側(cè)式堆料機人字形堆料改進分析

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.