混合料定量给料机与板喂机PID控制及溜子防堵措施处理

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摘 要：粘性物料的输送和定量给料的堵塞问题困扰着工业生产，文章结合实际的优化修改经验来谈一谈解决粘性物料的堵塞问题。

关键词：堵料；PID调节

硅酸盐水泥是以石灰石、粘土、铁质原料为主要原料进行配比生产的。其中粘土为粘性物料，含水量大，粘结性强。工厂通常是将粘土与石灰石混合在一起进行破碎，运输及储存，如果设计不合理会造成物料堵塞，卸料不畅等现象的发生。目前水泥厂混合料仓的卸料方式普遍流行的方法是采用板喂机加定量给料机，但是由于设计不合理，一些项目在实际使用过程中出现了不同程度的堵料及板喂机喂料量pid调节困难等诸多问题。下面结合匈牙利NOSTRA 2500T/D干法水泥生产线的实际调试经验来谈一下混合料输送在设计使用过程中应该注意的一些问题和经验。

此项目的混合料石灰石与粘土的配比是8：2，石灰石水分是～4%，粘土水分～15%，物料最大粒度为80mm。配料站采用的是圆形筒仓直线型漏斗设计，高径比为2：1，漏斗角度70度，卸料口尺寸为1200mm×2000mm。混合料筒仓设计能够保证物料的连续卸料，未见拥堵现象。板喂机到定量给料机之间的溜子初始设计存在收口过窄，落差过高等问题，导致生产过程中物料卸料困难，无法实现PID调节，由于板喂机与定量料给料机之间的溜子存在12°到20°的缩口，溜子出口面积为800mm×1000mm，且内部设置了防磨扁钢。斗内物料在自重作用下向卸料口流动时漏斗截面收缩，物料颗粒的排列发生变化并在流动过程中互相挤擦，产生内摩擦阻力，物料与斗壁之间因有设置的耐磨扁钢产生很大的摩擦阻力。这两种阻力的叠加，在卸料口上方形成一个阻力集中的区段，使物料的卸出速度减缓。当这些阻力和物料的重力相平衡时，物料就不能自流卸出而起拱堵塞。

通过散体力学模型分析，极限剪应力曲线通过测试，可绘制出散粒物料的极限剪应力曲线，从而求出散粒物料在不同应力状态时的剪切应力，再运用流动理论，就可推导出仓排料口尺寸的计算公式。采用如图3所示的极限剪应力曲线是由圆弧段OA 和直线段AB组成。其中直线AB与散粒物料的应力圆相切，应力圆半径由下列试验方法求得：当使用侧挡板自然堆料且不加任何使物料固结压力时，具有粘性的散粒物料的自由表面可不呈现为斜面，而可成垂直的形式（如图3b），使此料堆不产生塌落的最大料层{度h.取决于该散粒物料的粘性，o点的物料施加压力，料堆即行破坏。而o点的剪切应力为零，这两个应力为散粒体的主应力。o点的应力状态，代表了存仓中散粒物料起拱时拱形外表面的任一点的应力状态。

h0为粘性散粒物料堆积试验高度，m；g为重力加速度（g=9.8m/s2）；ρ为物料的堆积密度，kg/m3；r为应力圆半径，r=h0ρg/2为切线BA在纵坐标上截取的一段剪应力，Pa；ψ为物料的内摩擦角，用°表示。

τ0= （h0ρg/2）*tg（45°-ψ/2） 又：f=tgψ f-物料内摩擦系数.

对于长方形下料孔，设A为孔的面积，L为孔的周长.假定切应力沿整个孔的周长近似为常数，对于稳定的拱可以写出下列平衡条件：Ahρg=Lhτb

假定沿孔周边的所有各点，散粒体均处于极限平衡状态，对于边长为a和b的矩形孔则有

R=ab/2（a+b）=τ0（1+sinψ）/ρg

如果令b/a=ξ

由此可以建立用以确定成拱宽度的一般表达式为

a= （1-1）

现场实地测得混合物料的摩擦角ψ=22°，堆压密度ρ=2.4×103kg/m3，自由堆积高度H0=0.4m；根据公式公式（1-1）可以计算出排料口的最短边长为877mm。取溜子的出口尺寸为1000mm×1890mm，计算出此时的卸料能力Q=3600×0.02×1×1.89×2.4=327吨 大于160吨的设计需求量。

现场根据计算后的数据将已有的混合料定量给料机更换成宽1.6m的定量给料机，经现场实际运行效果良好。从以上分析可以看出，在条件允许的前提下，通过改变卸料斗的角度和增大出料口面积来解决物料的起拱堵塞问题，是简单易行的方法。

板喂机加定量给料机进行粘性物料的给料时会遇到PID调节控制困难的现象，主要原因是以往的PID调节是通过定了给料机尾部荷重传感器来控制板喂机的喂料量，但是因为板喂机的卸料因为物料太黏而不是连续卸料，物料是一团一团无规则大小的卸料，且物料粘结在板喂机与定量给料机之间的溜子上，重量不能实时的反应到荷重传感器上，造成信号失真。不能够准确的反应板喂机的卸料量从而造成进行控制紊乱，致使设备运行不畅。为了解决这个问题，必须从根本上解决物料粘结对计量的影响。对此笔者在实际改造过程中放弃了用定量给料机尾端荷重传感器来控制板喂机的传统做法。而是将板喂机与定量给料机之间的溜子与板喂机分离，将溜子固定在定量给料机上，溜子与板喂机之间采用软连接进行连接。在定量给料机底部增加了3台荷重传感器用于测量定量给料机与溜子中物料的总重，从而实时控制板喂机的给料量，使之与定量给料机的喂料量相匹配，实现PID调节。这样做最大的好处是，可以准确的计量板喂机的卸料量，而不用担心物料在溜子上是否有积料。

通过现场的实际运行情况来看，改造后的喂料系统，工作稳定、可靠彻底解决了粘性物料在喂料时出现的堵料，PID调节不稳定的情况。

参考文献

[1] 瑞斯涅尔著，耿光斗译.料仓[M].中国建筑工业出版社，1978.

[2] 黄松元编.散体力学[M].机械工业出版社，1993.