實現濃密槽耙機軸停轉報警的功能設計

【摘要】在氧化鋁赤泥選鐵工序中，采用大型錐形濃密槽來濃縮鐵精礦礦漿，如果耙機裝置意外停機，沒有及時發現并采取措施，容易發生沉槽事故，造成生產中斷。本文論述了對濃密槽耙機軸停轉故障增加報警功能的設計思路，以及實現報警功能的機械、電氣結構和原理。該報警控制方式還可用于螺旋軸、鋁礦輸送皮帶打滑檢測等場合。

【關鍵詞】攪拌裝置;停車;監控;時間繼電器

作為綠色生態鋁產業項目，中國鋁業廣西分公司氧化鋁廠新建了一個赤泥回收鐵項目，該項目利用磁選工藝，從氧化鋁生產后廢棄的赤泥中回收鐵精礦，年產鐵精礦約40萬噸，實現綠色環保的社會價值和可觀的經濟效益。

1.濃密槽的現狀

赤泥選鐵車間生產工序中，磁選機選出的鐵精礦礦漿，需要經過濃密槽進一步提高濃度。濃密槽是一個直徑約30米，高度約6米的大型錐形沉降槽，沉降槽溢流，返回到氧化鋁生產系統循環利用，底流則是高固含的鐵精礦，在旋轉耙機徑向力推動下，從沉降槽中心錐底出料，用砂漿泵送到壓濾工區，通過板框壓濾機濾除水分，濾餅就是鐵精礦產品。由于氧化鋁廠是連續生產的，氧化鋁尾礦赤泥也是連續排放，如果濃密槽發生沉槽事故，赤泥選鐵流程被迫中斷，富含鐵精礦的赤泥就直接排入尾礦庫，且不可再回收，造成鐵精礦的直接浪費。

濃密槽發生沉槽事故的最主要因素是濃密槽耙機停止旋轉，鐵精礦不能正常排出，并在槽底快速沉積，堵塞出料口。如果濃密槽耙機停止旋轉沒有及時發現并采取措施，當沉降槽鐵精礦淤積到一定程度時，耙機無法重新啟動和提升耙臂。由于缺乏連續監控耙機運行狀況的裝置，生產流程連續穩定運行存在管控的盲區，沉槽事故不僅造成生產中斷和經濟損失，清理槽罐的工作量也很大。

2.濃密槽沉槽事故的原因分析

濃密槽耙機采用液壓系統驅動，正常情況下，電動機驅動一臺動力油泵，油泵產生的高壓油流送到耙機驅動裝置。驅動裝置由3套柱塞泵和減速機組成，在驅動裝置的推動下，耙機慢速的旋轉。當控制系統檢測到耙機旋轉扭矩增大到一定數值時，液壓系統自動將耙臂提升一定的高度以減輕負載，當耙機旋轉扭矩降低時，又自動降低耙臂的高度。

液壓系統具有緩沖負載波動、防止設備過載的優點，但驅動裝置經過電動機-油泵-柱塞泵-減速機等多個環節。遠程監控電腦只顯示油泵電機的運行狀態，當驅動系統某個環節故障，如油管漏油、油泵、柱塞泵或減速機故障，雖然油泵電動機還在運行，但耙機實際上已經停止了運轉。由于濃密槽現場無人值守，周期性巡檢難以保證及時發現停轉的故障，從而發生沉槽事故。

3.軸停轉報警的功能設計思路

避免發生沉槽事故的關鍵，是當耙機軸停轉的情況下，及時發出故障報警，提醒操作人員馬上采取措施。我們對耙機可采集、監測的運行參數進行了全面分析，無法通過某個運行參數，間接的反映耙機軸停止運轉的狀態。而且，監測耙機旋轉軸的實際旋轉狀態，是最直接、最可靠的監控手段。

我們的監控設計思路，逐漸聚焦在耙機軸上，我們讓耙機軸每轉動一周，給電氣監測裝置發出一個脈沖信號，如果在一個時間段內沒有收到脈沖信號，就說明耙機軸已經停止旋轉，這樣就可以監測耙機軸的旋轉狀況了。

4.軸停轉報警的機械結構設計

設計思路確定了，現場的實際工況條件，卻難于安裝脈沖檢測元件：槽頂蓋板和旋轉驅動裝置之間，耙機軸露出的長度只有60厘米，而耙機軸在工作中還要上下升降，升降的最大行程為50厘米。同時，耙機軸與槽蓋板之間的間隙，冒出大量的蒸汽，周邊不適合安裝電氣元器件。

為了實現脈沖檢測的功能，我們反復到現場進行研究，設計了一個機械鉸接杠桿機構，機構原理圖如圖1所示。

圖1 鉸接杠桿結構

擺臂2通過鉸接點1安裝在驅動裝置的機架上，使擺臂2可以繞鉸接點1左右擺動。正常情況下，擺臂2在拉簧4的拉力和定位塊5的共同作用下，定位在圖示位置，擺臂2離金屬感應開關8有很遠的距離，接近開關不會被金屬感應。

在擺臂2上，焊接了一根與之垂直的角鋼3，與耙機軸7的軸線平行，在耙機軸上焊接了一根旋轉臂6，耙機軸每旋轉一周，觸碰角鋼3一次。角鋼3的長度略大于耙機軸的最大升降行程，這樣可以保證耙機軸升降到任何高度，旋轉臂6都能夠正常觸碰到角鋼3。為了保證平穩的運行，旋轉臂6和角鋼3的接觸端頭，安裝了一個軸承，使得兩者之間的觸碰過程是滾動摩擦。

當旋轉臂6觸碰到角鋼3時，擺臂2被推動到圖示的虛線位置，擺臂2兼作“金屬感應片”的作用，金屬感應開關8被感應，開關狀態改變。旋轉臂6離開后，在拉簧4的拉力作用下，擺臂2又回到初始位置，感應開關8狀態恢復常態。通過以上的鉸接杠桿機械結構，實現了脈沖檢測的功能，并使感應開關8的安裝位置遠離耙機軸周邊蒸汽大的不利環境。

5.軸停轉報警的電氣設計

如上所述，電氣報警裝置的原理是：超過一個旋轉周期時間，電氣系統仍然沒有收到脈沖信號，就可以判定耙機軸已經停止旋轉。報警裝置的電氣原理圖如圖2所示。

圖2 報警裝置電氣原理圖

S1是金屬感應開關，該開關在正常情況下是閉合的，繼電器KA1通電，時間繼電器ST1通電開始計時，時間繼電器ST2則因KA1常閉觸點斷開，處于停止狀態。當機械機構的擺臂6靠近金屬感應開關S1時，S1開關狀態發生改變而開路，KA1斷電，此時ST2開始通電計時，ST1則因為斷電而停止計時并清零。當機械機構的擺臂6離開感應開關S1時，S1開關恢復閉合，ST1和ST2的狀態也跟隨轉變，分別再次開始計時和復位，周而復始。

為什么選擇兩個時間繼電器的交替計時和復位？這是為了保證監控的可靠性。如果只用一個時間繼電器，當金屬感應開關S1或中間繼電器KA1損壞失效（不動作），或者耙機軸停轉時，旋轉臂6剛好停留在觸碰擺臂2的位置，時間繼電器都有可能保持在斷電狀態，不會在復位后重新開始計時，報警系統停止工作。

經現場測定，耙機軸旋轉一周的時間大約6分鐘，金屬感應開關S1被感應的時間大約6秒鐘，為此將ST1延時觸點的動作時間設定為7分鐘，ST2的動作時間設定為1分鐘。如果耙機軸正常的旋轉，ST1和ST2的計時總是不會超過軸旋轉的周期性時間。如果耙機軸停止運轉，則在規定的時間內，正在工作的時間繼電器ST1或ST2不會被復位，繼電器延時觸點閉合，發出聲音和閃光燈報警。

報警裝置的電源取自油泵的電動機電源，當液壓油泵正常停車時，報警系統也同步停止工作，避免發出誤報信號。

6.監控裝置的實施效果

監控裝置安裝調試后，徹底消除了耙機裝置監控盲區的問題，由于耙機軸是慢速旋轉的，機械裝置的運行非常平穩、準確，滿足常年連續運行的條件。雙時間繼電器的電氣回路， 也具有很高的可靠性，如果金屬感應開關S1或中間繼電器KA1損壞失效，ST1或ST2延時觸點就會動作，給出報警信號，提醒電氣人員更換元件。在最近發生的耙機軸連接法蘭脫焊事故（相當于斷軸）和一次感應開關失效故障，都成功的發出了報警信號。

PLC的脈沖計數功能，更容易實現旋轉類設備運轉監控的問題。但時間繼電器和PLC相比，價格非常低廉。在解決單一的監控問題時，時間繼電器的方式更加經濟。類似的旋轉裝置監控問題，如：皮帶輸送機的打滑檢測，螺旋輸送機的斷軸報警，都可以采用這個方式。比如皮帶輸送機，在打滑狀態時，機尾的被動滾筒就會減速或停止，利用時間繼電器的計時功能，很容易監控到機尾滾筒的減速或停止的狀態。選用施耐德公司的RE11RAMU電子式時間繼電器，時間設定精度達到0.1秒，響應速度則更快。

參考文獻

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作者簡介：葉有楠（1972—），男，廣西百色人，大學本科，現供職于中國鋁業股份有限公司廣西分公司氧化鋁廠。