一種選煤廠用智能防堵溜槽的設計分析

潘金茹

（晉能控股煤業大友選煤有限責任公司，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載，但是在實踐中發現經常出現堵塞的現象。高落差轉載溜槽是一個物料通道，具有導向性以及緩沖作用，可以保證物料能夠在密封的狀態下，將輸送機帶速傳遞給輸送機。由此可以看出，在設計溜槽結構時，通常必須設置合適的轉載高度，一般將轉載槽的形狀設置為“S”形，這樣在改變物流運動方向時，保證物料能夠表現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的慣性實現運動的，物料運行的過程中受到溜道角度；表面狀態；物料顆粒度；流量等因素影響。

因此，在排堵裝置上面設置智能化的控制單元，這樣可以保證溜槽連續的運行，有效地優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表示相應的結構圖。

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表示相應的底面物料與溜槽底部相接觸的受力分析。

圖1 溜槽的結構簡圖

圖2 受力狀態

摩擦力小于下滑力時，物料下滑的速度與物料的高度參數之間呈現正相關。

物料達到第二階段時，圖3表示相應的物料的落點分布情況，同時設置為L>H。物料在下滑的過程中會受到側向力的沖擊而產生“紊流”現象。

通常情況下，溜槽的依據截面尺寸確定轉載流量，與此同時設置一定的富裕度。通常情況下，由于在彎道位置設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定的狀態則會出現區域淤積的現象。

圖4所示第二彎道位置設置有緩沖區域。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，最終導致出現淤積的現象，溜道截面積變小，出現堵塞的現象。

圖3 落點位置

圖4 緩沖區示意圖

經過探究發現，要想改變堵塞的現象，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：當出現淤積現象時，彎道位置體積與重量發生變化，可以借助傳感器對其進行監測。為此，從而可以借助傳感器進行實時監測，經過探究發現，通常物料傳感器不能發揮應有的作用，在抗干擾與抗污染方面表現不理想。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。經過實踐可以看出，通常物料重量入下幾個參數之間表現為線性關系諸如：高度、物料體積等。與此同時，可以在傳感器上面設置物料緩沖區，物料從物料口位置快速的進入下游裝置。數據分析發現，物料的下落速度與沖擊之間的關系并不大，僅僅與物料的高度有關。

2.2 安裝排淤裝置

一般而言，可以在淤積位置安裝相應的排堵裝置，當淤積發生后，傳感器單元將會感受到信號，將借助排堵設置將其清理。經過實踐發現，排堵裝置工作響應快、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料槽內部，降低緩沖區域的高度。依據設置在緩沖位置的安息角，把柱塞移動到相應的緩沖位置，此狀態下平臺并未發生任何的變化。假如緩沖位置的高度大于設定值時，那么相應的活塞將會向外抽出，緩沖底部位置形成空穴，當物料聚集在物料上方時出現崩坍的現象，保證緩沖區域物料高度保持在合理的范圍內。

2）螺旋式：如圖6所示，可以在容易發生堵塞的位置設置能夠實現伸縮的螺旋轉盤。出現淤積現象時，旋轉盤將會實現邊旋轉邊推進的動作，在旋轉葉片的作用下實現轉動，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，旋轉葉片能夠將后面的物料送至前面。同時由于螺旋轉盤體積較小，因此適合將其設置在第一彎道位置。

3 智能防堵溜槽的結構組成

圖7表示相應的智能溜槽的結構框圖。

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進行監測。而壓力傳感器能夠監測液壓系統。位置傳感器可以對執行單元進行控制。數據處理單元可以把物理流量信號轉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，經過處理之后將數據呈現在集控單元，當數據超過設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 螺旋轉盤

圖7 智能溜槽的結構框圖

2）控制器：假如控制器開始工作時，液壓單元電磁閥導通，從而導致液壓系統開始工作。

3）液壓系統：液壓系統不工作時系統關閉。接收到控制信號之后進入工作狀態。工作流程為：首先啟動油泵電機；其次，實現控制閥轉向；最后，推動油缸動作。當負載信號出現問題時，那么系統就會報警。

4）執行機構：如圖8所示的柱塞式排堵機構執行單元，由油缸、位置傳感器、矩形柱塞、導軌等組成。如圖9是螺旋式排堵機構，由螺旋葉輪、主軸、葉輪殼、支撐座、位置傳感器、推進油缸、液壓馬達等組成。實現溜槽智能化設計，由電控單元、液壓單元、機械執行單元組成。在單元中都設置有I/U接口，當個執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

圖9 螺旋排堵機構

4 智能防堵溜槽系統的上位機

4.1 上位機頁面

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

在進行軟件以及出廠硬件設計的過程中，通常軟件是由軟件開發商設計界面，輸入參數以及實現數字流的鎖閉。硬件設置是由廠家進行設計，能夠直接投入使用。假如軟硬件都設置完好，那么可以將其連入以太網，對軟硬件進行調試滿足現場需要位置。

4.2 上位機觸摸屏

上位機接觸屏幕在商業中應用較為廣泛，而且在現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）監測：工作人員借助控制面板實現相應的控制，不僅可以清晰地查看各個工序，而且隨時查閱數據以及保護關鍵參數。

2）操作：設備存在問題時，工作人員通過操作按鈕即可實現參數的調整。

3）報警查詢：觸摸屏位置操作能夠實現組態提示、報警、歷史記錄等功能。

4）通信：其能夠和多種通訊設備進行信息交互，不論是設計人員，還是操作人員都能夠與其進行聯網操作。

5 結語

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進行物料堵塞的處理。優化智能化溜槽的設計過程中，部分數據出現一定的采集誤差，因此需要進一步優化設計。工作人員在操作該系統時，需要依據傳感器、控制單元以及相應的軟硬件進行控制，以更好地發揮該系統的作用。