diào)現(xiàn)象。

3 實(shí)施效果

該項(xiàng)目在曹妃甸實(shí)業(yè)港務(wù)有限公司二期堆場(chǎng)的4臺(tái)堆（?。┝蠙C(jī)上投入實(shí)際使用，產(chǎn)生了明顯的效果。

（1）把操作人員徹底解放出去，堆（?。┝蠙C(jī)在作業(yè)過(guò)程中懸皮發(fā)生跑偏時(shí)，司機(jī)不再需要盡快到達(dá)調(diào)偏裝置處手動(dòng)調(diào)節(jié)，從根本上杜絕了發(fā)生危險(xiǎn)的可能性。

（2）懸皮在運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)重跑偏停車故障，避免了皮帶劃傷和設(shè)備損壞。

（3）因懸皮跑偏故障導(dǎo)致的生產(chǎn)中斷現(xiàn)象明顯減少，極大的提高了作業(yè)效率。

4 主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

本項(xiàng)目的主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)有：

（1）將傳統(tǒng)的以頭尾劃分方式改成以左右劃分。

（2）用電機(jī)驅(qū)動(dòng)推桿代替手搖推桿。

（3）用PLC控制推桿電機(jī)，自動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)偏托輥的角度。

（4）本系統(tǒng)的投入使用，徹底把操作者解放出來(lái)，使其更專心于堆料作業(yè)。