摘 要:人字法堆料是目前矩形料場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)化方法針對實際生產(chǎn)中發(fā)生的問題進行分析,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
前言
目前,常用的側(cè)式堆料機均采用人字法行走式堆料,將散料分層堆放,經(jīng)橋式刮板取料機配合后實現(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)過程中依然存在固定端取料量不足等問題,對日常生產(chǎn)的產(chǎn)量控制、節(jié)能、自動化等產(chǎn)生一定的影響。下面就對該部分缺陷進行分析與論述。
1 人字法堆料原理與特點
人字法堆料是將料堆的斷頭分為移動端與固定端,經(jīng)過一系列公式計算得出每層的堆料量,從而通過PLC來控制移動端與固定端行走距離與停留時間,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自左向右取料,料耙在縱斷面將物料刮至底部然后通過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,實現(xiàn)物料的穩(wěn)定輸出,并可通過調(diào)整行走速度,實現(xiàn)產(chǎn)量的調(diào)整。但在固定端取料時,由于取料面的減少,取料量大幅下降,導(dǎo)致取料量嚴重不足,即使通過行走加速進行補償,依然出現(xiàn)在取料過程的最后末尾階段無法滿足產(chǎn)量的問題。
2 人字法堆料的問題分析
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)論當取料機在端部取料時,取料量是隨高度成平方遞減。假設(shè)取料機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H1/H2為0.775時,產(chǎn)量衰減即接近60%。以上假設(shè)為滿載狀態(tài)。
在實際生產(chǎn)過程中,由于下游料倉的存在因此取料機并不需要滿負荷運行,大部分用戶采用的方法是延長固定端的取料時間,盡可能的減小剩余料堆的高度的方式。但仍然會遺留部分料堆,并且在端部取料過程及后續(xù)二次堆料時產(chǎn)生以下問題:
(1)料堆堆形:按照原優(yōu)化程序第二次堆料時由于剩余料堆的存在,必然會在固定端位置出現(xiàn)凸起,影響物料均化效果及整齊。
(2)取料機被迫加速:取料機在固定端取料時由于取料量下降,不得不逐漸提高取料機行走速度進行補償。給取料機自動化控制帶來了新變量。
(3)取料機調(diào)速:隨著取料機速度的不斷提高,取料機產(chǎn)量的變化幅度被嚴格限制,這就使得下游設(shè)備需料量被取料機所限制,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,造成料耙電機及行走電機負載增大,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,降低了取料機的工作效率,浪費能源。
3 人字法堆料的改進探索
根據(jù)上面提出的問題,確定方案思路。首先剩余料堆是無法避免的,而只有當剩余料高度縮小到一定程度,才使取料機被迫加速,對取料機調(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來保留剩余料堆以避免剩余料堆對取料機產(chǎn)生的不良影響,然后針對堆料機二次堆料的問題進行優(yōu)化?;谶@個思路提出以下兩套方案進行論述:
(1)軟件更新:針對遺留料堆的問題,在第二次堆料時可以采用修改程序參數(shù)的方式進行彌補,在固定端料堆處減少堆料量,并配合接觸式料位計測量料堆高度,從而修正由于料堆遺留對二次堆料產(chǎn)生的影響。根據(jù)一系列公式計算出取料機在固定端取料的取料量,并轉(zhuǎn)換成行走頻率,通過公式的線性化,自動調(diào)節(jié)取料機行走頻率,也可增加電位計手動調(diào)節(jié)。結(jié)合實際情況,設(shè)定取料機行走“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,如此就可以固化計算公式。
(2)硬件改造:在堆料機上增加非接觸式料位計,要求可以測量料堆高度,通過模擬量送至PLC,并根相應(yīng)公式計算堆料量。結(jié)合計算得出的每層高度,決定堆料機固定端、移動端停留時間?;蛟黾佣蚜蠙C行走編碼器,將原有程序中的移動端行走時間轉(zhuǎn)換成距離。若硬件條件允許,可以根據(jù)下料量的增減,實現(xiàn)對行走速度的調(diào)節(jié)。討論:以上兩套方案均可實現(xiàn)對原有堆取料方式的進一步優(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)生的一系列問題。由于硬件修改不大,僅在軟件上作出修改,適合對老舊設(shè)備進行改造。但由于程序設(shè)計的基礎(chǔ)是理論計算,因此是針對普遍情況,而在實際運行中,若遇到特殊情況,則會對自動工況產(chǎn)生問題,這也是軟件改造的局限性。當問題發(fā)生時仍需要人工手動操作,因此整體自動化程度僅比原設(shè)計略有提高。軟件更新的缺點,正是硬件改造的優(yōu)勢所在。硬件改造中增加了多項實時數(shù)據(jù)的采集,并集成了行走機構(gòu)的通訊系統(tǒng),經(jīng)過PLC的計算,控制設(shè)備輸出,即行走距離及停留時間,甚至可以控制行走速度。該方法自動化程度高,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),可升級為無人值守系統(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
隨著社會的發(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,更需要對自己已有設(shè)備及工藝的更新?lián)Q代及升級改造。提高自動化程度,節(jié)能減排,提高效率將有更大的發(fā)展空間。
參考文獻
[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.