水泥工業(yè)與機(jī)械電子學(xué)

電子學(xué)大約60年代起陸續(xù)進(jìn)入電力工程、測(cè)量和控制技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)備制造業(yè)中。最先使用機(jī)械電子學(xué)的是汽車工業(yè)，隨后就是消費(fèi)資料工業(yè)。現(xiàn)在還不可能談?wù)摍C(jī)械電子學(xué)在設(shè)備制造上的完美應(yīng)用，但在某些方面已得到清楚確認(rèn)，那就是水泥設(shè)備的制造。
1　機(jī)械電子學(xué)在水泥工業(yè)中的應(yīng)用
　　首先人們會(huì)認(rèn)為，在這種粗大的水泥廠環(huán)境下不會(huì)有機(jī)械電子的位置，然而這種結(jié)論是錯(cuò)誤的。如表1所示，當(dāng)直接傳動(dòng)被列入廣泛的機(jī)械電子領(lǐng)域時(shí)，采用轉(zhuǎn)換器的直接傳動(dòng)技術(shù)和機(jī)械電子學(xué)的應(yīng)用正好起到了相互支持的技術(shù)革新作用。為便于理解，本文將以水泥工業(yè)常用的幾種直接傳動(dòng)和其它標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電裝置加以介紹。
1.1　管磨的直接傳動(dòng)（環(huán)形電機(jī)）
　　環(huán)形電機(jī)在水泥工業(yè)成功使用已有30多年，并且是一種理想的管磨驅(qū)動(dòng)裝置。表2顯示全世界已有89臺(tái)這種磨機(jī)。環(huán)形電機(jī)驅(qū)動(dòng)的典型機(jī)電特征是：
　　·不采用大齒輪和減速器的直接驅(qū)動(dòng)；
　　·將設(shè)備停機(jī)時(shí)間降至最低；
　　·馬達(dá)和電子裝置有診斷系統(tǒng)。
　　1990年安裝在比利時(shí)一水泥廠?準(zhǔn)5.8m×17m水泥磨上的8.7MW，轉(zhuǎn)速13.4r/min的環(huán)形電機(jī)是水泥工業(yè)迄今最大的磨機(jī)。
1.2　回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)
　　水泥工廠回轉(zhuǎn)窯的驅(qū)動(dòng)模式100多年以來(lái)一直具有由大、小齒輪帶動(dòng)不同類型電機(jī)的特征。由托輪和無(wú)大齒輪傳動(dòng)的回轉(zhuǎn)窯只有兩個(gè)輪帶，這種傳動(dòng)方式自1995年起逐漸成為重要特征?；剞D(zhuǎn)窯的旋轉(zhuǎn)力矩只靠托輪和輪帶之間的摩擦來(lái)傳遞。表3列出的11臺(tái)回轉(zhuǎn)窯直接傳動(dòng)裝置，其中8臺(tái)由液壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)，3臺(tái)由裝有頻率控制器的交流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。圖1是安裝在墨西哥的回轉(zhuǎn)窯直接驅(qū)動(dòng)裝置。在托輪的每一個(gè)軸端各安裝著一臺(tái)減速機(jī)和一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。然而直接傳動(dòng)的概念只限于兩檔支承回轉(zhuǎn)窯，因?yàn)檫@是代表靜定結(jié)構(gòu)的唯一回轉(zhuǎn)窯。
　　從兩種直接傳動(dòng)方式的比較中可以看到它們的優(yōu)、缺點(diǎn)，然而一個(gè)重要的方面是對(duì)特定傳動(dòng)方式整體效率的評(píng)價(jià)。電動(dòng)裝置的效率優(yōu)勢(shì)是液壓驅(qū)動(dòng)的10%，這種驅(qū)動(dòng)方式的機(jī)電特征是：
　　·頻率控制的鼠籠型電機(jī)；
　　·恒定力矩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；
　　·托輪滑動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；
　　·中央系統(tǒng)操作和數(shù)據(jù)采集在控制室進(jìn)行；
　　·可選擇“現(xiàn)場(chǎng)”應(yīng)急操作。
　　盡管回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量達(dá)到日產(chǎn)１萬(wàn)噸或更高，但由于是兩檔支承因此很容易設(shè)計(jì)。即使在這樣的功率范圍內(nèi)也可以按傳統(tǒng)或選擇方式配備液壓或電動(dòng)的摩擦驅(qū)動(dòng)方式。
1.3　升降機(jī)
　　現(xiàn)代鋼繩升降機(jī)一般由低維修量的同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。安裝在前面的頻率轉(zhuǎn)換器可確保每一步都能達(dá)到預(yù)期的移動(dòng)要求。已經(jīng)對(duì)400m以下的提升高度進(jìn)行了試驗(yàn)，因此可以安全地安裝在120m高的預(yù)熱器塔架上。表4是沙特阿拉伯3 500t/d水泥廠的一些主要數(shù)據(jù)，該廠2003年底，其預(yù)熱器塔安裝了一臺(tái)先進(jìn)的升降機(jī)。
1.4　巨型電動(dòng)輪自卸卡車
　　目前世界上最大的自卸卡車自重222t，另加有效負(fù)載360t。由于這個(gè)“巨型”機(jī)械由電動(dòng)輪馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，因此機(jī)械電子傳動(dòng)是該裝載機(jī)的特征（見(jiàn)圖2）。盡管電動(dòng)輪汽車的成功是由多項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合而獲得，但其功能方式還是很容易描述的。一臺(tái)大功率的20缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)（2 574千瓦）驅(qū)動(dòng)直接連接的同步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)電流通過(guò)一個(gè)可控反相器進(jìn)入兩個(gè)后輪電動(dòng)機(jī)，這兩個(gè)輪式電動(dòng)機(jī)是兩個(gè)裝有鼠籠形轉(zhuǎn)子的三相交流異步電動(dòng)機(jī)，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)各通過(guò)一臺(tái)兩級(jí)行星齒輪減速裝置驅(qū)動(dòng)一個(gè)輪子。
　　該載重車的操作與帶有自動(dòng)變速箱的運(yùn)貨卡車相同，只有一個(gè)控制兩個(gè)反相器的加速器踏板和一個(gè)剎車踏板。巨大的制動(dòng)能在沒(méi)有任何磨損的情況下通過(guò)一個(gè)剎車斷路器在制動(dòng)變阻器內(nèi)轉(zhuǎn)換成熱能。除了停車制動(dòng)外，這里沒(méi)有集中維護(hù)機(jī)械制動(dòng)。發(fā)電機(jī)、輪式發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)變阻器均為空氣冷卻。
1.5　包裝機(jī)
　　水泥產(chǎn)量在10 000t/d以上的新水泥生產(chǎn)線其水泥發(fā)運(yùn)設(shè)施也應(yīng)與之相匹配，包括運(yùn)送散裝水泥的散裝罐車以及袋裝水泥的包裝機(jī)。新一代ROTO-Packers?誖包裝機(jī)滿足了這一要求。采用高自動(dòng)化（機(jī)械電子）水平的精準(zhǔn)灌裝技術(shù)其灌袋能力已達(dá)到5 000袋/時(shí)。
　　灌裝后的袋子被轉(zhuǎn)送到卸袋線，在校驗(yàn)秤上重新核重之前先通過(guò)一個(gè)凈化裝置。重量不準(zhǔn)確的水泥袋將在后面的流程中從系統(tǒng)中清除，然后才能進(jìn)入碼包機(jī)。ROTO-Packer?誖的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表6。圖3是德國(guó)一家水泥廠的12嘴ROTO-Packer?誖包裝機(jī)。

1.6　碼包機(jī)
　　袋裝水泥全自動(dòng)發(fā)運(yùn)是達(dá)到高裝車能力的唯一辦法，自動(dòng)碼包機(jī)為發(fā)運(yùn)系統(tǒng)的暢通形成了一個(gè)重要的中間鏈條。隨著25公斤袋在德國(guó)水泥工業(yè)的推出，25公斤和50公斤袋的碼包設(shè)備成為必需的機(jī)械。現(xiàn)在已可以編程出不同的堆垛形狀和不同的托盤尺寸。水泥工廠使用的現(xiàn)代化自動(dòng)碼包機(jī)有以下幾個(gè)機(jī)械特征：
　　·先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)（機(jī)電特征）;
　　·垛層清晰沒(méi)有動(dòng)壓力;
　　·可選擇袋間間隙;
　　·可為灌裝中的袋子摞包;
　　·堆垛形式廣泛（50公斤以下不同重量）;
　　·系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊技術(shù)。
　　圖4是一水泥廠使用的Beumer 5 000袋Paletpac?誖碼包機(jī)。表6是自動(dòng)碼包機(jī)具備的機(jī)電參數(shù)。
1.7　圓型堆場(chǎng)設(shè)備
　　由于圓形堆場(chǎng)具有眾多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在許多廠家都接受了在長(zhǎng)形堆場(chǎng)旁邊設(shè)置圓形堆場(chǎng)，以便同時(shí)存放和均化大量的松散物料。表7是采用均化堆場(chǎng)的重要特征。每座堆場(chǎng)都配備了堆料用的皮帶堆料機(jī)和取料用的橋式刮板取料機(jī)。
　　由于兩套裝置交替獨(dú)立作業(yè)，因此開(kāi)關(guān)柜、配電室、控制系統(tǒng)和軟件程序都可以做成模塊結(jié)構(gòu)。如果需要（可選擇）均化堆場(chǎng)的特征參數(shù)可由軟件自動(dòng)計(jì)算、調(diào)整和顯示。表8是常見(jiàn)的參數(shù)。圖5是阿根廷一水泥廠儲(chǔ)量為8萬(wàn)t水泥原料的帶頂篷的圓形均化堆場(chǎng)及直徑?準(zhǔn)92m的環(huán)形軌道。
1.8　實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化
　　 自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的成功應(yīng)用已有30多年。Poly-sius實(shí)驗(yàn)室裝置就是一例，POLAB?誖是水泥工業(yè)實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化設(shè)備。其特征是模塊技術(shù)。POLAB?誖-AMT和AOT型可歸類為機(jī)械電子產(chǎn)品，其每一方面都體現(xiàn)出機(jī)械電子特征（見(jiàn)表9）。POLAB?誖-AOT型專為現(xiàn)場(chǎng)操作設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是堅(jiān)固耐用、便于維修和使用效率高。這臺(tái)緊湊的裝置在較短間隔內(nèi)對(duì)生料、熱物料或水泥成品進(jìn)行自動(dòng)取樣、樣品處理和分析。
1.9　稱重喂料機(jī)
　　表10列出的是水泥生產(chǎn)過(guò)程中使用的計(jì)量裝置?，F(xiàn)代化水泥廠的簡(jiǎn)陋環(huán)境下非常適合使用具有機(jī)械電子學(xué)特征的高可靠性計(jì)量裝置。計(jì)量裝置的生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中按照VDI標(biāo)準(zhǔn)向水泥生產(chǎn)廠家提供先進(jìn)的產(chǎn)品。目前計(jì)量裝置已有以下改進(jìn)：
　　·操作可靠性高，即使在環(huán)境溫度達(dá)到50℃以下的國(guó)家使用。
　　·驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)緊湊，即變頻控制鼠籠式電動(dòng)機(jī)與轉(zhuǎn)換器為整體結(jié)構(gòu)，適于現(xiàn)場(chǎng)操作。
　　·現(xiàn)場(chǎng)母線技術(shù)適應(yīng)系列數(shù)據(jù)與中央控制級(jí)交換；
　　·診斷裝置在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有選擇連接（便于維修）；
　　·備件使用量降至最低（完全獨(dú)立的部件）；
　　·由于屬預(yù)接線設(shè)備，簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)組裝。
　　當(dāng)前，機(jī)械電子學(xué)在德國(guó)的大學(xué)和技術(shù)學(xué)校所占的位置不斷上升，德國(guó)已有12所大學(xué)和相同數(shù)量的技術(shù)學(xué)校開(kāi)設(shè)了機(jī)電課程。機(jī)械電子學(xué)教學(xué)極受歡迎，尤其在工業(yè)領(lǐng)域（雙重教育體系），培訓(xùn)人員年增長(zhǎng)率達(dá)到6%，預(yù)計(jì)未來(lái)將成為搶手的專業(yè)。
摘自《中國(guó)水泥》2005年 02月號(hào)