張勉 張建 鄭洪業(yè)

摘 要：本文介紹了球磨機(jī)自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)的特點(diǎn)及對(duì)比分析了自動(dòng)對(duì)位對(duì)現(xiàn)有手動(dòng)對(duì)位的優(yōu)缺點(diǎn)。自動(dòng)對(duì)位系統(tǒng)通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前球磨機(jī)狀態(tài)及料口位置，通過(guò)程序控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)位。相比傳統(tǒng)的手動(dòng)對(duì)位成本低、自動(dòng)化程度高、操作人性化、安全性高，性能更優(yōu)。

關(guān)健詞：球磨機(jī)；自動(dòng)對(duì)位；旋轉(zhuǎn)編碼器；自動(dòng)化操作

1 前言

隨著陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，陶瓷已廣泛應(yīng)用在人們生活的各個(gè)領(lǐng)域（建材、日用、衛(wèi)浴等等）。中國(guó)陶瓷業(yè)經(jīng)歷了從傳統(tǒng)到現(xiàn)代工業(yè)化的轉(zhuǎn)變；現(xiàn)在正向資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變，向新型的、現(xiàn)代的、先進(jìn)的、新興的、有特色的、有優(yōu)勢(shì)的的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變[1]。隨著中國(guó)制造2025的推進(jìn)，陶瓷產(chǎn)業(yè)正向著自動(dòng)化、無(wú)人化、智能化的方向邁進(jìn)。

以建材陶瓷行業(yè)為例，成型車間、深加工車間、包裝車間均已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，工人的工作就是維護(hù)巡邏，而原料車間依然保留著原始的面貌。隨著電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的年輕人傾向于在辦公室通過(guò)終端控制生產(chǎn)流程；現(xiàn)在陶瓷廠原料車間的工作環(huán)境比較惡劣，工人的平均年齡都很高，年輕人不愿在這種環(huán)境下工作，這就意味著原料車間如果不實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，將出現(xiàn)無(wú)人可用的情況。面對(duì)已經(jīng)來(lái)臨的用工荒和日益高漲的用工成本，推出自動(dòng)化設(shè)備是解決陶瓷企業(yè)用人成本壓力的必經(jīng)之路。[2]

2 技術(shù)背景

球磨機(jī)是目前工業(yè)上廣泛使用的粉末機(jī)械。根據(jù)生產(chǎn)的規(guī)模和條件等的不同，有種種不同形式的球磨機(jī)。不過(guò)，就陶瓷工業(yè)來(lái)說(shuō)，由于生產(chǎn)工藝要求以及從結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維修方便、使用上機(jī)動(dòng)靈活等方面考慮，通常采用間歇式球磨機(jī)[3]。以下簡(jiǎn)稱球磨機(jī)。

球磨機(jī)在加料和放漿時(shí)需將球磨機(jī)料口轉(zhuǎn)向上，對(duì)準(zhǔn)平臺(tái)加料口。考慮到在筒體上開孔對(duì)球磨機(jī)筒體整體強(qiáng)度的影響，加料口直徑只能做成55 cm。為保證大的泥團(tuán)（通常有30 ～ 40 cm）能從下料口進(jìn)入，同時(shí)要求加料速度快，加料料斗口要夠大，為此，加料斗口徑一般設(shè)計(jì)成45 cm。需要加料或放漿時(shí)，需將球磨機(jī)的放漿口或加料口正對(duì)操作平臺(tái)的加料口，對(duì)位偏差只允許5 cm內(nèi)，以便加料斗能插入球磨機(jī)筒體內(nèi)進(jìn)行加料。

目前的球磨機(jī)是采用如下方式進(jìn)行對(duì)位的：如圖1、圖2所示，筒體01內(nèi)裝有研磨介質(zhì)（球石），泥石料加入到筒體01內(nèi)，軸頭支撐在軸承座02上，筒體01在變頻主電機(jī)03、減速機(jī)04、皮帶輪05和皮帶06的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)研磨體對(duì)物料的研磨。當(dāng)物料磨到一定的時(shí)間時(shí)，需將加料口07轉(zhuǎn)到正上方，以便取樣檢驗(yàn)。此時(shí)需按停機(jī)按鈕，待筒體01停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，人工拉動(dòng)拔叉08將牙嵌式離合器09接合。按點(diǎn)動(dòng)按鈕，松開剎車10，同時(shí)輔助電機(jī)20運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)輔機(jī)減速機(jī)30、減速機(jī)04、皮帶輪05和皮帶06，使筒體01慢速轉(zhuǎn)動(dòng)。由于定位要求較高，一般需有操作經(jīng)驗(yàn)的人站在加料口平臺(tái)處專門指揮。當(dāng)筒體01轉(zhuǎn)到超過(guò)正上方加料口一定位置時(shí)，指揮人員發(fā)出停機(jī)指令，操作人員按停機(jī)按鈕，輔助電機(jī)20失電，同進(jìn)剎車10剎住皮帶05等機(jī)構(gòu)，筒體01停止轉(zhuǎn)動(dòng)，具體停機(jī)位置受操作者與指揮者間的配合度的影響。然后操作者按反轉(zhuǎn)按鈕，筒體01往反向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)加料口07轉(zhuǎn)到正上方，對(duì)準(zhǔn)平臺(tái)加料口時(shí)，指揮人員發(fā)出停機(jī)指令，操作人員按下“停止”按鈕，筒體01停住。同理，放漿操作類似。

此種操作方式存在如下不足和缺陷：

（1）通常需要有操作經(jīng)驗(yàn)的人員進(jìn)行指揮，或者操作者上下、來(lái)回跑，檢查對(duì)位情況，費(fèi)工且人很累、效率不高。

（2）采用了“牙嵌式離合器”，在接合時(shí)，需開動(dòng)輔助電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一下，再扳動(dòng)離合器操縱桿讓“牙齒”相互滑入，稍有不慎就會(huì)“打齒”，損傷離合器，對(duì)操作技能要求很高。有時(shí)因?yàn)樵O(shè)備使用太久，機(jī)架會(huì)有些變形，離合器就更難“接合”。

（3）“牙嵌式離合器”對(duì)位后需“分開”時(shí)，需反向扳動(dòng)離合器操縱桿讓“牙齒”滑出，由于放漿后內(nèi)部球石面呈傾斜狀，有較大偏心力作用，使“牙嵌式離合器”的齒面緊密壓合，操作者只能憑感覺(jué)來(lái)回“點(diǎn)動(dòng)”輔機(jī)電機(jī)來(lái)消除、減少附加在“牙嵌式離合器”上的作用力，往往要持續(xù)好久才能退出，工作效率低。且若遇到性情急燥的人，在“離合器”久分不開的情況下，往往會(huì)強(qiáng)行扳動(dòng)“離合器”操縱桿，往往扳彎、損壞離合器操縱桿，影響生產(chǎn)。

（4）由于操作靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成，對(duì)位時(shí)無(wú)法控制球石面的傾斜度，從而導(dǎo)致球石偏心力矩或大或小。當(dāng)球石偏心矩較大時(shí)，作用在剎車上的力將隨著泥漿液面的降低（放漿）越來(lái)越大，筒體轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)越來(lái)越強(qiáng)烈。此時(shí)若人站在筒體上進(jìn)行相關(guān)操作（如擰螺栓、檢查球石量等），存在安全隱患。

3 球磨機(jī)自動(dòng)對(duì)位裝置

3.1 球磨機(jī)自動(dòng)對(duì)位裝置工藝流程

針對(duì)手動(dòng)對(duì)位的種種不足之處，提出了一種新型的球磨對(duì)位裝置，通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器自動(dòng)檢測(cè)筒體的旋轉(zhuǎn)角度，變頻電機(jī)、減速機(jī)及剎車機(jī)構(gòu)根據(jù)檢測(cè)到的角度，做出相應(yīng)的動(dòng)作，自動(dòng)化操作，定位準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單，效率高，并簡(jiǎn)化了球磨裝置的結(jié)構(gòu)，節(jié)約成本，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度并消除了安全隱患。

球磨機(jī)自動(dòng)對(duì)位裝置對(duì)位方式如下：如圖3、4、5所示，需要入料或?qū)ν搀w1內(nèi)部物料進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)時(shí)，筒體1在變頻電機(jī)及減速機(jī)的控制下，筒體1由工作轉(zhuǎn)速自動(dòng)降低到以低速對(duì)位轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，位于筒體1主軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器3自動(dòng)檢測(cè)筒體1旋轉(zhuǎn)的角度，當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器捕捉到放漿口12過(guò)了平臺(tái)加料口200位置時(shí)，再轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)預(yù)設(shè)的角度α（一般為人為預(yù)設(shè)，用于消除筒體1轉(zhuǎn)動(dòng)的滯后角度，保證筒體放漿口12位于所述平臺(tái)加料口200的正下方）后，變頻電機(jī)啟動(dòng)剎車功能，筒體1在變頻主電機(jī)的制動(dòng)力和筒體偏心力的作用下緩慢往回轉(zhuǎn)動(dòng)， 當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器3檢測(cè)到筒體加料口11位于平臺(tái)加料口200正下方時(shí)，空壓碟剎制動(dòng)器81剎住剎車盤82，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，減小偏心距，從而剎車更穩(wěn)定、安全，自動(dòng)化生產(chǎn)，消除人工操作的安全隱患。

同樣的，當(dāng)檢測(cè)合格后需放漿液入漿池時(shí)，換上放漿閥，筒體在變頻主電機(jī)及減速機(jī)7的控制下，筒體以對(duì)位轉(zhuǎn)速緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，位于筒體1主軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器3檢測(cè)筒體旋轉(zhuǎn)的角度，當(dāng)其捕捉到加料口11過(guò)了平臺(tái)加料口200位置時(shí)，再轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)預(yù)設(shè)的角度β（一般為人為預(yù)設(shè)，用于消除筒體轉(zhuǎn)動(dòng)的滯后角度及加料口11與平臺(tái)加料口200之間的角度差，保證加料口11正對(duì)漿池）后，變頻主電機(jī)啟動(dòng)剎車功能，筒體1在在變頻主電機(jī)的制動(dòng)力和筒體偏心力的作用下緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器3檢測(cè)到筒體放漿口12正對(duì)漿池時(shí)，空壓碟剎制動(dòng)器81剎住剎車盤82，使放漿口12正對(duì)漿池，打開放漿閥，開始放漿。

3.2 旋轉(zhuǎn)編碼器組件

旋轉(zhuǎn)編碼器組件（見圖6）是將筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到旋轉(zhuǎn)編碼器的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包含連接塊1、防護(hù)罩2、旋轉(zhuǎn)編碼器3、萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)4和安裝架5。

4 推廣應(yīng)用

目前第一批安裝自動(dòng)對(duì)位裝置的16臺(tái)60 T球磨機(jī)已在西樵蒙娜麗莎投產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)位精度能保證15 mm以內(nèi)，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，客戶也比較滿意，后續(xù)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化。

蒙娜麗莎車間還有同行興某司的60 T自動(dòng)對(duì)位球磨機(jī)，其采用光電開關(guān)確定筒體位置，在封頭處安裝兩個(gè)光電開關(guān)，分別對(duì)應(yīng)入料口和出料口；據(jù)客戶反映，球磨機(jī)對(duì)位精度尚在接受范圍，但是經(jīng)常要多轉(zhuǎn)一圈才能定位；觀察其對(duì)位過(guò)程，準(zhǔn)備自動(dòng)對(duì)位時(shí)，剎車裝置提前一圈開始電動(dòng)剎車減速，當(dāng)感應(yīng)到對(duì)應(yīng)的光電開關(guān)時(shí)（對(duì)應(yīng)入料口或者出料口）剎車啟動(dòng)，筒體停止，此時(shí)筒體內(nèi)球石處于偏心狀態(tài)，并未發(fā)現(xiàn)球磨機(jī)有消除球石偏心的動(dòng)作；隨著漿液的排出，筒體很大幾率出現(xiàn)打滑，存在安全隱患；而且在整個(gè)放漿加料周期內(nèi)，皮帶、減速機(jī)、聯(lián)軸器、剎車裝置承受很大的載荷，降低使用壽命。因其產(chǎn)品問(wèn)題，使用一周后電機(jī)處聯(lián)軸節(jié)與傳動(dòng)軸處聯(lián)軸器柱銷全部斷裂，減速機(jī)因底板安裝面不平整有很大的異響?，F(xiàn)由我司接手維修工作。

5 結(jié)語(yǔ)

信息化高速發(fā)展的今天，中國(guó)制造2025的推進(jìn)，各行各業(yè)對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)的需求越來(lái)越強(qiáng)烈；各種傳感器的飛速發(fā)展給自動(dòng)化生產(chǎn)注入動(dòng)力。蒙娜麗莎項(xiàng)目的成功象征著陶瓷原料車間向自動(dòng)化生產(chǎn)邁進(jìn)了一步。相比傳統(tǒng)的手動(dòng)對(duì)位，自動(dòng)對(duì)位更安全，更精準(zhǔn)；旋轉(zhuǎn)編碼器相比光電開關(guān)，更先進(jìn)、更智能、自動(dòng)化程度更高。

參考文獻(xiàn)

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[2] 張柏清， 陳華龍. 中國(guó)陶瓷機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀和展望[J]. 中國(guó)陶瓷工業(yè)， 2014， 21（1）：40-42.

[3] 張柏清， 林云萬(wàn). 陶瓷工業(yè)機(jī)械與設(shè)備[M]. 中國(guó)輕工業(yè)出版社， 1999.

[4] 歐姆龍E6B2說(shuō)明書.