一種選煤廠用智能防堵溜槽的設(shè)計分析

潘金茹

（晉能控股煤業(yè)大友選煤有限責(zé)任公司，山西 大同 037001）

引言

在運輸煤炭物料的過程中，需要借助溜槽進行轉(zhuǎn)載，但是在實踐中發(fā)現(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象。高落差轉(zhuǎn)載溜槽是一個物料通道，具有導(dǎo)向性以及緩沖作用，可以保證物料能夠在密封的狀態(tài)下，將輸送機帶速傳遞給輸送機。由此可以看出，在設(shè)計溜槽結(jié)構(gòu)時，通常必須設(shè)置合適的轉(zhuǎn)載高度，一般將轉(zhuǎn)載槽的形狀設(shè)置為“S”形，這樣在改變物流運動方向時，保證物料能夠表現(xiàn)出的一定的滑行運動。通常情況下，溜槽中的物料是借助慣性以及相應(yīng)的慣性實現(xiàn)運動的，物料運行的過程中受到溜道角度；表面狀態(tài)；物料顆粒度；流量等因素影響。

因此，在排堵裝置上面設(shè)置智能化的控制單元，這樣可以保證溜槽連續(xù)的運行，有效地優(yōu)化輸送機的工作能力。

1 溜槽堵塞的成因分析

溜槽包括傾斜直線段、彎道單元、緩沖單元，圖1表示相應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖。

在物料位于溜槽直線段時溜槽將會做直線運動。這時可以選擇物料溜槽橫截面的任何一個點作為物料支點，對其進行受力分析。圖2表示相應(yīng)的底面物料與溜槽底部相接觸的受力分析。

圖1 溜槽的結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 受力狀態(tài)

摩擦力小于下滑力時，物料下滑的速度與物料的高度參數(shù)之間呈現(xiàn)正相關(guān)。

物料達(dá)到第二階段時，圖3表示相應(yīng)的物料的落點分布情況，同時設(shè)置為L>H。物料在下滑的過程中會受到側(cè)向力的沖擊而產(chǎn)生“紊流”現(xiàn)象。

通常情況下，溜槽的依據(jù)截面尺寸確定轉(zhuǎn)載流量，與此同時設(shè)置一定的富裕度。通常情況下，由于在彎道位置設(shè)置的溜道截面積需要容納較小比例的流量。假如上游流量存在不穩(wěn)定的狀態(tài)則會出現(xiàn)區(qū)域淤積的現(xiàn)象。

圖4所示第二彎道位置設(shè)置有緩沖區(qū)域。由于該位置存在物料安息角可以堆積出緩沖三角，物料堆積面粗糙度大于溜槽表面，摩擦力加大物料流速下降，最終導(dǎo)致出現(xiàn)淤積的現(xiàn)象，溜道截面積變小，出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象。

圖3 落點位置

圖4 緩沖區(qū)示意圖

經(jīng)過探究發(fā)現(xiàn)，要想改變堵塞的現(xiàn)象，必須改變溜槽的方向。

2 防排堵方法分析

2.1 對淤積進行測定與驗證

1）測定方法：當(dāng)出現(xiàn)淤積現(xiàn)象時，彎道位置體積與重量發(fā)生變化，可以借助傳感器對其進行監(jiān)測。為此，從而可以借助傳感器進行實時監(jiān)測，經(jīng)過探究發(fā)現(xiàn)，通常物料傳感器不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，在抗干擾與抗污染方面表現(xiàn)不理想。通常將稱重傳感器安置在溜槽外壁，一般不會受到來自其他方面的干擾，同時其檢測的靈敏度也相對較高。

2）試驗驗證：一般選用碎石作為物料借助，密度范圍在1.3～1.7 kg/dm3之間。經(jīng)過實踐可以看出，通常物料重量入下幾個參數(shù)之間表現(xiàn)為線性關(guān)系諸如：高度、物料體積等。與此同時，可以在傳感器上面設(shè)置物料緩沖區(qū)，物料從物料口位置快速的進入下游裝置。數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，物料的下落速度與沖擊之間的關(guān)系并不大，僅僅與物料的高度有關(guān)。

2.2 安裝排淤裝置

一般而言，可以在淤積位置安裝相應(yīng)的排堵裝置，當(dāng)淤積發(fā)生后，傳感器單元將會感受到信號，將借助排堵設(shè)置將其清理。經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)，排堵裝置工作響應(yīng)快、效率高以便于安裝與維護。

1）柱塞式：可以在溜槽緩沖位置設(shè)置柱塞，其在柱塞的運動下做水平移動，如圖5所示。能夠緩沖底部位置的物料推動到導(dǎo)料槽內(nèi)部，降低緩沖區(qū)域的高度。依據(jù)設(shè)置在緩沖位置的安息角，把柱塞移動到相應(yīng)的緩沖位置，此狀態(tài)下平臺并未發(fā)生任何的變化。假如緩沖位置的高度大于設(shè)定值時，那么相應(yīng)的活塞將會向外抽出，緩沖底部位置形成空穴，當(dāng)物料聚集在物料上方時出現(xiàn)崩坍的現(xiàn)象，保證緩沖區(qū)域物料高度保持在合理的范圍內(nèi)。

2）螺旋式：如圖6所示，可以在容易發(fā)生堵塞的位置設(shè)置能夠?qū)崿F(xiàn)伸縮的螺旋轉(zhuǎn)盤。出現(xiàn)淤積現(xiàn)象時，旋轉(zhuǎn)盤將會實現(xiàn)邊旋轉(zhuǎn)邊推進的動作，在旋轉(zhuǎn)葉片的作用下實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，接著軸向推力可以推動物料動作，不僅保證溜槽做直線運動，而且在回程時，旋轉(zhuǎn)葉片能夠?qū)⒑竺娴奈锪纤椭燎懊?。同時由于螺旋轉(zhuǎn)盤體積較小，因此適合將其設(shè)置在第一彎道位置。

3 智能防堵溜槽的結(jié)構(gòu)組成

圖7表示相應(yīng)的智能溜槽的結(jié)構(gòu)框圖。

1）信號源：主要由稱重傳感器、壓力傳感器、位置傳感器組成。稱重傳感器對溜槽狀態(tài)進行監(jiān)測。而壓力傳感器能夠監(jiān)測液壓系統(tǒng)。位置傳感器可以對執(zhí)行單元進行控制。數(shù)據(jù)處理單元可以把物理流量信號轉(zhuǎn)化成為中央處理器能夠識別的電子信號。并且把該信號保存在儲存器中，經(jīng)過處理之后將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在集控單元，當(dāng)數(shù)據(jù)超過設(shè)定值時將啟動信號傳輸給處理器。

圖5 柱塞位置與運動方向

圖6 螺旋轉(zhuǎn)盤

圖7 智能溜槽的結(jié)構(gòu)框圖

2）控制器：假如控制器開始工作時，液壓單元電磁閥導(dǎo)通，從而導(dǎo)致液壓系統(tǒng)開始工作。

3）液壓系統(tǒng)：液壓系統(tǒng)不工作時系統(tǒng)關(guān)閉。接收到控制信號之后進入工作狀態(tài)。工作流程為：首先啟動油泵電機；其次，實現(xiàn)控制閥轉(zhuǎn)向；最后，推動油缸動作。當(dāng)負(fù)載信號出現(xiàn)問題時，那么系統(tǒng)就會報警。

4）執(zhí)行機構(gòu)：如圖8所示的柱塞式排堵機構(gòu)執(zhí)行單元，由油缸、位置傳感器、矩形柱塞、導(dǎo)軌等組成。如圖9是螺旋式排堵機構(gòu)，由螺旋葉輪、主軸、葉輪殼、支撐座、位置傳感器、推進油缸、液壓馬達(dá)等組成。實現(xiàn)溜槽智能化設(shè)計，由電控單元、液壓單元、機械執(zhí)行單元組成。在單元中都設(shè)置有I/U接口，當(dāng)個執(zhí)行單元與溜槽通過法蘭連接時，可以在溜槽位置加工一個穿孔，這樣可以把法蘭盤與溜槽進行焊接。

圖8 柱塞排堵機構(gòu)

圖9 螺旋排堵機構(gòu)

4 智能防堵溜槽系統(tǒng)的上位機

4.1 上位機頁面

通常情況下，智能溜槽系統(tǒng)中的上位機能夠?qū)崿F(xiàn)工作人員與系統(tǒng)進行信息交互。借助人機交互單元可以實現(xiàn)PLC控制，檢測以及調(diào)速等操作。工作人員在顯示器上面對其進行檢測以及修改參數(shù)，進而實現(xiàn)人機更好地交互。

在進行軟件以及出廠硬件設(shè)計的過程中，通常軟件是由軟件開發(fā)商設(shè)計界面，輸入?yún)?shù)以及實現(xiàn)數(shù)字流的鎖閉。硬件設(shè)置是由廠家進行設(shè)計，能夠直接投入使用。假如軟硬件都設(shè)置完好，那么可以將其連入以太網(wǎng)，對軟硬件進行調(diào)試滿足現(xiàn)場需要位置。

4.2 上位機觸摸屏

上位機接觸屏幕在商業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，而且在現(xiàn)場交互的過程中也相對廣泛。該界面具有外形簡約，便于操作的特點。功能如下：

1）監(jiān)測：工作人員借助控制面板實現(xiàn)相應(yīng)的控制，不僅可以清晰地查看各個工序，而且隨時查閱數(shù)據(jù)以及保護關(guān)鍵參數(shù)。

2）操作：設(shè)備存在問題時，工作人員通過操作按鈕即可實現(xiàn)參數(shù)的調(diào)整。

3）報警查詢：觸摸屏位置操作能夠?qū)崿F(xiàn)組態(tài)提示、報警、歷史記錄等功能。

4）通信：其能夠和多種通訊設(shè)備進行信息交互，不論是設(shè)計人員，還是操作人員都能夠與其進行聯(lián)網(wǎng)操作。

5 結(jié)語

由于礦上開采工況條件相對繁瑣，物料堵塞溜槽時難以處理，因此需要借助智能化的溜槽系統(tǒng)進行物料堵塞的處理。優(yōu)化智能化溜槽的設(shè)計過程中，部分?jǐn)?shù)據(jù)出現(xiàn)一定的采集誤差，因此需要進一步優(yōu)化設(shè)計。工作人員在操作該系統(tǒng)時，需要依據(jù)傳感器、控制單元以及相應(yīng)的軟硬件進行控制，以更好地發(fā)揮該系統(tǒng)的作用。