BF皮帶機(jī)煤流竄斗檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

趙振華

河北港口集團(tuán)港口機(jī)械有限公司

1 引言

BF皮帶機(jī)是下水煤碼頭翻堆線的第一條皮帶機(jī)，目的是將煤炭從翻車機(jī)底層運(yùn)輸?shù)睫D(zhuǎn)接塔[1]。為了保證煤炭質(zhì)量及皮帶不被雜質(zhì)撕裂，需要在轉(zhuǎn)接塔的BF皮帶機(jī)頭部安裝除鐵器對(duì)煤流進(jìn)行除雜。煤流中的金屬雜質(zhì)在BF皮帶頭部拋料時(shí)會(huì)被上方的除鐵器勵(lì)磁吸引，順著除鐵器皮帶被運(yùn)輸?shù)搅隙泛竺娴某s斗中[2]。由于除鐵器的存在，料斗上方并不像其他的落料斗那樣為封閉狀態(tài)。如果翻車機(jī)司機(jī)給料量大或是卸難以控制流量的特殊煤種時(shí)，煤流會(huì)越過(guò)料斗進(jìn)入后面的除雜斗中(見(jiàn)圖1)。這樣降低了貨運(yùn)質(zhì)量，耽誤現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)效率，還需要定期對(duì)返場(chǎng)煤進(jìn)行清理，增加了清煤工的工作強(qiáng)度。為了減少以上情況的發(fā)生，在料斗和除雜斗之間增加了竄斗檢測(cè)裝置，編寫檢測(cè)程序，添加上位機(jī)報(bào)警界面，提示司機(jī)減量作業(yè)。

1.落料斗 2.除鐵器 3.除雜斗圖1 除鐵器、料斗、除雜斗示意圖

2 解決方案

要實(shí)現(xiàn)竄斗檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)，首先要通過(guò)計(jì)算避開(kāi)料斗上方除鐵器，確定檢測(cè)裝置安裝位置，然后編寫相關(guān)程序并在上位機(jī)添加報(bào)警界面。

2.1 檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

竄斗檢測(cè)裝置主要由固定架、煤流擋板、旋轉(zhuǎn)軸、擋板配重、接近開(kāi)關(guān)、限位擋片等部分組成。其中煤流擋板、擋板配重及限位擋片固定在旋轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)固定支架安裝在除雜斗上方，接近開(kāi)關(guān)豎直固定在固定架上(見(jiàn)圖2)。當(dāng)有煤流越過(guò)料斗進(jìn)入后面的除雜斗時(shí)，會(huì)首先撞擊煤流擋板帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而引起擋片轉(zhuǎn)動(dòng)，接近開(kāi)關(guān)的信號(hào)改變上傳到PLC，提醒司機(jī)減量作業(yè)。

1.旋轉(zhuǎn)桿 2.固定支架 3.可調(diào)節(jié)配重 4.限位擋片 5.接近開(kāi)關(guān) 6.擋板 7.雜物斗圖2 竄斗檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)示意圖

2.2 檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集越過(guò)料斗后煤流的角度方向數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出檢測(cè)裝置的擋板所需長(zhǎng)度、接觸煤流的角度及安裝位置(見(jiàn)圖3)。

1.拋料滾筒 2.防竄斗裝置 3.雜物斗 4.落料斗圖3 煤流越過(guò)料斗示意圖

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采集數(shù)據(jù)，擋板和連接桿各600 mm，擋板接觸煤流的角度為30°，擋板和連接桿質(zhì)量為3 kg，配重力臂為300 mm。根據(jù)擋板和配重力矩平衡，可以計(jì)算出檢測(cè)裝置配重的質(zhì)量為3 kg。

越過(guò)料斗的煤流撞擊擋板引起擋板發(fā)生定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，配重同時(shí)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)整個(gè)碰撞旋轉(zhuǎn)過(guò)程進(jìn)行分析。

為了求得煤流撞擊擋板后，檢測(cè)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的最大角度，需要對(duì)整個(gè)撞擊過(guò)程進(jìn)行能量分析。定義如下物理量：煤流初始速度v0，撞擊后煤流速度v1(未知)，撞擊后擋板角速度ω0(未知)，擋桿長(zhǎng)度l1，配重桿長(zhǎng)度l2，煤流重量M，檔桿質(zhì)量m1，擋板質(zhì)量m2，配重桿質(zhì)量m3，配重質(zhì)量m4，擋桿質(zhì)量線密度λ1，擋板質(zhì)量線密度λ2，配重桿質(zhì)量線密度λ3，配重質(zhì)量線密度λ4。

此結(jié)構(gòu)可以看成質(zhì)量離散分布的剛體，設(shè)其總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J0，將整體轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)分為4部分，分別為擋桿、擋板、配重桿和配重(見(jiàn)圖4)，那么總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：

(1)

圖4 煤流撞擊示意圖

(2)

同理得到擋板的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：

(3)

配重桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：

(4)

配重塊在配重桿的末端1/3處，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：

(5)

設(shè)煤流撞擊擋板前動(dòng)能為E0，煤流撞擊擋板后動(dòng)能為E1，撞擊后擋板的瞬時(shí)動(dòng)能為Ek0，根據(jù)能量守恒可得：

E0=E1+Ek0

(6)

根據(jù)能量守恒可得：

(7)

ΔEp=Ep1-Ep0

(8)

根據(jù)能量守恒定律得：

Ek0=ΔEp

(9)

因?yàn)椋?/p>

ΔEp=m1gΔh1+m2gΔh2+m3gΔh3+m4gΔh4

(10)

式中，

(11)

(12)

(13)

(14)

通過(guò)上述公式，最終可求得θ≈13°。

通過(guò)擋板和配重勢(shì)能的變化計(jì)算出軸旋轉(zhuǎn)角度的變化，可以在轉(zhuǎn)軸上制作擋片實(shí)現(xiàn)檢測(cè)裝置側(cè)面接近開(kāi)關(guān)的通斷[3](見(jiàn)圖5)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況分析，選用直徑為28 mm的接近開(kāi)關(guān)，設(shè)計(jì)擋片寬度為40 mm，將限位安裝在檢測(cè)裝置的固定架上，限位擋片處于豎直方向。因?yàn)槊毫鳑_擊時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)角度較小，所以L1≈28+40=68 mm，可以計(jì)算出限位擋片及連接桿長(zhǎng)度L=L1cot13°=294 mm，正常狀態(tài)下限位擋片應(yīng)位于接近開(kāi)關(guān)正前面，可以確定接近開(kāi)關(guān)的安裝位置。

圖5 檢測(cè)裝置動(dòng)作前后示意圖

2.3 編寫檢測(cè)程序

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)觀察發(fā)現(xiàn)，在給料量大或者卸特殊煤種時(shí)，煤流會(huì)沖擊料斗襯板。煤流在越過(guò)料斗進(jìn)入除雜斗內(nèi)時(shí)，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)撞擊擋板數(shù)次。據(jù)此現(xiàn)象編寫報(bào)警檢測(cè)程序，并屏蔽了雜質(zhì)撞擊擋板發(fā)生誤報(bào)的情況。

報(bào)警的條件是竄斗煤流撞擊到擋板，傳感器動(dòng)作3次并且這3次的間隔在10 s內(nèi)。由于煤流中的雜質(zhì)可能會(huì)撞擊擋板，但不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)撞擊，所以為避免發(fā)生誤報(bào)的情況，傳感器動(dòng)作1次后10 s內(nèi)沒(méi)有第二次動(dòng)作，便會(huì)在重新計(jì)數(shù)并清除計(jì)時(shí)不發(fā)出報(bào)警。

2.4 上位機(jī)界面制作

現(xiàn)場(chǎng)接近開(kāi)關(guān)傳感器采集報(bào)警數(shù)據(jù)發(fā)送給變電所PLC，通過(guò)生產(chǎn)者消費(fèi)者標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)傳遞給翻車機(jī)PLC，并在上位機(jī)上設(shè)計(jì)報(bào)警功能[4]，當(dāng)煤流量過(guò)大發(fā)生竄斗時(shí)，上位機(jī)會(huì)彈出提示信息，提醒司機(jī)適當(dāng)減量作業(yè)。

3 應(yīng)用情況及實(shí)施效果

目前皮帶機(jī)煤流竄斗檢測(cè)裝置已在秦皇島煤五期的3條BF線上投入使用1年時(shí)間，運(yùn)行過(guò)程中程序判定無(wú)誤，運(yùn)行穩(wěn)定，很少出現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)等情況，在煤流竄斗時(shí)能夠有效地提示司機(jī)進(jìn)行減料作業(yè)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)除鐵器機(jī)構(gòu)存在的不足進(jìn)行分析，對(duì)皮帶機(jī)煤流竄斗檢測(cè)裝置進(jìn)行改造，在料斗和除雜斗之間增加檢測(cè)裝置、編寫檢測(cè)程序、添加上位機(jī)報(bào)警界面，有效提示司機(jī)減量作業(yè)，避免竄斗情況的發(fā)生，提高了港口裝卸效率[5]，對(duì)類似工程具有一定的參考意義。