Sinex電磁振動旋轉給料機的國產化替代方案探索

齊 銘

（中國鋁業連城分公司，甘肅 蘭州 730335）

1 背景

振動成型系統做為炭陽極成型生產環節中的關鍵設備組，一般由振動成型機、移動料斗、給料裝置等組成。中國鋁業連城分公司500KA炭素成型系統配備的是fives solios 振動成型系統，其給料裝置為一臺法國Sinex TS-500電磁振動給料機，滿足最大生產能力為47噸的輸料要求。該設備的主要功能為：將強力冷卻機排出的生陽極糊料（以下簡稱物料），輸送到移動料斗中，當移動料斗中的物料達到設定重量時，給料機停止輸送物料。此時移動料斗將秤量好的物料加入成型模具，經振動成型后制成炭陽極生塊。該設備具備正常生產和排廢功能，可以實現無級調速，具有輸送能力強，結構緊湊，控制精度高，響應速度快，不需潤滑等優點，已做為fives solios 振動成型系統的標準配置在國內多家鋁廠使用[1]。

該振動給料機的核心部件為一部sinex industrie的VST-R裝置控制的10KW的電磁鐵。控制裝置產生的半波電流驅動電磁鐵而產生振動，達到輸送物料的目的。振幅的控制是由PLC發出的4～20mA的電流信號改變可控硅的導通角，控制輸出電壓的高低，從而控制振幅大小。同時振幅的大小由安裝在料斗上的振幅傳感器實時反饋4～20mA振幅信號，將最大振幅控制在1.7mm。振動給料機的出口設置氣動擋料板。當移動料斗內的物料達到設定重量時，給料機出口氣動擋板關閉，給料機停止振動，此時，強力冷卻機排出的物料聚積在給料機料槽內。當移動料斗給模具完成下料后，振動給料機擋板打開，給料機重新啟動，新一輪給料開始，周而復始。

在實際運行過程，由于電磁線圈固定框架及固定螺栓等零部件在振動作用下經常疲勞斷裂，造成鐵芯及線圈頻繁損壞，造成物料積壓，生產被迫中斷。由于電磁線圈及鐵芯備件均為國外進口，價格昂貴，供貨周期長。連城分公司與國內兄弟企業嘗試采用備件國產化方式解決問題，但由于無法獲得備件材質及加工精度等參數要求，國產化備件達不到可使用目標，不得不放棄使用。

為保證生產的連續性，只能采購大量的進口備件，造成備件庫存積壓，維修費用居高不下。此問題已成為制約生產的瓶頸問題，改造勢在必行。

2 技術原理及要求

2016年下半年，連城分公司下決心對給料機進行改造。由于安裝位置及給料機旋轉要求等限制，市場上現成的相同輸送能力的國產振動給料機由于體積過于龐大，安裝結構等問題，根本無法在此安裝。因此，決定自行設計實施。經過認真研究該給料機的功能和現場條件等因素，新設計的振動給料機必須滿足以下要求：

①材料、備件必須國產化，并便于采購，加工制做簡單。②給料機體積和結構必須滿足現場的安裝及水平旋轉要求，且料槽設計結構必須有優秀的抗疲勞能力。③必須具備原系統的所有控制功能。④給料機物料輸送能力不能低于原設備。⑤給料機性能可靠，不能對生產線造成影響。⑥現場噪音值滿足環境要求。⑦給料機啟動、停止等響應速度，必須滿足使用要求。⑧給料機振幅值達到或優于原設備，且具備可調節功能。⑨給料機要便于檢修，便于安裝。⑩由于國產化的料槽重量增加，要具備件較小體積的振動單元推動更大負載的能力。[11]由于輸送物料溫度達到約160℃，且振動電機啟動頻繁，振動單元要具備一定的隔熱、過熱能力。[12]由于輸送物料有易粘接特性，給料機必須有防堵料能力。

3 實施方案

綜合考慮以上問題，決定采用較經濟的電機振動給料機替代原電磁振動給料機。

①由于原裝的Sinex TS-500電磁振動給料機料槽長度尺寸達到2400mm，為不銹鋼板整體結構加工，重量輕、抗振能力強，不易產生疲勞裂紋。分公司現有的條件下，無法自行制做。因此，采用市場上最為普通的Q235A板材做為料槽材質，焊接而成。為防止料槽及焊縫在振動作用下產生疲勞裂紋，料槽的結構采用特殊加強型設計，同時也滿足給料機水平180°旋轉的要求。②為保證給料機現場安裝要求，料槽水平傾角按11°設計。③通過計算物料及給料機自身重量，考慮到物料溫度對振動電機的熱輻射影響，選擇激振力相匹配的0.55KW的耐熱振動電機做為振動單元；④為保證電機振動的同步性，同時盡可能提高物料輸送速度，使物料仍然產生微拋運動，振動電機的垂直傾角按最小5°設計。為消除橫向激振力，采用兩臺振動電機反向轉動、對稱安裝設計。⑤振動電機采用變頻控制，可以通過調整頻率達到調整振幅的目的。兩臺振動電機采用同一臺變頻器控制，達到電氣同步的要求。⑥為滿足原系統的所有控制功能，原給料機的稱重傳感器、振幅傳感器、出口氣動擋料板、橡膠緩沖器等部件，按原方案設計。⑦對振動成型機控制程序進行調整，使改造后的振動改料機完全適配原控制系統，由4～20mA振幅給定信號控制變頻器輸出頻率和電壓，改變振動電機振動速度，從而使物料輸送速度完全滿足振動成型機下料PID控制需要。

4 實施效果

以上改造由于采用市場上最為普遍的材料及備件，利用系統停產檢修時間，僅用三天即完成設計及改造安裝。經現場測試并生產驗證，取得了如下效果：①排料速度較原裝給料機更快，給料機內的料物厚度大大降低，加快了物料的散熱速度，減小了上游強力冷卻機的物料冷卻水量，對提高炭塊質量大有幫助。防堵料能力大大提高。②現場噪音值（距離一米處測試）由原來的82dB降低到66dB。改善了現場噪音環境。③工頻振幅達到2.5mm，且振幅可能通過振動電機的偏心塊以及變頻器自動調整控制，完全滿足生產要求。④與原生產控制系統完全匹配。經過一年多運行實踐，幾乎未發生故障停機問題，故障率遠低于原裝電磁振動給料機，且能耗大幅降低。大大降低了設備的維修費用，極大地保障了生產線的連續性。

5 結語

該設備自改造投入運行以來，一直運行穩定，成功替代了進口電磁振動給料機，系統運行可靠性大幅提高。

此項改造，完全由連城分公司自行設計，自行制做。由于備件及材料均為市場常見規格，備件的重要級別由專用備件降為通用備件，備件供應保障程度大大提高。

[1]聞邦椿,劉鳳翹 .振動機械的理論及應用.機械工業出版社，1982.