水泥工業(yè)與機械電子學(xué)

電子學(xué)大約60年代起陸續(xù)進(jìn)入電力工程、測量和控制技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)備制造業(yè)中。最先使用機械電子學(xué)的是汽車工業(yè)，隨后就是消費資料工業(yè)?，F(xiàn)在還不可能談?wù)摍C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　機械電子學(xué)在水泥工業(yè)中的應(yīng)用
　　首先人們會認(rèn)為，在這種粗大的水泥廠環(huán)境下不會有機械電子的位置，然而這種結(jié)論是錯誤的。如表1所示，當(dāng)直接傳動被列入廣泛的機械電子領(lǐng)域時，采用轉(zhuǎn)換器的直接傳動技術(shù)和機械電子學(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和其它標(biāo)準(zhǔn)機電裝置加以介紹。
1.1　管磨的直接傳動（環(huán)形電機）
　　環(huán)形電機在水泥工業(yè)成功使用已有30多年，并且是一種理想的管磨驅(qū)動裝置。表2顯示全世界已有89臺這種磨機。環(huán)形電機驅(qū)動的典型機電特征是：
　　·不采用大齒輪和減速器的直接驅(qū)動；
　　·將設(shè)備停機時間降至最低；
　　·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)形電機是水泥工業(yè)迄今最大的磨機。
1.2　回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動
　　水泥工廠回轉(zhuǎn)窯的驅(qū)動模式100多年以來一直具有由大、小齒輪帶動不同類型電機的特征。由托輪和無大齒輪傳動的回轉(zhuǎn)窯只有兩個輪帶，這種傳動方式自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傳遞。表3列出的11臺回轉(zhuǎn)窯直接傳動裝置，其中8臺由液壓電機驅(qū)動，3臺由裝有頻率控制器的交流馬達(dá)驅(qū)動。圖1是安裝在墨西哥的回轉(zhuǎn)窯直接驅(qū)動裝置。在托輪的每一個軸端各安裝著一臺減速機和一臺電動機。然而直接傳動的概念只限于兩檔支承回轉(zhuǎn)窯，因為這是代表靜定結(jié)構(gòu)的唯一回轉(zhuǎn)窯。
　　從兩種直接傳動方式的比較中可以看到它們的優(yōu)、缺點，然而一個重要的方面是對特定傳動方式整體效率的評價。電動裝置的效率優(yōu)勢是液壓驅(qū)動的10%，這種驅(qū)動方式的機電特征是：
　　·頻率控制的鼠籠型電機；
　　·恒定力矩監(jiān)測系統(tǒng)；
　　·托輪滑動監(jiān)測系統(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”應(yīng)急操作。
　　盡管回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量達(dá)到日產(chǎn)１萬噸或更高，但由于是兩檔支承因此很容易設(shè)計。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的摩擦驅(qū)動方式。
1.3　升降機
　　現(xiàn)代鋼繩升降機一般由低維修量的同步電機驅(qū)動。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)期的移動要求。已經(jīng)對400m以下的提升高度進(jìn)行了試驗，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)熱器塔安裝了一臺先進(jìn)的升降機。
1.4　巨型電動輪自卸卡車
　　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“巨型”機械由電動輪馬達(dá)驅(qū)動，因此機械電子傳動是該裝載機的特征（見圖2）。盡管電動輪汽車的成功是由多項技術(shù)的結(jié)合而獲得，但其功能方式還是很容易描述的。一臺大功率的20缸柴油發(fā)動機（2 574千瓦）驅(qū)動直接連接的同步發(fā)電機，發(fā)電機電流通過一個可控反相器進(jìn)入兩個后輪電動機，這兩個輪式電動機是兩個裝有鼠籠形轉(zhuǎn)子的三相交流異步電動機，每臺電動機各通過一臺兩級行星齒輪減速裝置驅(qū)動一個輪子。
　　該載重車的操作與帶有自動變速箱的運貨卡車相同，只有一個控制兩個反相器的加速器踏板和一個剎車踏板。巨大的制動能在沒有任何磨損的情況下通過一個剎車斷路器在制動變阻器內(nèi)轉(zhuǎn)換成熱能。除了停車制動外，這里沒有集中維護(hù)機械制動。發(fā)電機、輪式發(fā)動機和制動變阻器均為空氣冷卻。
1.5　包裝機
　　水泥產(chǎn)量在10 000t/d以上的新水泥生產(chǎn)線其水泥發(fā)運設(shè)施也應(yīng)與之相匹配，包括運送散裝水泥的散裝罐車以及袋裝水泥的包裝機。新一代ROTO-Packers?誖包裝機滿足了這一要求。采用高自動化（機械電子）水平的精準(zhǔn)灌裝技術(shù)其灌袋能力已達(dá)到5 000袋/時。
　　灌裝后的袋子被轉(zhuǎn)送到卸袋線，在校驗秤上重新核重之前先通過一個凈化裝置。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。ROTO-Packer?誖的技術(shù)參數(shù)見表6。圖3是德國一家水泥廠的12嘴ROTO-Packer?誖包裝機。

1.6　碼包機
　　袋裝水泥全自動發(fā)運是達(dá)到高裝車能力的唯一辦法，自動碼包機為發(fā)運系統(tǒng)的暢通形成了一個重要的中間鏈條。隨著25公斤袋在德國水泥工業(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)代化自動碼包機有以下幾個機械特征：
　　·先進(jìn)的驅(qū)動和控制技術(shù)（機電特征）;
　　·垛層清晰沒有動壓力;
　　·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。表6是自動碼包機具備的機電參數(shù)。
1.7　圓型堆場設(shè)備
　　由于圓形堆場具有眾多優(yōu)點，現(xiàn)在許多廠家都接受了在長形堆場旁邊設(shè)置圓形堆場，以便同時存放和均化大量的松散物料。表7是采用均化堆場的重要特征。每座堆場都配備了堆料用的皮帶堆料機和取料用的橋式刮板取料機。
　　由于兩套裝置交替獨立作業(yè)，因此開關(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）均化堆場的特征參數(shù)可由軟件自動計算、調(diào)整和顯示。表8是常見的參數(shù)。圖5是阿根廷一水泥廠儲量為8萬t水泥原料的帶頂篷的圓形均化堆場及直徑?準(zhǔn)92m的環(huán)形軌道。
1.8　實驗室自動化
　　 自動化實驗室的成功應(yīng)用已有30多年。Poly-sius實驗室裝置就是一例，POLAB?誖是水泥工業(yè)實驗室自動化設(shè)備。其特征是模塊技術(shù)。POLAB?誖-AMT和AOT型可歸類為機械電子產(chǎn)品，其每一方面都體現(xiàn)出機械電子特征（見表9）。POLAB?誖-AOT型專為現(xiàn)場操作設(shè)計，其特點是堅固耐用、便于維修和使用效率高。這臺緊湊的裝置在較短間隔內(nèi)對生料、熱物料或水泥成品進(jìn)行自動取樣、樣品處理和分析。
1.9　稱重喂料機
　　表10列出的是水泥生產(chǎn)過程中使用的計量裝置。現(xiàn)代化水泥廠的簡陋環(huán)境下非常適合使用具有機械電子學(xué)特征的高可靠性計量裝置。計量裝置的生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品開發(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℃以下的國家使用。
　　·驅(qū)動系統(tǒng)緊湊，即變頻控制鼠籠式電動機與轉(zhuǎn)換器為整體結(jié)構(gòu)，適于現(xiàn)場操作。
　　·現(xiàn)場母線技術(shù)適應(yīng)系列數(shù)據(jù)與中央控制級交換；
　　·診斷裝置在現(xiàn)場設(shè)有選擇連接（便于維修）；
　　·備件使用量降至最低（完全獨立的部件）；
　　·由于屬預(yù)接線設(shè)備，簡化了現(xiàn)場組裝。
　　當(dāng)前，機械電子學(xué)在德國的大學(xué)和技術(shù)學(xué)校所占的位置不斷上升，德國已有12所大學(xué)和相同數(shù)量的技術(shù)學(xué)校開設(shè)了機電課程。機械電子學(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)人員年增長率達(dá)到6%，預(yù)計未來將成為搶手的專業(yè)。
摘自《中國水泥》2005年 02月號