翻車機(jī)料斗擋板自動(dòng)調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

李民

摘要：建設(shè)綠色碼頭是港口建設(shè)的重要目標(biāo)。翻控小區(qū)作為煤三期卸車線的動(dòng)力之源，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。翻車機(jī)在使用過(guò)程中顯現(xiàn)出著些許技術(shù)缺陷。本文針對(duì)翻車機(jī)料斗擋板自動(dòng)調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單論述。

關(guān)鍵詞：翻車機(jī)料斗擋板;自動(dòng)調(diào)節(jié);設(shè)計(jì)

0 ?引言

煤三期翻車機(jī)現(xiàn)有給料系統(tǒng)安裝有手動(dòng)操作手拉葫蘆上下移動(dòng)的料斗擋板，用于控制料斗開度，通過(guò)調(diào)整煤炭的通過(guò)截面，控制煤炭流量。

依靠手動(dòng)葫蘆移動(dòng)料斗擋板存在諸多弊端，對(duì)卸車作業(yè)、設(shè)備運(yùn)行和環(huán)境整治等均會(huì)造成影響：①煤種變化需要調(diào)整料斗擋板位置時(shí)，必須停止卸車作業(yè)，且人工操作難以做到精準(zhǔn)，需反復(fù)調(diào)整，影響卸車作業(yè)的正常運(yùn)行。②料斗擋板運(yùn)行滑道下半部分容易積煤，需定期清理，增加人工勞動(dòng)強(qiáng)度。若積煤清理不及時(shí)，冬季滑道內(nèi)凍煤會(huì)堵塞滑道，無(wú)法對(duì)擋板進(jìn)行調(diào)整，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。③部分煤種料流較快，若料流失控，受限于擋板人工調(diào)整的不及時(shí)性，會(huì)出現(xiàn)物料堵塞灑漏，影響作業(yè)環(huán)境。

綜合考慮以上問(wèn)題，針對(duì)翻車機(jī)給料工藝設(shè)計(jì)安裝可自動(dòng)調(diào)節(jié)的料斗擋板，拓展作業(yè)狀態(tài)下實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)料斗擋板位置的料流控制手段。

1 ?料斗擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

原料斗擋板是一塊矩形的鋼板，通過(guò)手動(dòng)葫蘆調(diào)節(jié)料斗擋板在滑道內(nèi)上下滑動(dòng)達(dá)到調(diào)節(jié)料流的目的。矩形擋板須在料斗內(nèi)無(wú)料時(shí)方可滑動(dòng)。為減輕擋板在料斗內(nèi)有料時(shí)滑動(dòng)的阻力，故將擋板結(jié)構(gòu)由矩形改為叉狀。

2 ?料斗擋板傳動(dòng)設(shè)計(jì)

通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)，料斗擋板板厚δ=12mm，擋板面積為S=4m2，鐵板密度ρ=7850kg/m3，滑道傾斜角θ=60°。擋板和滑道間（即鋼與鋼之間）的滑動(dòng)摩擦系數(shù)μ=0.15，重力加速度g=9.8N/kg，擋板運(yùn)動(dòng)的速度v=0.2m/s，擋板加速的時(shí)間t=2s。計(jì)算得出：

料斗擋板的質(zhì)量m

m=ρV板=7850×（4×0.012）=376.8kg

料斗擋板的動(dòng)摩擦力f

f=μmgcosθ=0.15×376.8×9.8×cos60°=276.9N

料斗擋板沿斜面的重力分力G斜

G斜=Mg×sinθ=3197.8N

料斗擋板克服重力的提升力F提

F提=G斜+f=3197.8+276.9=3474.7N

料斗擋板運(yùn)行的加速度a

a=v/t=0.2/2=0.1m/s2

料斗擋板啟動(dòng)加速受力F加

F加=ma=376.8×0.1=37.68N

料斗擋板提升最終受力F終

F終= F提+F加=3512.38N

根據(jù)料斗擋板最終受力F終，參考齒輪齒條選型資料最終選擇齒輪齒數(shù)z=17，模數(shù)M模=8的齒輪齒條傳動(dòng)。

計(jì)算料斗擋板提升所需要的最大扭矩T

T= F終×R節(jié)= F終×（z×M?！?.5×10-3）

=3512.38×17×8×0.5×10-3=238.84N·m。

根據(jù)最大扭矩T，選擇合適現(xiàn)場(chǎng)的擺線針減速機(jī)，并完成安裝。如圖1所示。

3 ?料斗擋板工藝設(shè)計(jì)

煤三期翻車作業(yè)時(shí)規(guī)定料流應(yīng)控制在4500t/h以內(nèi)，正常翻堆作業(yè)時(shí)，皮帶流量通常穩(wěn)定在3500t/h-4500t/h。為使得流量均勻，無(wú)較大波動(dòng)，正常翻堆作業(yè)時(shí)各個(gè)上層斗的振動(dòng)給料器電機(jī)頻率通常穩(wěn)定在一個(gè)固定值（35-48Hz）保持不變。通過(guò)皮帶秤和料位反饋信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)料斗擋板的開度，將料流量控制在一個(gè)較為穩(wěn)定的數(shù)值。

4 ?料斗擋板自動(dòng)實(shí)現(xiàn)

利用三相異步電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)料斗擋板的上下移動(dòng)，利用SS4 S7-400 PLC控制料斗擋板電機(jī)動(dòng)作，電機(jī)行走位置限位信號(hào)反饋到PLC的輸入模塊。為實(shí)現(xiàn)料位值、擋板位置信號(hào)、擋板動(dòng)作命令等信號(hào)的傳遞，編程時(shí)利用了S7-400 PLC的系統(tǒng)功能塊SFB12（發(fā)送）、SFB13（接收）以及S7-300 PLC的系統(tǒng)功能塊FB14（接收）、FB15（發(fā)送）。

以操作臺(tái)控制CD1 1#斗擋板電機(jī)向上運(yùn)行命令為例，其信號(hào)傳遞過(guò)程為：在操作臺(tái)WINCC上位界面點(diǎn)擊“1#擋板向上”按鈕 ? ?CD1 PLC的DB300.DBX24.1置“1” ? SS4 PLC的DB300.DBX24.1置“1” ? ? SS4 PLC的輸出Q11.4置“1” ? ? ?CD1 1#擋板向上動(dòng)作。圖3所示為本項(xiàng)目開發(fā)的CD1底層料斗擋板WINCC上位控制畫面。

5 ?項(xiàng)目完成數(shù)據(jù)對(duì)比

項(xiàng)目完成后，基本實(shí)現(xiàn)了翻車機(jī)料斗自動(dòng)、均勻、平滑給料的目的。翻車作業(yè)時(shí)各料斗振動(dòng)給料器電機(jī)的工作頻率更接近其額定頻率，并且作業(yè)過(guò)程中電機(jī)頻率波動(dòng)不大，這對(duì)提高振動(dòng)給料器電機(jī)的使用壽命大有裨益?？勺詣?dòng)調(diào)節(jié)料斗擋板的應(yīng)用，使得料流失控時(shí)調(diào)節(jié)擋板無(wú)需再停機(jī)，項(xiàng)目實(shí)施后因調(diào)整擋板位置造成的翻車作業(yè)停機(jī)時(shí)間為零，也大幅提升了翻卸作業(yè)效率。

項(xiàng)目實(shí)施前后兩臺(tái)翻車機(jī)給料器電機(jī)頻率和相對(duì)應(yīng)BF皮帶流量對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)比分別如表1、表2所示。

由表中數(shù)據(jù)得知，CD1翻車機(jī)正常作業(yè)時(shí)BF1皮帶流量的波動(dòng)由200-300t/h降到了100-150t/h，最大降幅達(dá)66.7%。CD2翻車機(jī)正常作業(yè)時(shí)BF2皮帶流量的波動(dòng)由200-300t/h降到了90-180t/h，最大降幅達(dá)66.7%。

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