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這篇文章主要介紹一種對(duì)螺旋給料機(jī)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)的螺旋配料秤，可應(yīng)用于粉末狀或具有一定粘度物料的配料工藝控制流水線(xiàn)上或配料系統(tǒng)中。

隨著社會(huì)的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)程度越來(lái)越高、手段越來(lái)越先進(jìn)，特別是近來(lái)中國(guó)對(duì)環(huán)保問(wèn)題給予足夠的重視、人們對(duì)環(huán)保意識(shí)也在不斷的提高。所以如何減少環(huán)境污染，提高自動(dòng)化程度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保障生產(chǎn)的可靠性、安全性，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益是人們普遍關(guān)心的問(wèn)題。近幾年來(lái)，許多大中型企業(yè)對(duì)原有的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行工藝改進(jìn)設(shè)計(jì)，特別是化工、冶金、建材等行業(yè)。

2000年底，應(yīng)湖南長(zhǎng)沙催化劑廠(chǎng)的工藝要求，我公司與其它廠(chǎng)家經(jīng)過(guò)為期一年左右時(shí)間共同對(duì)其生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，2002年5月正式投入運(yùn)行，使用效果較好，具體表現(xiàn)在以下幾方面：生產(chǎn)效率提高近4倍；采用DCS控制系統(tǒng)，工藝控制平穩(wěn)、穩(wěn)定；系統(tǒng)可靠性大大提高；綠色設(shè)計(jì)和人性化設(shè)計(jì)得到充分體現(xiàn)；產(chǎn)品質(zhì)量和合格率明顯提高；節(jié)能效果顯著。

方案設(shè)計(jì)初，選用皮帶輸送機(jī)進(jìn)行物料輸送，由于物料（鋁石和高嶺土）的特殊性，粉末狀，流動(dòng)性相當(dāng)好，采用皮帶進(jìn)行輸送，漏料問(wèn)題成了一大解決難題。當(dāng)時(shí)生產(chǎn)線(xiàn)上有臺(tái)螺旋給料機(jī)，我們借此機(jī)會(huì)，經(jīng)過(guò)仔細(xì)推敲，根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，考慮直接對(duì)螺旋給料機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，如果可行，這樣不但可以很容易解決漏料問(wèn)題，減輕對(duì)環(huán)境的污染，減少對(duì)人身的傷害，而且還可省去皮帶輸送機(jī)（含電子皮帶秤），節(jié)約一筆資金，帶著一連串的問(wèn)題，我們開(kāi)始進(jìn)行嘗試性的改造設(shè)計(jì)，現(xiàn)在產(chǎn)品使用效果較好，滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求。

2.配料秤控制系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)電子螺旋配料秤對(duì)輸送的物料進(jìn)行計(jì)量，由電腦積算儀對(duì)接收的重量和速度信號(hào)處理后轉(zhuǎn)化為累計(jì)值和瞬時(shí)流量，并將累計(jì)值、瞬時(shí)流量信號(hào)由RS-485口傳送給工業(yè)控制機(jī)（上位機(jī)）、以4～20mA模擬電流信號(hào)傳送給變頻調(diào)節(jié)器，再由變頻調(diào)節(jié)器去調(diào)節(jié)上級(jí)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)流量增大時(shí)，降低上級(jí)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，反之提高上級(jí)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使得物料的流量和階段累計(jì)量均保持在設(shè)定的范圍內(nèi)，進(jìn)而完成物料的計(jì)量和配料。

3.配料秤系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)

從上面的工作原理我們?nèi)菀卓闯觯号淞辖Y(jié)果要求各種物料按一定的比例進(jìn)行混合配比，這樣，只要保證各種物料按照預(yù)先設(shè)定的配比進(jìn)行混合，就能滿(mǎn)足工藝要求。我們根據(jù)多年從事衡器的工作經(jīng)驗(yàn)及借助力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，利用CAD進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，采用杠桿式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一種噪音低、無(wú)摩擦、抗振動(dòng)、消除氣流影響、計(jì)量準(zhǔn)確、安裝調(diào)試及維護(hù)方便，適用于變化流量下對(duì)物料輸送和計(jì)量的電子螺旋配料秤。因螺旋給料機(jī)是一種密封設(shè)備，且本身帶有動(dòng)力部分，要想將它改造為一種計(jì)量設(shè)備，存在以下問(wèn)題：1.如何進(jìn)行螺旋給料機(jī)的水平度調(diào)整？2.如何克服電機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生振動(dòng)？3.如何消除物料運(yùn)送過(guò)程中產(chǎn)生氣流而影響計(jì)量精度？4.如何解決一種螺旋給料機(jī)只能用于一定流量的物料輸送和計(jì)量。該電子螺旋配料秤主要由積算儀、螺旋給料機(jī)、導(dǎo)氣管、稱(chēng)重傳感器及連接固定機(jī)構(gòu)、軟連接機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)、機(jī)架等部分組成。

3.1積算儀（稱(chēng)重儀表）

引導(dǎo)式菜單操作，具備報(bào)警提示、脈沖輸出功能，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模擬或?qū)嵨镄?zhǔn)以及手動(dòng)/自動(dòng)空秤調(diào)零、零點(diǎn)自動(dòng)跟蹤等功能。

具備角度自動(dòng)補(bǔ)償、自診斷故障及停電數(shù)據(jù)保持功能。

液晶顯示，同屏顯示流量、累計(jì)量、速度（載荷或時(shí)間）等數(shù)據(jù)。壁掛式金屬板噴塑外殼，防水、防塵、防強(qiáng)磁場(chǎng)干擾。

具備通訊、打印、4～20mA模擬電流輸出等功能。

3.2稱(chēng)重傳感器及連接固定機(jī)構(gòu)

螺旋給料機(jī)與稱(chēng)重傳感器及連接固定機(jī)構(gòu)的連接部位焊接加強(qiáng)板，稱(chēng)重傳感器及連接固定機(jī)構(gòu)上端通過(guò)固定螺栓與加強(qiáng)板聯(lián)接，下端由調(diào)節(jié)定位塊調(diào)整水平度，并與機(jī)架聯(lián)接。采用的加強(qiáng)板是一塊帶圓弧形的鋼板或類(lèi)似物，配焊方便，保證輸送機(jī)具有足夠的強(qiáng)度和剛度；采用的調(diào)節(jié)定位塊是由兩塊截面類(lèi)似為三角形的物塊組成，可方便調(diào)整螺旋給料機(jī)的水平位置，通過(guò)固定螺栓來(lái)調(diào)整螺旋給料機(jī)的限位，設(shè)備調(diào)整好后焊接固定，稱(chēng)重傳感器和加強(qiáng)塊之間放置減振橡膠板，消除振動(dòng)影響。

3.3支撐機(jī)構(gòu)

螺旋給料機(jī)與支撐機(jī)構(gòu)的連接部位焊接加強(qiáng)板，支撐機(jī)構(gòu)上端與加強(qiáng)板聯(lián)接，下端與機(jī)架聯(lián)接，支撐機(jī)構(gòu)通過(guò)連接軸和橡膠軸承聯(lián)接。導(dǎo)氣管安裝在出料口端，一端與螺旋給料機(jī)聯(lián)接，另一端聯(lián)接到上級(jí)給料機(jī)構(gòu)。采用橡膠軸承作為支撐點(diǎn)，利用緊固螺母和緊固螺栓進(jìn)行固定，消除動(dòng)力部分產(chǎn)生的影響。

3.4軟連接機(jī)構(gòu)

對(duì)給料機(jī)的進(jìn)出料口進(jìn)行處理，改硬連接為軟連接，讓改造的螺旋給料機(jī)成為獨(dú)立單元，消除外界因數(shù)對(duì)計(jì)量精度的影響。

3.5排氣機(jī)構(gòu)

在出料口附近增加夾層，安裝導(dǎo)氣管，及時(shí)排除產(chǎn)生的氣體，消除氣體帶來(lái)的壓力影響。

3.6尋找螺旋給料機(jī)的重心點(diǎn)

充分利用CAD先進(jìn)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行受力分析，找出加載（滿(mǎn)載）情況下螺旋給料機(jī)的重心點(diǎn)，以便對(duì)其進(jìn)行模擬校準(zhǔn)。[page]

4.可靠性驗(yàn)證

4.1校準(zhǔn)前的準(zhǔn)備

螺旋給料機(jī)選用Y4220.100，生產(chǎn)率Q為11.6t/h，傾角為0°，轉(zhuǎn)速為48 r/min，螺距為160mm，功率1.5kW，電流3.7A。

根據(jù)公式：Q=47D2ntρψC（1）

Q--物料流量（t/h）
D--螺旋直徑（m）
n--螺旋軸轉(zhuǎn)速（r/min）
t--螺距（m）
ρ--物料松散度（t/m3）
Ψ--物料填充系數(shù)
C--輸送機(jī)傾角系數(shù)

又設(shè)：k=D2tρ （2）
W=mk（3）

m--螺距數(shù)

?。?Psi;=0.35，C=1

由（1）、（2）、（3）三式，推算給料機(jī)滿(mǎn)載時(shí)留在給料機(jī)內(nèi)的物料約62.5kg（化整后取65kg）。螺旋給料機(jī)自重為88 kg，為此我們選用LB-P-200型稱(chēng)重傳感器。

4.2設(shè)備校驗(yàn)

4.2.1模擬校準(zhǔn)

次數(shù)	1	2	3	4	5
誤差值	0.128%	-0.091%	-1.117%	0.027%	0.113%

表1-2量程累計(jì)誤差

次數(shù)	1	2	3	4	5
誤差值	0.232%	-0.131%	-0.241%	0.274%	0.136%

4.2.2實(shí)物校準(zhǔn)

按圖3試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖固定好料倉(cāng)、星型給料機(jī)、螺旋給料機(jī)等，正確連接傳感器與積算器、積算器與PID、PID與變頻器、變頻器與星型給料機(jī)之間的連線(xiàn)，保證螺旋給料機(jī)處于相對(duì)獨(dú)立狀態(tài)。

讓PID處于開(kāi)路狀態(tài)，啟動(dòng)星型給料機(jī)讓其以最大速度運(yùn)行，保證螺旋給料機(jī)處于滿(mǎn)負(fù)荷，進(jìn)行實(shí)物校準(zhǔn)。

次數(shù)	1	2	3	4	5
誤差值	0.434%	-0.391%	-0.314%	0.273%	0.0271%

4.2閉環(huán)調(diào)試
連接變頻器、調(diào)節(jié)器，進(jìn)行系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)試，在開(kāi)始施加物料和料倉(cāng)物料較少時(shí)控制較為困難，開(kāi)始時(shí)系統(tǒng)超調(diào)現(xiàn)象較嚴(yán)重，但很快就能恢復(fù)，隨著料倉(cāng)物料減少，控制曲線(xiàn)波動(dòng)較大，但料倉(cāng)中的物料保持在一定的范圍內(nèi)時(shí)，控制曲線(xiàn)波動(dòng)變化比較平穩(wěn)，但存在較嚴(yán)重的滯后現(xiàn)象，不過(guò)，對(duì)于同一種物料，在料位穩(wěn)定的情況下，滯后時(shí)間是比較穩(wěn)定的，通過(guò)調(diào)整PID內(nèi)部相關(guān)參數(shù)，可以解決此問(wèn)題。

5.存在問(wèn)題及采取的措施

5.1存在問(wèn)題

5.1.1由于運(yùn)送的是粉粒狀物料，物料在運(yùn)送過(guò)程中，由于與葉片和筒壁之間相互摩擦，產(chǎn)生靜電。
5.1.2物料在運(yùn)送過(guò)程中由于摩擦及葉片間隙等原因致使物料與葉片轉(zhuǎn)速間存在滯后。
5.1.3物料在運(yùn)送過(guò)程中，由于間隙產(chǎn)生氣體，形成氣壓，對(duì)稱(chēng)量造成極不穩(wěn)定的影響。

5.2采取的措施

5.2.1系統(tǒng)接地及防靜電處理

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行良好的接地處理，確保靜電消除。

5.2.2充分利用經(jīng)驗(yàn)及控制理論

反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)處理，建立數(shù)學(xué)模型，并利用實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修改，調(diào)整PID內(nèi)部參數(shù)，完全克服系統(tǒng)的滯后現(xiàn)象。

5.2.3增加排氣裝置

在定量給料機(jī)出口處增加排氣裝置，將筒內(nèi)的氣體及時(shí)排除，一方面消除氣流影響計(jì)量的準(zhǔn)確度，另一方面保證物料順利送走。

6.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用驗(yàn)證，該種配料設(shè)備不僅適用于流動(dòng)性較好的粉末狀、小顆粒狀物料，而且還適用于具有一定粘度的、流動(dòng)性較差的物料，在化工、冶金、建材等行業(yè)，該種設(shè)備及控制方式值得在相應(yīng)系統(tǒng)中推廣使用。

參考文獻(xiàn)
1、《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)》 化學(xué)工業(yè)出版社
2、張兄華 變頻技術(shù)在完善新型催化劑生產(chǎn)工藝改造中的應(yīng)用 《變頻器世界》2002.9

 

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