旋轉(zhuǎn)編碼器在球磨機自動對位系統(tǒng)中的應(yīng)用

張勉 張建 鄭洪業(yè)

摘 要：本文介紹了球磨機自動對位系統(tǒng)的特點及對比分析了自動對位對現(xiàn)有手動對位的優(yōu)缺點。自動對位系統(tǒng)通過旋轉(zhuǎn)編碼器實時顯示當(dāng)前球磨機狀態(tài)及料口位置，通過程序控制實現(xiàn)自動對位。相比傳統(tǒng)的手動對位成本低、自動化程度高、操作人性化、安全性高，性能更優(yōu)。

關(guān)健詞：球磨機；自動對位；旋轉(zhuǎn)編碼器；自動化操作

1 前言

隨著陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，陶瓷已廣泛應(yīng)用在人們生活的各個領(lǐng)域（建材、日用、衛(wèi)浴等等）。中國陶瓷業(yè)經(jīng)歷了從傳統(tǒng)到現(xiàn)代工業(yè)化的轉(zhuǎn)變；現(xiàn)在正向資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變，向新型的、現(xiàn)代的、先進(jìn)的、新興的、有特色的、有優(yōu)勢的的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變[1]。隨著中國制造2025的推進(jìn)，陶瓷產(chǎn)業(yè)正向著自動化、無人化、智能化的方向邁進(jìn)。

以建材陶瓷行業(yè)為例，成型車間、深加工車間、包裝車間均已實現(xiàn)自動化，工人的工作就是維護(hù)巡邏，而原料車間依然保留著原始的面貌。隨著電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來越多的年輕人傾向于在辦公室通過終端控制生產(chǎn)流程；現(xiàn)在陶瓷廠原料車間的工作環(huán)境比較惡劣，工人的平均年齡都很高，年輕人不愿在這種環(huán)境下工作，這就意味著原料車間如果不實現(xiàn)自動化，將出現(xiàn)無人可用的情況。面對已經(jīng)來臨的用工荒和日益高漲的用工成本，推出自動化設(shè)備是解決陶瓷企業(yè)用人成本壓力的必經(jīng)之路。[2]

2 技術(shù)背景

球磨機是目前工業(yè)上廣泛使用的粉末機械。根據(jù)生產(chǎn)的規(guī)模和條件等的不同，有種種不同形式的球磨機。不過，就陶瓷工業(yè)來說，由于生產(chǎn)工藝要求以及從結(jié)構(gòu)簡單、操作維修方便、使用上機動靈活等方面考慮，通常采用間歇式球磨機[3]。以下簡稱球磨機。

球磨機在加料和放漿時需將球磨機料口轉(zhuǎn)向上，對準(zhǔn)平臺加料口?？紤]到在筒體上開孔對球磨機筒體整體強度的影響，加料口直徑只能做成55 cm。為保證大的泥團（通常有30 ～ 40 cm）能從下料口進(jìn)入，同時要求加料速度快，加料料斗口要夠大，為此，加料斗口徑一般設(shè)計成45 cm。需要加料或放漿時，需將球磨機的放漿口或加料口正對操作平臺的加料口，對位偏差只允許5 cm內(nèi)，以便加料斗能插入球磨機筒體內(nèi)進(jìn)行加料。

目前的球磨機是采用如下方式進(jìn)行對位的：如圖1、圖2所示，筒體01內(nèi)裝有研磨介質(zhì)（球石），泥石料加入到筒體01內(nèi)，軸頭支撐在軸承座02上，筒體01在變頻主電機03、減速機04、皮帶輪05和皮帶06的帶動下轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)研磨體對物料的研磨。當(dāng)物料磨到一定的時間時，需將加料口07轉(zhuǎn)到正上方，以便取樣檢驗。此時需按停機按鈕，待筒體01停止運轉(zhuǎn)后，人工拉動拔叉08將牙嵌式離合器09接合。按點動按鈕，松開剎車10，同時輔助電機20運轉(zhuǎn)，帶動輔機減速機30、減速機04、皮帶輪05和皮帶06，使筒體01慢速轉(zhuǎn)動。由于定位要求較高，一般需有操作經(jīng)驗的人站在加料口平臺處專門指揮。當(dāng)筒體01轉(zhuǎn)到超過正上方加料口一定位置時，指揮人員發(fā)出停機指令，操作人員按停機按鈕，輔助電機20失電，同進(jìn)剎車10剎住皮帶05等機構(gòu)，筒體01停止轉(zhuǎn)動，具體停機位置受操作者與指揮者間的配合度的影響。然后操作者按反轉(zhuǎn)按鈕，筒體01往反向轉(zhuǎn)動，當(dāng)加料口07轉(zhuǎn)到正上方，對準(zhǔn)平臺加料口時，指揮人員發(fā)出停機指令，操作人員按下“停止”按鈕，筒體01停住。同理，放漿操作類似。

此種操作方式存在如下不足和缺陷：

（1）通常需要有操作經(jīng)驗的人員進(jìn)行指揮，或者操作者上下、來回跑，檢查對位情況，費工且人很累、效率不高。

（2）采用了“牙嵌式離合器”，在接合時，需開動輔助電機轉(zhuǎn)動一下，再扳動離合器操縱桿讓“牙齒”相互滑入，稍有不慎就會“打齒”，損傷離合器，對操作技能要求很高。有時因為設(shè)備使用太久，機架會有些變形，離合器就更難“接合”。

（3）“牙嵌式離合器”對位后需“分開”時，需反向扳動離合器操縱桿讓“牙齒”滑出，由于放漿后內(nèi)部球石面呈傾斜狀，有較大偏心力作用，使“牙嵌式離合器”的齒面緊密壓合，操作者只能憑感覺來回“點動”輔機電機來消除、減少附加在“牙嵌式離合器”上的作用力，往往要持續(xù)好久才能退出，工作效率低。且若遇到性情急燥的人，在“離合器”久分不開的情況下，往往會強行扳動“離合器”操縱桿，往往扳彎、損壞離合器操縱桿，影響生產(chǎn)。

（4）由于操作靠經(jīng)驗來完成，對位時無法控制球石面的傾斜度，從而導(dǎo)致球石偏心力矩或大或小。當(dāng)球石偏心矩較大時，作用在剎車上的力將隨著泥漿液面的降低（放漿）越來越大，筒體轉(zhuǎn)動的趨勢越來越強烈。此時若人站在筒體上進(jìn)行相關(guān)操作（如擰螺栓、檢查球石量等），存在安全隱患。

3 球磨機自動對位裝置

3.1 球磨機自動對位裝置工藝流程

針對手動對位的種種不足之處，提出了一種新型的球磨對位裝置，通過旋轉(zhuǎn)編碼器自動檢測筒體的旋轉(zhuǎn)角度，變頻電機、減速機及剎車機構(gòu)根據(jù)檢測到的角度，做出相應(yīng)的動作，自動化操作，定位準(zhǔn)確，操作簡單，效率高，并簡化了球磨裝置的結(jié)構(gòu)，節(jié)約成本，降低了操作人員的勞動強度并消除了安全隱患。

球磨機自動對位裝置對位方式如下：如圖3、4、5所示，需要入料或?qū)ν搀w1內(nèi)部物料進(jìn)行抽樣檢驗時，筒體1在變頻電機及減速機的控制下，筒體1由工作轉(zhuǎn)速自動降低到以低速對位轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，位于筒體1主軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器3自動檢測筒體1旋轉(zhuǎn)的角度，當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器捕捉到放漿口12過了平臺加料口200位置時，再轉(zhuǎn)動一個預(yù)設(shè)的角度α（一般為人為預(yù)設(shè)，用于消除筒體1轉(zhuǎn)動的滯后角度，保證筒體放漿口12位于所述平臺加料口200的正下方）后，變頻電機啟動剎車功能，筒體1在變頻主電機的制動力和筒體偏心力的作用下緩慢往回轉(zhuǎn)動， 當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器3檢測到筒體加料口11位于平臺加料口200正下方時，空壓碟剎制動器81剎住剎車盤82，實現(xiàn)準(zhǔn)確定位，減小偏心距，從而剎車更穩(wěn)定、安全，自動化生產(chǎn)，消除人工操作的安全隱患。

同樣的，當(dāng)檢測合格后需放漿液入漿池時，換上放漿閥，筒體在變頻主電機及減速機7的控制下，筒體以對位轉(zhuǎn)速緩慢轉(zhuǎn)動，位于筒體1主軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器3檢測筒體旋轉(zhuǎn)的角度，當(dāng)其捕捉到加料口11過了平臺加料口200位置時，再轉(zhuǎn)動一個預(yù)設(shè)的角度β（一般為人為預(yù)設(shè)，用于消除筒體轉(zhuǎn)動的滯后角度及加料口11與平臺加料口200之間的角度差，保證加料口11正對漿池）后，變頻主電機啟動剎車功能，筒體1在在變頻主電機的制動力和筒體偏心力的作用下緩慢轉(zhuǎn)動，當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器3檢測到筒體放漿口12正對漿池時，空壓碟剎制動器81剎住剎車盤82，使放漿口12正對漿池，打開放漿閥，開始放漿。

3.2 旋轉(zhuǎn)編碼器組件

旋轉(zhuǎn)編碼器組件（見圖6）是將筒體的轉(zhuǎn)動傳遞到旋轉(zhuǎn)編碼器的機械結(jié)構(gòu)，包含連接塊1、防護(hù)罩2、旋轉(zhuǎn)編碼器3、萬向聯(lián)軸節(jié)4和安裝架5。

4 推廣應(yīng)用

目前第一批安裝自動對位裝置的16臺60 T球磨機已在西樵蒙娜麗莎投產(chǎn)，現(xiàn)場對位精度能保證15 mm以內(nèi)，達(dá)到設(shè)計目標(biāo)，客戶也比較滿意，后續(xù)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化。

蒙娜麗莎車間還有同行興某司的60 T自動對位球磨機，其采用光電開關(guān)確定筒體位置，在封頭處安裝兩個光電開關(guān)，分別對應(yīng)入料口和出料口；據(jù)客戶反映，球磨機對位精度尚在接受范圍，但是經(jīng)常要多轉(zhuǎn)一圈才能定位；觀察其對位過程，準(zhǔn)備自動對位時，剎車裝置提前一圈開始電動剎車減速，當(dāng)感應(yīng)到對應(yīng)的光電開關(guān)時（對應(yīng)入料口或者出料口）剎車啟動，筒體停止，此時筒體內(nèi)球石處于偏心狀態(tài)，并未發(fā)現(xiàn)球磨機有消除球石偏心的動作；隨著漿液的排出，筒體很大幾率出現(xiàn)打滑，存在安全隱患；而且在整個放漿加料周期內(nèi)，皮帶、減速機、聯(lián)軸器、剎車裝置承受很大的載荷，降低使用壽命。因其產(chǎn)品問題，使用一周后電機處聯(lián)軸節(jié)與傳動軸處聯(lián)軸器柱銷全部斷裂，減速機因底板安裝面不平整有很大的異響?，F(xiàn)由我司接手維修工作。

5 結(jié)語

信息化高速發(fā)展的今天，中國制造2025的推進(jìn)，各行各業(yè)對自動化生產(chǎn)的需求越來越強烈；各種傳感器的飛速發(fā)展給自動化生產(chǎn)注入動力。蒙娜麗莎項目的成功象征著陶瓷原料車間向自動化生產(chǎn)邁進(jìn)了一步。相比傳統(tǒng)的手動對位，自動對位更安全，更精準(zhǔn)；旋轉(zhuǎn)編碼器相比光電開關(guān)，更先進(jìn)、更智能、自動化程度更高。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡飛虎， 馮國娟. 陶瓷墻地磚生產(chǎn)技術(shù)[M]. 武漢理工大學(xué)出版社， 2011.

[2] 張柏清， 陳華龍. 中國陶瓷機械的發(fā)展現(xiàn)狀和展望[J]. 中國陶瓷工業(yè)， 2014， 21（1）：40-42.

[3] 張柏清， 林云萬. 陶瓷工業(yè)機械與設(shè)備[M]. 中國輕工業(yè)出版社， 1999.

[4] 歐姆龍E6B2說明書.