侧式刮板取料机自动取料方式研究

谷浩

摘 要：本文利用侧式刮板取料机堆场料堆函数公式计算得出两种适合侧式刮板取料机采用的两种自动化取料方式，并通过函数关系进行比较两种取料方式的特点及应用，为侧式刮板取料机的无人值守系统改造自动化取料模型提供参考。

关键词：侧式刮板取料机；自动取料方式；取料量调节方式

中图分类号：U653 文献标识码：A

1.侧式刮板取料机概述

侧式刮板取料机是一种针对堆壳法散料堆的取料设备。因其工作方式灵活，操作简便，可以迅速对多种物料进行取料作业，而广泛应用于水泥生产线的辅料混匀堆场。堆取料机布置图如图1所示。

侧式刮板取料启动时刮板贴近料面，取料机行走启动，当取料机遇到行走限位后，停止行走，刮板悬臂下降一定角度α，并反向启动行走电机，直到停机信号或刮板降至水平位置为止。由以上工作状态可以看出取料量（即刮板平均容积率Δt）与刮板臂每次下降角度α，取料机工作行走速度v正相关。本文针对侧式刮板取料机的3个变量容积率Δt、每层下降角度αn、取料机速度v进行分析，并制定相应的取料方式，并比较各取料方式之间的优劣与应用。

2.容积率Δt、每层下降角度αn、取料机行走速度v之间的关系

由式（3）可知，容积率Δt与hn、Ln、v成正比，且在第一象限存在單调性。而hn、Ln均可看为关于αn的单调函数。因此容积率Δt，每层下降角度αn，取料机速度v之间的函数关系可以被确定。

3.侧式刮板取料机取料量的调节方式

根据侧式刮板取料机的工作方式可以看出，在取料机工作时，只有在料堆端部才可以下降悬臂，因此当悬臂下降完成后，其取料量完全有行走速度决定。因此当悬臂每层的吃料深度hn确定后，取料上限即被限定。

根据式（1）可以看出容积率即是取料体积，因此当上位机将取料量需求数据发送给取料机后，取料机可以通过两种调节方式进行取料。

（1）刮板臂每层下降最大吃料深度hn固定（假设hn为刮板高度b的70%），则每层的下降角度可以通过计算得出，层数n也可以确定。该方式相当于固定刮板臂每层下降最大吃料深度hn，调整取料机行走速度上限vn-max。在实际应用中可以将每一层的参数以数组的形式存入PLC（悬臂角度γ、最大行走速度上限vn-max、本层悬臂下降角度αn、取料面长度xn、本层层号n）。取料时PLC根据所测得悬臂角度从数组中选取相对应参数组，并根据所需求的取料量调整取料机行走速度vn，从而实现对取料量的调节。

由于该方法所有参数在取料前均已经设定完毕，在取料过程中只考虑行走速度与取料量的关系，因此对于取料量的调节与控制简单。因此该取料方式为目前常用方式。但该方法也存在一定的缺点，由于取料机刮板臂下降层数逐渐增加，每层物料体积也在不断增加，导致取料机每层的行走速度上限vn-max逐渐下降（经测算最后一层取料机行走速度上限vn-max仅仅为额定速度的50%～60%，因此在采用自动控制时，容易出现下游皮带溢料的情况。因此该取料方法适合闭环控制系统，并需要设定取料机行走速度上限vn-max。

（2）假设取料机行走速度上限vn-max为固定值，在取料机工作过程中仅调整每个料层的下降深度hn，使取料速度在0-vn-max之间运行时，取料量在0～100%范围内可调。该方式在程序设计时将下降角度αn、悬臂角度γ与取料量的公式输入PLC。当给中控室将取料需求量发送至PLC后，PLC根据给定取料量利用相关公式计算该层悬臂下降角度，并预先设定行走速度v，然后再根据取料过程中的实际需求对取料机速度进行调整。该方式更适合开环控制系统，及手动调速系统。

该方式在固定行走速度上限vn-max的情况下计算取料机刮板下降角度αn，因此其每层取料量的上限均被固定，从而解决了方式一中的溢料问题。由前文所知方式二的hn-2<第一种方式的hn-1，因此对于相同的料堆，方式二中料堆层数n2>方式一料堆层数n1，并且经过实际设备参数计算得出方式二的行走速度上限vn-max-2>方式一的行走速度上限vn-max-1，因此方式二的控制方式更加细化。也正因为如此，方式二相对于方式一会损耗更多的能源。

4.两种自动控制方式应用

（1）由于设计时需要考虑最大取料量的裕量问题，导致方式一中每一层的vmax均小于行走电机的额定速度，因此取料机行走速度在开环调速系统与手动调速系统中均容易出现v>vmax-n的情况，从而造成下游皮带溢料的发生。但在闭环调速系统中，由于取料量反馈的介入，取料机的行走速度不会超过vmax-n，解决了溢料问题。但考虑到反馈信号的及时性，必须增加皮带秤等传感器，并在行走变频器上增加通信模块，这就造成了电气生产成本的增加。

（2）方式二对料堆的分层更加细化，虽造成了消耗能源的增加，但由于每层的最大行走速度vmax-n被限定，因此取料上限为定值，因此在开环系统与手动调速两种方式中均不用担心溢料问题。对于开环系统与手动调速这两种控制方式中方式二的控制方式更加适合。

结语

综上所述，侧式刮板取料机的两种控制方式各有所长。随着用户对设备自动化要求的提高及无人值守系统的逐渐应用，显然第一种控制方式有着更为广阔的市场前景。第二种取料方式虽然能耗较高，且自动化程度不高，但其系统结构简单，控制方便，成本低廉，非常适合自动化升级改造及现有设备的控制系统优化。随着供给侧改革的不断深入，客户对生产设备的要求将不断提高，只有走在客户前面才能保证设备制造企业保持不断地增长，对设备的更加精细化、自动化乃至智能化控制系统的研发将会引领企业在市场经济的浪潮中稳健航行。

参考文献

[1]吴树安.堆取料机堆取料工艺分析[J].露天采矿技术，2015（3）：37-39.

[2]姜润年，刘旭，刘宇.浅析侧式刮板取料机卷扬提升系统[J].科技创新导报，2012（10）：92.

[3]林泽勇，陈旋，周东峰.原料场散料混匀工艺研究[J].冶金设备管理与维修，2009，27（3）：8-9.