側式堆料機人字形堆料改進分析

摘 要：人字法堆料是目前矩形料場普遍使用的均化工藝，文章根據《人字形堆料工藝的優化》中提及的優化方法針對實際生產中發生的問題進行分析，并提出了相應的優化方案。

關鍵詞：散料；人字法；固定端；側式堆料機

前言

目前，常用的側式堆料機均采用人字法行走式堆料，將散料分層堆放，經橋式刮板取料機配合后實現物料的混勻。該堆料方法技術成熟，已經在水泥、造紙等行業大量使用，但在日常生產過程中依然存在固定端取料量不足等問題，對日常生產的產量控制、節能、自動化等產生一定的影響。下面就對該部分缺陷進行分析與論述。

1 人字法堆料原理與特點

人字法堆料是將料堆的斷頭分為移動端與固定端，經過一系列公式計算得出每層的堆料量，從而通過PLC來控制移動端與固定端行走距離與停留時間，使料堆整齊，分層均勻。公式可參考翟建設、李建華、李紹偉所著論文《人字形堆料工藝的優化》。預測的料堆縱斷面結構大致如圖1。堆料后使用橋式刮板取料機自左向右取料，料耙在縱斷面將物料刮至底部然后通過刮板取至出料皮帶如圖2所示。人字法堆料可使在非固定端取料時，實現物料的穩定輸出，并可通過調整行走速度，實現產量的調整。但在固定端取料時，由于取料面的減少，取料量大幅下降，導致取料量嚴重不足，即使通過行走加速進行補償，依然出現在取料過程的最后末尾階段無法滿足產量的問題。

2 人字法堆料的問題分析

假設每次取料深度不變均為K，堆高為H1，料堆半徑R1，取料斷面邊長L1，料堆安息角度α，取料斷面傾角為β，剩余斷面堆高為H2，半徑為R2，取料斷面邊長L2（如圖3）。則正常料堆取料體積為V1=R1×H1×K，固定端取料體積為V2=R2×H2×K。由于R=H/tgα，L=H/sinβ，帶入的出V1/V2=H1^2/H2^2。因此得出結論當取料機在端部取料時，取料量是隨高度成平方遞減。假設取料機行走頻率正常工作頻率為25Hz，最高行走頻率為40Hz，則從最小行走頻率，到最大可以提高產量60%。而在固定端，當H1/H2為0.775時，產量衰減即接近60%。以上假設為滿載狀態。

在實際生產過程中，由于下游料倉的存在因此取料機并不需要滿負荷運行，大部分用戶采用的方法是延長固定端的取料時間，盡可能的減小剩余料堆的高度的方式。但仍然會遺留部分料堆，并且在端部取料過程及后續二次堆料時產生以下問題：

（1）料堆堆形：按照原優化程序第二次堆料時由于剩余料堆的存在，必然會在固定端位置出現凸起，影響物料均化效果及整齊。

（2）取料機被迫加速：取料機在固定端取料時由于取料量下降，不得不逐漸提高取料機行走速度進行補償。給取料機自動化控制帶來了新變量。

（3）取料機調速：隨著取料機速度的不斷提高，取料機產量的變化幅度被嚴格限制，這就使得下游設備需料量被取料機所限制，降低了生產的靈活性及可調整性。

（4）工作效率：隨著料堆高度下降，取料斷面向下滑料減少，造成料耙電機及行走電機負載增大，降低設備使用壽命，而刮板刮料量大大減少，造成刮板空轉，造成能源的浪費，降低了取料機的工作效率，浪費能源。

3 人字法堆料的改進探索

根據上面提出的問題，確定方案思路。首先剩余料堆是無法避免的，而只有當剩余料高度縮小到一定程度，才使取料機被迫加速，對取料機調速和工作效率產生影響。首先采用將H1/H2控制在0.8-0.775來保留剩余料堆以避免剩余料堆對取料機產生的不良影響，然后針對堆料機二次堆料的問題進行優化。基于這個思路提出以下兩套方案進行論述：

（1）軟件更新：針對遺留料堆的問題，在第二次堆料時可以采用修改程序參數的方式進行彌補，在固定端料堆處減少堆料量，并配合接觸式料位計測量料堆高度，從而修正由于料堆遺留對二次堆料產生的影響。根據一系列公式計算出取料機在固定端取料的取料量，并轉換成行走頻率，通過公式的線性化，自動調節取料機行走頻率，也可增加電位計手動調節。結合實際情況，設定取料機行走“取料完”限位，保證剩余料堆高度與取料量相適應，并且每次取完料后剩余料堆高度一定，如此就可以固化計算公式。

（2）硬件改造：在堆料機上增加非接觸式料位計，要求可以測量料堆高度，通過模擬量送至PLC，并根相應公式計算堆料量。結合計算得出的每層高度，決定堆料機固定端、移動端停留時間。或增加堆料機行走編碼器，將原有程序中的移動端行走時間轉換成距離。若硬件條件允許，可以根據下料量的增減，實現對行走速度的調節。討論：以上兩套方案均可實現對原有堆取料方式的進一步優化，其中軟件更新方案，在硬件修改不大的基礎上，通過軟件的算法優化調節，客服了固定端剩余料堆產生的一系列問題。由于硬件修改不大，僅在軟件上作出修改，適合對老舊設備進行改造。但由于程序設計的基礎是理論計算，因此是針對普遍情況，而在實際運行中，若遇到特殊情況，則會對自動工況產生問題，這也是軟件改造的局限性。當問題發生時仍需要人工手動操作，因此整體自動化程度僅比原設計略有提高。軟件更新的缺點，正是硬件改造的優勢所在。硬件改造中增加了多項實時數據的采集，并集成了行走機構的通訊系統，經過PLC的計算，控制設備輸出，即行走距離及停留時間，甚至可以控制行走速度。該方法自動化程度高，參數采集全面，若增加相應的安全設備及監控系統，可升級為無人值守系統。但相應的硬件改造必然造成生產成本的升高，因此該方案并不適合老舊設備改造而更適合新建設備。

4 結束語

隨著社會的發展，傳統行業規模已經十分龐大，客戶不但需要新技術新產品，更需要對自己已有設備及工藝的更新換代及升級改造。提高自動化程度，節能減排，提高效率將有更大的發展空間。

參考文獻

[1]翟建設.人字形堆料工藝的優化[J].工業技術，2010，34：12-13.