礦山生產(chǎn)料倉(cāng)自動(dòng)切換裝置的研究與設(shè)計(jì)

李孝文 王 洋

(寶雞西北有色七一七總隊(duì)有限公司，陜西 寶雞 721000)

在礦山生產(chǎn)中，料倉(cāng)是礦山生產(chǎn)的重要組成部分[1]。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)礦山生產(chǎn)都是由傳統(tǒng)料倉(cāng)進(jìn)行存料，傳統(tǒng)料倉(cāng)的自動(dòng)化程度低，不能自動(dòng)監(jiān)測(cè)物料位，需要人工實(shí)時(shí)觀察。隨著社會(huì)日新月異的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備在不斷被進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造，本文根據(jù)礦山企業(yè)實(shí)際情況設(shè)計(jì)了一種適用于礦山生產(chǎn)的料倉(cāng)自動(dòng)切換裝置。

1 料倉(cāng)進(jìn)料過程研究與分析

目前，我國(guó)很多礦山生產(chǎn)均設(shè)置兩個(gè)以上料倉(cāng)，這些料倉(cāng)均由同一來(lái)料輸送帶進(jìn)行送料，并通過設(shè)置在料倉(cāng)頂部的分料皮帶對(duì)料倉(cāng)進(jìn)行分料。日常生產(chǎn)中，工人需要實(shí)時(shí)觀察料倉(cāng)物位情況，并根據(jù)料位手動(dòng)切換控制電路，讓分料皮帶滾筒電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，皮帶隨即按不同方向進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到將物料送入不同料倉(cāng)的目的。

整個(gè)倒倉(cāng)過程需要人工參與，存在以下問題：1)人工控制對(duì)工人的責(zé)任心要求高，當(dāng)工人未及時(shí)觀察掌握料倉(cāng)物位時(shí)，可能發(fā)生料倉(cāng)缺料或者溢出情況，影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。2)對(duì)料倉(cāng)的物位把握不準(zhǔn)，手動(dòng)切換的頻次會(huì)增加，縮短了皮帶電機(jī)的使用壽命。3)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵會(huì)對(duì)職工產(chǎn)生職業(yè)病危害。4)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，且全員勞動(dòng)生產(chǎn)率較低。

隨著自動(dòng)化裝備的不斷發(fā)展，對(duì)料倉(cāng)進(jìn)料過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制取代人工控制是一個(gè)趨勢(shì)。作者根據(jù)礦山實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出了一套適合礦山生產(chǎn)料倉(cāng)進(jìn)料的自動(dòng)切換裝置，主要實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)控料倉(cāng)物位，繼電器控制不同接觸器，促使電機(jī)自動(dòng)改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)崿F(xiàn)料倉(cāng)自動(dòng)切換進(jìn)料等功能[2]。

2 料倉(cāng)自動(dòng)切換裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作原理

設(shè)計(jì)的礦山生產(chǎn)料倉(cāng)自動(dòng)切換裝置主要由送料皮帶、分料皮帶、皮帶滾筒電機(jī)、超聲波物位計(jì)、接觸器、繼電器、斷路器等設(shè)備及元件組成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1—送料皮帶；2—分料皮帶；3—皮帶滾筒電機(jī)；4—超聲波物位計(jì)A；5—料倉(cāng)A；6—超聲波物位計(jì)B；7—料倉(cāng)B；8—接觸器A；9—接觸器B；10—繼電器A；11—繼電器B；12—斷路器圖1 礦山生產(chǎn)料倉(cāng)自動(dòng)切換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of automatic switching device for mine production bin

該礦山生產(chǎn)料倉(cāng)自動(dòng)切換裝置的工作原理為：超聲波物位計(jì)[3]測(cè)量出料倉(cāng)的料位，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定好的料位時(shí)，會(huì)產(chǎn)生控制信號(hào)并將此控制信號(hào)傳輸給繼電器、接觸器、斷路器和皮帶電機(jī)組成的程序控制系統(tǒng)，利用電源相線順序的改變來(lái)控制皮帶滾筒電機(jī)按正反轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)帶動(dòng)分料皮帶正向或者反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到料倉(cāng)自動(dòng)切換的目的。

具體控制過程為：在料倉(cāng)A5和料倉(cāng)B7內(nèi)分別安裝超聲波物位計(jì)A4和超聲波物位計(jì)B6，超聲波物位計(jì)能夠?qū)崟r(shí)探測(cè)出各料倉(cāng)的物位。物位計(jì)A4和物位計(jì)B6的外部繼電器輸出分別控制繼電器A10和繼電器B11；繼電器A10和繼電器B11控制接觸器A8和接觸器B9互鎖(即：當(dāng)接觸器A8吸合時(shí)，接觸器B9即斷開)，進(jìn)而控制接入的皮帶滾筒電機(jī)3的電源ABC相順序，最終實(shí)現(xiàn)皮帶滾筒電機(jī)3正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)。如圖1所示，皮帶滾筒電機(jī)3正轉(zhuǎn)時(shí)物料會(huì)被輸送到料倉(cāng)B7，皮帶滾筒電機(jī)3反轉(zhuǎn)時(shí)物料會(huì)被輸送到料倉(cāng)A5。

3 裝置主要部件設(shè)計(jì)及裝置先進(jìn)性

3.1 超聲波物位計(jì)的選擇

試驗(yàn)過程中，分別嘗試了自動(dòng)重錘料位計(jì)[4]、雷達(dá)物位計(jì)[5]和超聲波物位計(jì)等3種不同的物位計(jì)。

自動(dòng)重錘料位計(jì)由PLC發(fā)出信號(hào)來(lái)控制重錘上升或者下降來(lái)測(cè)量出物位，但由于物料以一定的速度和重量被輸送到料倉(cāng)，該物位計(jì)容易出現(xiàn)埋錘、斷錘等缺點(diǎn)。

雷達(dá)物位計(jì)是其探頭發(fā)出高頻脈沖信號(hào)并沿纜繩傳播，當(dāng)脈沖信號(hào)遇到物料表面時(shí)反射回來(lái)被接收器接收，并將距離信號(hào)轉(zhuǎn)化為物位信號(hào)。但該物位計(jì)受物位波動(dòng)及噪音影響較大，致使測(cè)量不準(zhǔn)確。

超聲波物位計(jì)在物位測(cè)量過程中，超聲波信號(hào)由超聲波探頭發(fā)出，經(jīng)物料表面反射后折回，由同一個(gè)探頭接收，測(cè)量超聲波的整個(gè)運(yùn)行時(shí)間。由超聲波發(fā)射至接收所經(jīng)歷的整個(gè)運(yùn)行時(shí)間乘以聲速就可以計(jì)算出物位高度，從而得出物位的測(cè)量結(jié)果。

超聲波物位計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，受外界環(huán)境影響較小，適合礦山料倉(cāng)物位的測(cè)量，因此選擇使用超聲波物位計(jì)。

3.2 物位計(jì)的安裝設(shè)計(jì)

物位計(jì)A4和物位計(jì)B6分別設(shè)置在距離各自料倉(cāng)頂部邊沿以下5 cm位置處。該設(shè)計(jì)主要考慮的是：1)降低由于安裝引起的檢測(cè)誤差值，增大檢測(cè)的準(zhǔn)確性。2)在料倉(cāng)進(jìn)料過程中料不溢出的情況下，保證料倉(cāng)的最大容量，減少分料皮帶的正反轉(zhuǎn)次數(shù)，從而減少操作頻次，延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命。

3.3 分料皮帶的安裝設(shè)計(jì)

分料皮帶2的兩端分別位于距離料倉(cāng)A5和料倉(cāng)B7頂部邊沿以上20 cm位置處。設(shè)計(jì)的主要目的是：1)可通過視頻監(jiān)控的手段實(shí)時(shí)觀測(cè)到進(jìn)料是否正常以及進(jìn)料的多少和粗細(xì)情況。2)降低下料位置，減少下料過高而引起的揚(yáng)塵。3)避免增大送料傳送裝置的安裝空間。

3.4 該料倉(cāng)自動(dòng)切換裝置的先進(jìn)性

1)能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)物料位、自動(dòng)切換料倉(cāng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化。

2)消除人工監(jiān)測(cè)物料時(shí)存在的各種問題，如出現(xiàn)料倉(cāng)缺料或溢料而影響生產(chǎn)的問題，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)導(dǎo)致的職工勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率偏低的問題，產(chǎn)生的粉塵導(dǎo)致職工的職業(yè)危害問題等。

4 應(yīng)用實(shí)踐

2018—2019年，該裝置在寶雞西北有色地質(zhì)二里河礦業(yè)有限公司和陜西震奧鼎盛礦業(yè)有限公司得到應(yīng)用。裝置部分設(shè)備技術(shù)參數(shù)見表1。兩年來(lái)，礦山使用效果良好，主要體現(xiàn)在：1)料倉(cāng)倒倉(cāng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)切換控制，選礦廠減少了4名皮帶工，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。2)未出現(xiàn)料倉(cāng)溢料及缺料的情況。

表1 自動(dòng)切換裝置部分設(shè)備的技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of some equipment of automatic switching device

5 結(jié)語(yǔ)

1)利用電源相線順序的改變來(lái)控制具有正反轉(zhuǎn)功能的電機(jī)按不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)的基本原理，設(shè)計(jì)并改造的適用于礦山生產(chǎn)料倉(cāng)自動(dòng)切換裝置，可實(shí)現(xiàn)料倉(cāng)進(jìn)料的自動(dòng)切換及生產(chǎn)的自動(dòng)化，減少用工數(shù)量，提高了全員勞動(dòng)生產(chǎn)率。

2)超聲波物位計(jì)能夠較為準(zhǔn)確地測(cè)量出料倉(cāng)的物位，消除了料倉(cāng)缺料及溢出現(xiàn)象，減少了分料皮帶切換的頻次，延長(zhǎng)了電機(jī)使用壽命。

3)裝置能夠從實(shí)際出發(fā)，通過合理的安裝設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了裝置的準(zhǔn)確性、有效性，降低了粉塵的產(chǎn)生，應(yīng)用效果良好，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，值得向類似選礦廠推薦使用。