實現(xiàn)濃密槽耙機(jī)軸停轉(zhuǎn)報警的功能設(shè)計

【摘要】在氧化鋁赤泥選鐵工序中，采用大型錐形濃密槽來濃縮鐵精礦礦漿，如果耙機(jī)裝置意外停機(jī)，沒有及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，容易發(fā)生沉槽事故，造成生產(chǎn)中斷。本文論述了對濃密槽耙機(jī)軸停轉(zhuǎn)故障增加報警功能的設(shè)計思路，以及實現(xiàn)報警功能的機(jī)械、電氣結(jié)構(gòu)和原理。該報警控制方式還可用于螺旋軸、鋁礦輸送皮帶打滑檢測等場合。

【關(guān)鍵詞】攪拌裝置;停車;監(jiān)控;時間繼電器

作為綠色生態(tài)鋁產(chǎn)業(yè)項目，中國鋁業(yè)廣西分公司氧化鋁廠新建了一個赤泥回收鐵項目，該項目利用磁選工藝，從氧化鋁生產(chǎn)后廢棄的赤泥中回收鐵精礦，年產(chǎn)鐵精礦約40萬噸，實現(xiàn)綠色環(huán)保的社會價值和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

1.濃密槽的現(xiàn)狀

赤泥選鐵車間生產(chǎn)工序中，磁選機(jī)選出的鐵精礦礦漿，需要經(jīng)過濃密槽進(jìn)一步提高濃度。濃密槽是一個直徑約30米，高度約6米的大型錐形沉降槽，沉降槽溢流，返回到氧化鋁生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)利用，底流則是高固含的鐵精礦，在旋轉(zhuǎn)耙機(jī)徑向力推動下，從沉降槽中心錐底出料，用砂漿泵送到壓濾工區(qū)，通過板框壓濾機(jī)濾除水分，濾餅就是鐵精礦產(chǎn)品。由于氧化鋁廠是連續(xù)生產(chǎn)的，氧化鋁尾礦赤泥也是連續(xù)排放，如果濃密槽發(fā)生沉槽事故，赤泥選鐵流程被迫中斷，富含鐵精礦的赤泥就直接排入尾礦庫，且不可再回收，造成鐵精礦的直接浪費(fèi)。

濃密槽發(fā)生沉槽事故的最主要因素是濃密槽耙機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，鐵精礦不能正常排出，并在槽底快速沉積，堵塞出料口。如果濃密槽耙機(jī)停止旋轉(zhuǎn)沒有及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，當(dāng)沉降槽鐵精礦淤積到一定程度時，耙機(jī)無法重新啟動和提升耙臂。由于缺乏連續(xù)監(jiān)控耙機(jī)運(yùn)行狀況的裝置，生產(chǎn)流程連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行存在管控的盲區(qū)，沉槽事故不僅造成生產(chǎn)中斷和經(jīng)濟(jì)損失，清理槽罐的工作量也很大。

2.濃密槽沉槽事故的原因分析

濃密槽耙機(jī)采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動，正常情況下，電動機(jī)驅(qū)動一臺動力油泵，油泵產(chǎn)生的高壓油流送到耙機(jī)驅(qū)動裝置。驅(qū)動裝置由3套柱塞泵和減速機(jī)組成，在驅(qū)動裝置的推動下，耙機(jī)慢速的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)控制系統(tǒng)檢測到耙機(jī)旋轉(zhuǎn)扭矩增大到一定數(shù)值時，液壓系統(tǒng)自動將耙臂提升一定的高度以減輕負(fù)載，當(dāng)耙機(jī)旋轉(zhuǎn)扭矩降低時，又自動降低耙臂的高度。

液壓系統(tǒng)具有緩沖負(fù)載波動、防止設(shè)備過載的優(yōu)點，但驅(qū)動裝置經(jīng)過電動機(jī)-油泵-柱塞泵-減速機(jī)等多個環(huán)節(jié)。遠(yuǎn)程監(jiān)控電腦只顯示油泵電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)驅(qū)動系統(tǒng)某個環(huán)節(jié)故障，如油管漏油、油泵、柱塞泵或減速機(jī)故障，雖然油泵電動機(jī)還在運(yùn)行，但耙機(jī)實際上已經(jīng)停止了運(yùn)轉(zhuǎn)。由于濃密槽現(xiàn)場無人值守，周期性巡檢難以保證及時發(fā)現(xiàn)停轉(zhuǎn)的故障，從而發(fā)生沉槽事故。

3.軸停轉(zhuǎn)報警的功能設(shè)計思路

避免發(fā)生沉槽事故的關(guān)鍵，是當(dāng)耙機(jī)軸停轉(zhuǎn)的情況下，及時發(fā)出故障報警，提醒操作人員馬上采取措施。我們對耙機(jī)可采集、監(jiān)測的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了全面分析，無法通過某個運(yùn)行參數(shù)，間接的反映耙機(jī)軸停止運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。而且，監(jiān)測耙機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的實際旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，是最直接、最可靠的監(jiān)控手段。

我們的監(jiān)控設(shè)計思路，逐漸聚焦在耙機(jī)軸上，我們讓耙機(jī)軸每轉(zhuǎn)動一周，給電氣監(jiān)測裝置發(fā)出一個脈沖信號，如果在一個時間段內(nèi)沒有收到脈沖信號，就說明耙機(jī)軸已經(jīng)停止旋轉(zhuǎn)，這樣就可以監(jiān)測耙機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)狀況了。

4.軸停轉(zhuǎn)報警的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計思路確定了，現(xiàn)場的實際工況條件，卻難于安裝脈沖檢測元件：槽頂蓋板和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置之間，耙機(jī)軸露出的長度只有60厘米，而耙機(jī)軸在工作中還要上下升降，升降的最大行程為50厘米。同時，耙機(jī)軸與槽蓋板之間的間隙，冒出大量的蒸汽，周邊不適合安裝電氣元器件。

為了實現(xiàn)脈沖檢測的功能，我們反復(fù)到現(xiàn)場進(jìn)行研究，設(shè)計了一個機(jī)械鉸接杠桿機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1 鉸接杠桿結(jié)構(gòu)

擺臂2通過鉸接點1安裝在驅(qū)動裝置的機(jī)架上，使擺臂2可以繞鉸接點1左右擺動。正常情況下，擺臂2在拉簧4的拉力和定位塊5的共同作用下，定位在圖示位置，擺臂2離金屬感應(yīng)開關(guān)8有很遠(yuǎn)的距離，接近開關(guān)不會被金屬感應(yīng)。

在擺臂2上，焊接了一根與之垂直的角鋼3，與耙機(jī)軸7的軸線平行，在耙機(jī)軸上焊接了一根旋轉(zhuǎn)臂6，耙機(jī)軸每旋轉(zhuǎn)一周，觸碰角鋼3一次。角鋼3的長度略大于耙機(jī)軸的最大升降行程，這樣可以保證耙機(jī)軸升降到任何高度，旋轉(zhuǎn)臂6都能夠正常觸碰到角鋼3。為了保證平穩(wěn)的運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)臂6和角鋼3的接觸端頭，安裝了一個軸承，使得兩者之間的觸碰過程是滾動摩擦。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)臂6觸碰到角鋼3時，擺臂2被推動到圖示的虛線位置，擺臂2兼作“金屬感應(yīng)片”的作用，金屬感應(yīng)開關(guān)8被感應(yīng)，開關(guān)狀態(tài)改變。旋轉(zhuǎn)臂6離開后，在拉簧4的拉力作用下，擺臂2又回到初始位置，感應(yīng)開關(guān)8狀態(tài)恢復(fù)常態(tài)。通過以上的鉸接杠桿機(jī)械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了脈沖檢測的功能，并使感應(yīng)開關(guān)8的安裝位置遠(yuǎn)離耙機(jī)軸周邊蒸汽大的不利環(huán)境。

5.軸停轉(zhuǎn)報警的電氣設(shè)計

如上所述，電氣報警裝置的原理是：超過一個旋轉(zhuǎn)周期時間，電氣系統(tǒng)仍然沒有收到脈沖信號，就可以判定耙機(jī)軸已經(jīng)停止旋轉(zhuǎn)。報警裝置的電氣原理圖如圖2所示。

圖2 報警裝置電氣原理圖

S1是金屬感應(yīng)開關(guān)，該開關(guān)在正常情況下是閉合的，繼電器KA1通電，時間繼電器ST1通電開始計時，時間繼電器ST2則因KA1常閉觸點斷開，處于停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)機(jī)械機(jī)構(gòu)的擺臂6靠近金屬感應(yīng)開關(guān)S1時，S1開關(guān)狀態(tài)發(fā)生改變而開路，KA1斷電，此時ST2開始通電計時，ST1則因為斷電而停止計時并清零。當(dāng)機(jī)械機(jī)構(gòu)的擺臂6離開感應(yīng)開關(guān)S1時，S1開關(guān)恢復(fù)閉合，ST1和ST2的狀態(tài)也跟隨轉(zhuǎn)變，分別再次開始計時和復(fù)位，周而復(fù)始。

為什么選擇兩個時間繼電器的交替計時和復(fù)位？這是為了保證監(jiān)控的可靠性。如果只用一個時間繼電器，當(dāng)金屬感應(yīng)開關(guān)S1或中間繼電器KA1損壞失效（不動作），或者耙機(jī)軸停轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)臂6剛好停留在觸碰擺臂2的位置，時間繼電器都有可能保持在斷電狀態(tài)，不會在復(fù)位后重新開始計時，報警系統(tǒng)停止工作。

經(jīng)現(xiàn)場測定，耙機(jī)軸旋轉(zhuǎn)一周的時間大約6分鐘，金屬感應(yīng)開關(guān)S1被感應(yīng)的時間大約6秒鐘，為此將ST1延時觸點的動作時間設(shè)定為7分鐘，ST2的動作時間設(shè)定為1分鐘。如果耙機(jī)軸正常的旋轉(zhuǎn)，ST1和ST2的計時總是不會超過軸旋轉(zhuǎn)的周期性時間。如果耙機(jī)軸停止運(yùn)轉(zhuǎn)，則在規(guī)定的時間內(nèi)，正在工作的時間繼電器ST1或ST2不會被復(fù)位，繼電器延時觸點閉合，發(fā)出聲音和閃光燈報警。

報警裝置的電源取自油泵的電動機(jī)電源，當(dāng)液壓油泵正常停車時，報警系統(tǒng)也同步停止工作，避免發(fā)出誤報信號。

6.監(jiān)控裝置的實施效果

監(jiān)控裝置安裝調(diào)試后，徹底消除了耙機(jī)裝置監(jiān)控盲區(qū)的問題，由于耙機(jī)軸是慢速旋轉(zhuǎn)的，機(jī)械裝置的運(yùn)行非常平穩(wěn)、準(zhǔn)確，滿足常年連續(xù)運(yùn)行的條件。雙時間繼電器的電氣回路， 也具有很高的可靠性，如果金屬感應(yīng)開關(guān)S1或中間繼電器KA1損壞失效，ST1或ST2延時觸點就會動作，給出報警信號，提醒電氣人員更換元件。在最近發(fā)生的耙機(jī)軸連接法蘭脫焊事故（相當(dāng)于斷軸）和一次感應(yīng)開關(guān)失效故障，都成功的發(fā)出了報警信號。

PLC的脈沖計數(shù)功能，更容易實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)類設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)控的問題。但時間繼電器和PLC相比，價格非常低廉。在解決單一的監(jiān)控問題時，時間繼電器的方式更加經(jīng)濟(jì)。類似的旋轉(zhuǎn)裝置監(jiān)控問題，如：皮帶輸送機(jī)的打滑檢測，螺旋輸送機(jī)的斷軸報警，都可以采用這個方式。比如皮帶輸送機(jī)，在打滑狀態(tài)時，機(jī)尾的被動滾筒就會減速或停止，利用時間繼電器的計時功能，很容易監(jiān)控到機(jī)尾滾筒的減速或停止的狀態(tài)。選用施耐德公司的RE11RAMU電子式時間繼電器，時間設(shè)定精度達(dá)到0.1秒，響應(yīng)速度則更快。

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作者簡介：葉有楠（1972—），男，廣西百色人，大學(xué)本科，現(xiàn)供職于中國鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司氧化鋁廠。