浅谈提高水泥包装机运转率的改进方法

王天鹏 王 兵 卢建新 郭小冲

葛洲坝宜城水泥有限公司 湖北 襄阳 441400

我公司现有4台唐山任氏BHYW8水泥包装机,设计产能为80-100t/h,控制方式为每台各有8个灌装单元,由微机单元进行计量,并实现程序化自动工作,各单元独立工作,互不干扰。整个袋装装运流程水泥从水泥库经物料破碎混合后由输送斜槽送至回转式包装机,插袋工确认品种和预装袋数后开启旋转包装机和输送皮带进行装袋,袋装水泥掉入辅机区进行浮灰清扫和间距处理,再通过运输皮带送至RZJ高台移动式装车机皮带上,最后由人工启动、停止高台式移动装车机前后上下移动来进行码包装车。在操作过程中,水泥灌装、计量、掉袋、输送等均可由电气控制回路自动完成,而插袋和码包由人工进行。

一、问题现状

经过仔细观察和分析,发现在整个袋装水泥装运流程中出现了三个主要问题导致连续装车效率不高:

1、包装和区一共4台八嘴回转式包装机,每台包装机上均有8台出灰电机,电机型号为Y112M-4 4KW,装车区8台高台移动装车机的行走、皮带,升降和收尘和水泥包装机的出灰电机共计64个接触器,其控制回路均采用电磁式交流接触器（由铁芯和线圈及触点构成）,接触器约每10s就要通断一次,但由于使用环境水泥粉尘大,粉尘极易进入接触器内部,使触头迅速烧蚀,引起接触不良、供电缺相和触头粘黏,造成电机缺相或者失控损坏。由于包机需要24h随时装车,而频繁的更换接触器和电机维修量大,停机时间长,严重降低了水泥包装机的工作效率;

2、由于人工在进行插袋和码包工作的同时进行数包,经常数包出错,导致袋装车在出磅过磅时重量不符合要求,需要返回装运进行重新补包和卸包,增加码包的工作量,同时降低了车辆出厂效率;

3、输送区运输皮带采用的是普通Y型三相异步电动机,当发出停止信号时,皮带会因滚筒的惯性继续向前滑行,导致袋装水泥也会向前移动,影响计包准确性。

二、解决方法

1、采用三相固态继电器KSQA480A60替代原控制回路的普通电磁式交流接触器。

1.1 交流接触器主要有四部分组成:（1）电磁部分,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯;（2）触头部分,包括三对主触头和四对辅助触头,它们是和铁芯一起联动的;（3）灭弧装置,一般容量较大的交流接触器中设有灭弧罩,其作用是限制主触头分断时产生的电弧,以避免触头烧结或熔焊;（4）绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环接线柱等。包装现场水泥粉尘大,电磁式交流接触器的防尘罩也极易在处理故障时丢失,粉尘易从灭弧罩进入接触器内部,长期使用容易使触头迅速烧蚀。

1.2 三相固态继电器KSQA480A60的优点

（1）三相固态继电器KSQA480A60采用进口单向可控硅反并联,功率留有足够余量,优质环氧树脂完全灌封,不受环境因素影响,尤其是粉尘环境,集成散热片散热效率高,使用稳定寿命长。安装时将散热片与地面呈垂直状态,水泥灰尘会沿散热片缝隙掉落,定期清理控制箱内灰尘就可不必频繁更换接触器,电机的使用寿命就会大大延长。

（2）电路设计上充分考虑了精确定位,其切换速度快,一般为几ms,同时内置RC吸收回路和MOV压敏电阻保护电路,RC吸收回路可以有效消除电路中浪涌电压对负载侧的影响,MOV（金属氧化物压敏电阻）是以ZnO（氧化锌）为主要材料的非线性电阻元件,该元件浪涌电流耐量和非线性系数非常大,在阈值电压以下时,电阻非常高。当加在压敏电阻的电压低于阈值时,流过它的电流非常小,它相当于一个阻值无穷大的电阻;当加在压敏电阻的电压超过阈值时,流过它的电流激增,它相当于一个阻值无穷小的电阻,这种特性使得它能有效的吸收异常电压和雷击浪涌,有效保护电路。

（3）适用于恶劣环境,频繁启动的场所,使用电压范围宽达175～265VAC,同时具有抗干扰电路,交直流通用10～32VDC。另具备过温保护和触头选装功能。

（4）三相固态继电器KSQA480A60采用过零检测技术,使得每次启动都在零点附近,电机绕组上的电压逐渐增加（1/4周期）,启动电流缓慢提升,减轻了对电网的冲击,也减轻了对电机绕组的冲击,同时在继电器通断瞬间无火花,不会对电机绕组的绝缘产生冲击,相对于普通接触器的每次通断火花冲击电机绕组线圈和拖动机械,具有极大的优势,不会加速电机线圈发热和机械磨损,从而大大延长电机的使用寿命。固态继电器的简化电路和实际安装效果如图1。

图1 固态继电器的简化电路和实际安装

1.3 改造效果

水泥包装机在更换三相固态继电器KSQA480A60后,直接经济效益明显,电机、接触器损坏量大大降低,电机烧毁率下降96.8%,年接触器烧毁率仅为改造前的0.4%,包装机因此类问题年停车时间减少200h。改造前后对比如表1。

表1 改造前后对比

为解决人工数包易出错的问题,结合现场实际设计一种能自动数包的装置,其原理是在运输皮带尽头,快进入移动式升降皮带前端安装红外式数包器。

当水泥袋在运输皮带上经过计包器时会挡住红外线,红外线由通到断再到通的过程数包器计为一包,依次累加,并将累加结果显示在LED屏上。在实际应用过程中发现偶尔会出现连包的情况,即多包水泥无间距连续通常数包的红外传感器,而且此情况无法避免,遂继续优化,当出现连包时,650ms算一包,900-1300ms算两包,1300ms-1900ms算三包,依次叠加。若装包工人发现连包时停止了运输皮带检查后发现没有问题,又快速启动运输皮带,在这期间为了避免出现计包器误计数,运输皮带延时5秒启动。当计包器上的包数达到LED屏上所显示的包数时,计包器控制箱内的中间继电器断开联锁点,输送皮带停止运行,同时计数器清零,本次装车结束,等待下一次装车。通过长时间试运行,计包器计数精准,不需要人工数包,减轻员工劳动强度。现场红外传感器的安装图2。

图2 现场红外传感器的安装图

3、针对输送皮带停机时由于惯性向前滑行,影响计包精度的问题,经过仔细研究和选型,决定选择电磁制动电机。

普通制动电动机是具有附加圆盘式直流制动器的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机,是由在Y系列电动机的后端盖与风扇之间附加1个直流盘式电磁制动电动机组成的。制动电动机的圆盘式直流制动器安装在电动机非轴伸端的端盖上,当制动电动机接入电源即可开始工作。由于电磁吸力作用,电磁铁吸引衔铁并压缩弹簧,制动盘于衔铁端盖脱开,制动电动机开始运转。当切断电源时,制动电动机电磁铁失去磁吸力,弹簧推动衔铁压紧制动盘,在摩擦力矩作用下制动电动机停止运转。

SEW制动电动机的制动器为电磁盘式制动器,并具有专利技术的双线圈系统——加速线圈、保持线圈,当电流从整流块输出之后进入制动线圈,加速线圈在极短的时间内形成很大的电磁力克服弹簧的势能将压力盘完全回吸（此时制动器打开）后,经极短的时间切换至保持线圈开始正常的工作。由于是双线圈工作,制动器吸合时间极短,所以对制动摩擦片几乎形成零磨损的无摩擦快速启动。普通制动电动机的制动器大部分采用单线圈系统,其制动器在工作时就需要电动机先转动起来,具有一定的力矩输出后,才能脱开制动器,即所谓的蓄能,因此,其无法保证电动机启动时的无摩擦启动,从而使电动机做无用功,加快了摩擦片的损耗。通过对比普通制动电机和SEW制动电机的制动原理可以看出SEW制动电动机的制动器释放反应时间远小于普通制动电动机,摩擦片也更加耐用。在实际应用时SEW电磁制动电机随停随启,完美的解决皮带停机惯性的问题。普通电磁和SEW电磁制动器的机构如图3。

图3 普通电磁和SEW电磁制动器的机构图

三、总结

通过对水泥包装机实施固态继电器、设计自动数包和更换SEW电磁制动电机这三种改进方法以来,极大的减轻频繁的更换接触器和电机的工作量,降低了维护成本;实现了自动数包和电磁制动的功能,减轻了人员数包工作量,极大的提高了水泥包装机的运转效率。而且这三种改进方法安装方便,维护简单,性能稳定,效果明显,具有极大的可复制性。