实现浓密槽耙机轴停转报警的功能设计

【摘要】在氧化铝赤泥选铁工序中，采用大型锥形浓密槽来浓缩铁精矿矿浆，如果耙机装置意外停机，没有及时发现并采取措施，容易发生沉槽事故，造成生产中断。本文论述了对浓密槽耙机轴停转故障增加报警功能的设计思路，以及实现报警功能的机械、电气结构和原理。该报警控制方式还可用于螺旋轴、铝矿输送皮带打滑检测等场合。

【关键词】搅拌装置;停车;监控;时间继电器

作为绿色生态铝产业项目，中国铝业广西分公司氧化铝厂新建了一个赤泥回收铁项目，该项目利用磁选工艺，从氧化铝生产后废弃的赤泥中回收铁精矿，年产铁精矿约40万吨，实现绿色环保的社会价值和可观的经济效益。

1.浓密槽的现状

赤泥选铁车间生产工序中，磁选机选出的铁精矿矿浆，需要经过浓密槽进一步提高浓度。浓密槽是一个直径约30米，高度约6米的大型锥形沉降槽，沉降槽溢流，返回到氧化铝生产系统循环利用，底流则是高固含的铁精矿，在旋转耙机径向力推动下，从沉降槽中心锥底出料，用砂浆泵送到压滤工区，通过板框压滤机滤除水分，滤饼就是铁精矿产品。由于氧化铝厂是连续生产的，氧化铝尾矿赤泥也是连续排放，如果浓密槽发生沉槽事故，赤泥选铁流程被迫中断，富含铁精矿的赤泥就直接排入尾矿库，且不可再回收，造成铁精矿的直接浪费。

浓密槽发生沉槽事故的最主要因素是浓密槽耙机停止旋转，铁精矿不能正常排出，并在槽底快速沉积，堵塞出料口。如果浓密槽耙机停止旋转没有及时发现并采取措施，当沉降槽铁精矿淤积到一定程度时，耙机无法重新启动和提升耙臂。由于缺乏连续监控耙机运行状况的装置，生产流程连续稳定运行存在管控的盲区，沉槽事故不仅造成生产中断和经济损失，清理槽罐的工作量也很大。

2.浓密槽沉槽事故的原因分析

浓密槽耙机采用液压系统驱动，正常情况下，电动机驱动一台动力油泵，油泵产生的高压油流送到耙机驱动装置。驱动装置由3套柱塞泵和减速机组成，在驱动装置的推动下，耙机慢速的旋转。当控制系统检测到耙机旋转扭矩增大到一定数值时，液压系统自动将耙臂提升一定的高度以减轻负载，当耙机旋转扭矩降低时，又自动降低耙臂的高度。

液压系统具有缓冲负载波动、防止设备过载的优点，但驱动装置经过电动机-油泵-柱塞泵-减速机等多个环节。远程监控电脑只显示油泵电机的运行状态，当驱动系统某个环节故障，如油管漏油、油泵、柱塞泵或减速机故障，虽然油泵电动机还在运行，但耙机实际上已经停止了运转。由于浓密槽现场无人值守，周期性巡检难以保证及时发现停转的故障，从而发生沉槽事故。

3.轴停转报警的功能设计思路

避免发生沉槽事故的关键，是当耙机轴停转的情况下，及时发出故障报警，提醒操作人员马上采取措施。我们对耙机可采集、监测的运行参数进行了全面分析，无法通过某个运行参数，间接的反映耙机轴停止运转的状态。而且，监测耙机旋转轴的实际旋转状态，是最直接、最可靠的监控手段。

我们的监控设计思路，逐渐聚焦在耙机轴上，我们让耙机轴每转动一周，给电气监测装置发出一个脉冲信号，如果在一个时间段内没有收到脉冲信号，就说明耙机轴已经停止旋转，这样就可以监测耙机轴的旋转状况了。

4.轴停转报警的机械结构设计

设计思路确定了，现场的实际工况条件，却难于安装脉冲检测元件：槽顶盖板和旋转驱动装置之间，耙机轴露出的长度只有60厘米，而耙机轴在工作中还要上下升降，升降的最大行程为50厘米。同时，耙机轴与槽盖板之间的间隙，冒出大量的蒸汽，周边不适合安装电气元器件。

为了实现脉冲检测的功能，我们反复到现场进行研究，设计了一个机械铰接杠杆机构，机构原理图如图1所示。

图1 铰接杠杆结构

摆臂2通过铰接点1安装在驱动装置的机架上，使摆臂2可以绕铰接点1左右摆动。正常情况下，摆臂2在拉簧4的拉力和定位块5的共同作用下，定位在图示位置，摆臂2离金属感应开关8有很远的距离，接近开关不会被金属感应。

在摆臂2上，焊接了一根与之垂直的角钢3，与耙机轴7的轴线平行，在耙机轴上焊接了一根旋转臂6，耙机轴每旋转一周，触碰角钢3一次。角钢3的长度略大于耙机轴的最大升降行程，这样可以保证耙机轴升降到任何高度，旋转臂6都能够正常触碰到角钢3。为了保证平稳的运行，旋转臂6和角钢3的接触端头，安装了一个轴承，使得两者之间的触碰过程是滚动摩擦。

当旋转臂6触碰到角钢3时，摆臂2被推动到图示的虚线位置，摆臂2兼作“金属感应片”的作用，金属感应开关8被感应，开关状态改变。旋转臂6离开后，在拉簧4的拉力作用下，摆臂2又回到初始位置，感应开关8状态恢复常态。通过以上的铰接杠杆机械结构，实现了脉冲检测的功能，并使感应开关8的安装位置远离耙机轴周边蒸汽大的不利环境。

5.轴停转报警的电气设计

如上所述，电气报警装置的原理是：超过一个旋转周期时间，电气系统仍然没有收到脉冲信号，就可以判定耙机轴已经停止旋转。报警装置的电气原理图如图2所示。

图2 报警装置电气原理图

S1是金属感应开关，该开关在正常情况下是闭合的，继电器KA1通电，时间继电器ST1通电开始计时，时间继电器ST2则因KA1常闭触点断开，处于停止状态。当机械机构的摆臂6靠近金属感应开关S1时，S1开关状态发生改变而开路，KA1断电，此时ST2开始通电计时，ST1则因为断电而停止计时并清零。当机械机构的摆臂6离开感应开关S1时，S1开关恢复闭合，ST1和ST2的状态也跟随转变，分别再次开始计时和复位，周而复始。

为什么选择两个时间繼电器的交替计时和复位？这是为了保证监控的可靠性。如果只用一个时间继电器，当金属感应开关S1或中间继电器KA1损坏失效（不动作），或者耙机轴停转时，旋转臂6刚好停留在触碰摆臂2的位置，时间继电器都有可能保持在断电状态，不会在复位后重新开始计时，报警系统停止工作。

经现场测定，耙机轴旋转一周的时间大约6分钟，金属感应开关S1被感应的时间大约6秒钟，为此将ST1延时触点的动作时间设定为7分钟，ST2的动作时间设定为1分钟。如果耙机轴正常的旋转，ST1和ST2的计时总是不会超过轴旋转的周期性时间。如果耙机轴停止运转，则在规定的时间内，正在工作的时间继电器ST1或ST2不会被复位，继电器延时触点闭合，发出声音和闪光灯报警。

报警装置的电源取自油泵的电动机电源，当液压油泵正常停车时，报警系统也同步停止工作，避免发出误报信号。

6.监控装置的实施效果

监控装置安装调试后，彻底消除了耙机装置监控盲区的问题，由于耙机轴是慢速旋转的，机械装置的运行非常平稳、准确，满足常年连续运行的条件。双时间继电器的电气回路， 也具有很高的可靠性，如果金属感应开关S1或中间继电器KA1损坏失效，ST1或ST2延时触点就会动作，给出报警信号，提醒电气人员更换元件。在最近发生的耙机轴连接法兰脱焊事故（相当于断轴）和一次感应开关失效故障，都成功的发出了报警信号。

PLC的脉冲计数功能，更容易实现旋转类设备运转监控的问题。但时间继电器和PLC相比，价格非常低廉。在解决单一的监控问题时，时间继电器的方式更加经济。类似的旋转装置监控问题，如：皮带输送机的打滑检测，螺旋输送机的断轴报警，都可以采用这个方式。比如皮带输送机，在打滑状态时，机尾的被动滚筒就会减速或停止，利用时间继电器的计时功能，很容易监控到机尾滚筒的减速或停止的状态。选用施耐德公司的RE11RAMU电子式时间继电器，时间设定精度达到0.1秒，响应速度则更快。

参考文献

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作者简介：叶有楠（1972—），男，广西百色人，大学本科，现供职于中国铝业股份有限公司广西分公司氧化铝厂。