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跳汰机自动排料控制系统的研究 |
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作者：山东科技大学 林明星 杜长龙 张永忠 |
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摘要：跳汰机排料是跳汰机控制的一个主要部分，直接决定着跳汰选煤的效率以及精煤产率。在分析、研究跳汰机自动排料的基本原则和要求的基础上，提出了改进的浮标闸门自动排料控制系统，分析了具体结构和实现方法。
关键词：跳汰机；自动排料；浮标闸门
1 跳汰机自动排料的基本准则
排料是跳汰机的一个重要环节，跳汰机的排料系统包含：矸石和中煤由排料口排出，精煤由溢流堰排出跳汰机。设跳汰机的给料量为Q，洗选后得到的矸石量为Qg、中煤量为Qz、精煤量为Qj，则三者之间的关系
Q=Qg+Qz+Qj（1）
设跳汰机排料系统的排料量为矸石Qpg、中煤Qpz、精煤Qpj，同样存在以下关系
Q=Qpg+Qpz+Qpj（2）
跳汰选煤过程中，物料的进给和洗选产品的排出是连续进行的，给料和排料是一个动态的平衡过程。理想情况下，跳汰机合理的排料应该满足
Qg=Qpg，Qz=Qpz，Qj=Qpj。
如果矸石量Qg和Qpg、中煤量Qz和Qpz、精煤量Qj和Qpj三者之间任何一部分发生偏差而不一致，三者之间的动态平衡就会破坏，产品产生相互污染、混杂，得不到纯净的物料。
因此，跳汰机排料应遵循的原则：排料量与跳汰产生的各产品的数量应该完全相等，不多排不少排，产生多少就排多少，而不是强制控制一定的排料量。跳汰机的排料装置应该能满足这一要求。如果跳汰机的排料装置不能满足以上条件，其自动控制系统无论如何先进，跳汰机的排料也不会有好的结果。由于跳汰按密度分选，其分选密度的分界线决定了各自产品的数量，因此理想的排料应该是跳汰产品按分选密度正确分离，这要求自动排料系统中，排料的分界线始终稳定在所需要的分选密度上，即排料高度和分选密度深度是同一分界线，这样才能得到完全按分层结果的理想产品。
2 跳汰机自动排料装置的基本要求
实际上，跳汰机实现排料的结构是2个高度，即闸门的下沿和溢流堰上沿。由于溢流堰的上沿和闸门的下沿之间存在着一定的高度差，使得产品的分离线与分选密度线不一致，从而引起分层后的产品出现不可避免的混杂。如图1所示，h0为理想的分离密度线，h1和h2分别为密度低于和高于h0的分离密度线。最理想情况是，跳汰机排料时溢流堰的上沿和排料闸门的下沿都从h0处分离产品，但实际上很难做到这一点。一般情况是，床层上升时重产物密度线h1以上的物料被上升水流带过溢流堰，混入到轻产物中（见图1（a）），床层下降时轻产物密度线h2以下的物料又被下降水流带入到排料口，混入到重产物中（见图1（b））。
图1 跳汰产品排料过程
1 溢流堰 2 闸门 3 排料道
跳汰机在排料过程中，重产物的高度h0是我们必须确定的参数，它反映了重产物的厚度，即产品的分离高度。在排料过程中，高度h0还应该保持相对的稳定，不能出现变动，即保证前期的分层状态不变，床层不能出现紊乱。由于跳汰过程是一个连续的工作过程，其排料也应当是连续进行的，而且物料在水平方向的移动是靠水流的移动来完成的，因此跳汰机的排料方向最好与水平移动方向一致，排放速度也应该相等。在跳汰机的排料过程中，还应防止排空、塌陷和阻滞现象的发生，这样才能保证高度h0的连续稳定，保证跳汰选煤的洗选效果。
因此，跳汰机的自动排料装置应该具有以下功能：
（1）灵敏准确地检测出床层重产物高度；
（2）控制和保护好前期的分层状态；
（3）保证排料过程的连续进行。
为完成以上功能，跳汰机的自动排料装置应由检测和控制两部分组成。检测部分的任务是检测重产物状况，现在广泛使用的是浮标检测。控制部分装置的具体要求是：排放速度要与床层的运动速度相适应，排料时不产生瞬时局部塌陷和瞬时排空现象，避免破坏床层的稳定，保证排料过程的连续进行，而且一定要做到排出的重产物是从床层的最低层连续地排取的，以保证排料达到尽可能有的纯净。
3 改进的浮标闸门结构
浮标闸门自动排料控制系统，在跳汰机上得到了很好的应用，具有很好的洗选效果。当物料运行到排料口时，物料在脉动水流的作用下已经分层清楚，形成一条重产物和轻产物的分界线，分界线的上方为轻产物物料，分界线的下方为重产物物料，理想的排料就是按分界线把两者分开。但此种浮标闸门排料系统由于浮标结构的限定，分层好的物料在水平水流的作用下，运动到排料口附近。由于溢流堰的阻挡作用，物料与溢流堰垂直碰撞（见图2）。这种碰撞由于受交变水流的作用，碰撞后，物料运动的方向被改变，运动轨迹发生变化，原来的分层被破坏，床层出现紊乱，分选密度分界线产生脉动交叉，重产物和轻产物相互污染，轻产物混入到重产物床层中去，增大了重产物的带煤损失率，使得洗选效率降低。
图2 物料在排料口的运动规律
为此，我们将浮标结构加以改进，浮标不但能检测重床层的厚度，而且能够使前期分层清楚的物料彻底分开，阻止密度低的物料混入到重床层中去，物料在与溢流堰碰撞后，虽然运动方向改变，但重产物和轻产物不会相互污染，改进的浮标结构如图3所示。
图3 改进的浮标闸门自动排料
浮标的体积增大，横截面制作成直角三角形，斜面面对物料的水平移动方向。当物料运动到靠近浮标的A点时，物料被浮标按分界线s分割成两部分，形成一条真实的分界区，密度大的重床层在浮标的底部，密度小的轻产物在浮标的上部，这样，以后不论物料的运动怎样，轻产物都在浮标的上部运动，最后越过溢流堰进入第"段或作为精煤排出跳汰机，而重产物都在浮标的下部运动，在水流的作用下排出跳汰机，两者之间由浮标隔离开，不会再相互混合污染，跳汰床层保持了原来的分层。
浮标闸门比重的调节是由重砣来控制的，重砣在浮标横杆上的移动，可以改变浮标的比重，从而调整分选密度。分选密度直接决定了排料口的高度，即产品的分割线，因而浮标比重的调节对洗煤效果的影响很大，为了提高比重调节精度，根据精煤灰分与浮标比重的关系，在浮标的横杆上，设计了表示两者关系的刻度尺，将浮标杠杆设计成一个比重调节的“秤”。
4 结语
跳汰机的排料是跳汰机按比重分选的最后实现，直接决定了洗选产品的质量和洗选效率，排料控制是跳汰机控制的一个重要环节。分析了跳汰机排料过程的特点，研究了浮标闸门排料控制系统，为了改善浮标闸门排料口对床层的影响，设计了一改进系统，并能对浮标比重进行调节。
参考文献：
［1］王振生-选煤厂生产技术管理各论［M］-徐州：中国矿业大学出版社 1994
［2］艾英锋-浮标闸门自动排料系统在小型跳汰机上的应用［J］煤炭加工与综合利用 1998
［3］刘焕胜-空气脉动跳汰机的产品分离与排料装置［J］矿山机械，2000
［4］王振生-关于跳汰选煤理论与实践的一些问题［J］煤质技术，2000
［5］周翠红，贾长龄-跳汰机动态分离排料装置的研究［J］选煤技术，2001，（3）：4-6
作者简介：林明星（1966-），山东济南人，副教授，毕业于中国矿业大学机电学院，现在山东科技大学动力与控制工程学院从事教学和科研工作，研究方向为：矿山机械、机电一体化、智能检测与控制技术等。(end)
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(7/30/2005) |
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