水泥工业与机械电子学

电子学大约60年代起陆续进入电力工程、测量和控制技术领域的设备制造业中。最先使用机械电子学的是汽车工业，随后就是消费资料工业。现在还不可能谈论机械电子学在设备制造上的完美应用，但在某些方面已得到清楚确认，那就是水泥设备的制造。
1　机械电子学在水泥工业中的应用
　　首先人们会认为，在这种粗大的水泥厂环境下不会有机械电子的位置，然而这种结论是错误的。如表1所示，当直接传动被列入广泛的机械电子领域时，采用转换器的直接传动技术和机械电子学的应用正好起到了相互支持的技术革新作用。为便于理解，本文将以水泥工业常用的几种直接传动和其它标准机电装置加以介绍。
1.1　管磨的直接传动（环形电机）
　　环形电机在水泥工业成功使用已有30多年，并且是一种理想的管磨驱动装置。表2显示全世界已有89台这种磨机。环形电机驱动的典型机电特征是：
　　·不采用大齿轮和减速器的直接驱动；
　　·将设备停机时间降至最低；
　　·马达和电子装置有诊断系统。
　　1990年安装在比利时一水泥厂?准5.8m×17m水泥磨上的8.7MW，转速13.4r/min的环形电机是水泥工业迄今最大的磨机。
1.2　回转窑驱动
　　水泥工厂回转窑的驱动模式100多年以来一直具有由大、小齿轮带动不同类型电机的特征。由托轮和无大齿轮传动的回转窑只有两个轮带，这种传动方式自1995年起逐渐成为重要特征。回转窑的旋转力矩只靠托轮和轮带之间的摩擦来传递。表3列出的11台回转窑直接传动装置，其中8台由液压电机驱动，3台由装有频率控制器的交流马达驱动。图1是安装在墨西哥的回转窑直接驱动装置。在托轮的每一个轴端各安装着一台减速机和一台电动机。然而直接传动的概念只限于两档支承回转窑，因为这是代表静定结构的唯一回转窑。
　　从两种直接传动方式的比较中可以看到它们的优、缺点，然而一个重要的方面是对特定传动方式整体效率的评价。电动装置的效率优势是液压驱动的10%，这种驱动方式的机电特征是：
　　·频率控制的鼠笼型电机；
　　·恒定力矩监测系统；
　　·托轮滑动监测系统；
　　·中央系统操作和数据采集在控制室进行；
　　·可选择“现场”应急操作。
　　尽管回转窑的产量达到日产１万吨或更高，但由于是两档支承因此很容易设计。即使在这样的功率范围内也可以按传统或选择方式配备液压或电动的摩擦驱动方式。
1.3　升降机
　　现代钢绳升降机一般由低维修量的同步电机驱动。安装在前面的频率转换器可确保每一步都能达到预期的移动要求。已经对400m以下的提升高度进行了试验，因此可以安全地安装在120m高的预热器塔架上。表4是沙特阿拉伯3 500t/d水泥厂的一些主要数据，该厂2003年底，其预热器塔安装了一台先进的升降机。
1.4　巨型电动轮自卸卡车
　　目前世界上最大的自卸卡车自重222t，另加有效负载360t。由于这个“巨型”机械由电动轮马达驱动，因此机械电子传动是该装载机的特征（见图2）。尽管电动轮汽车的成功是由多项技术的结合而获得，但其功能方式还是很容易描述的。一台大功率的20缸柴油发动机（2 574千瓦）驱动直接连接的同步发电机，发电机电流通过一个可控反相器进入两个后轮电动机，这两个轮式电动机是两个装有鼠笼形转子的三相交流异步电动机，每台电动机各通过一台两级行星齿轮减速装置驱动一个轮子。
　　该载重车的操作与带有自动变速箱的运货卡车相同，只有一个控制两个反相器的加速器踏板和一个刹车踏板。巨大的制动能在没有任何磨损的情况下通过一个刹车断路器在制动变阻器内转换成热能。除了停车制动外，这里没有集中维护机械制动。发电机、轮式发动机和制动变阻器均为空气冷却。
1.5　包装机
　　水泥产量在10 000t/d以上的新水泥生产线其水泥发运设施也应与之相匹配，包括运送散装水泥的散装罐车以及袋装水泥的包装机。新一代ROTO-Packers?誖包装机满足了这一要求。采用高自动化（机械电子）水平的精准灌装技术其灌袋能力已达到5 000袋/时。
　　灌装后的袋子被转送到卸袋线，在校验秤上重新核重之前先通过一个净化装置。重量不准确的水泥袋将在后面的流程中从系统中清除，然后才能进入码包机。ROTO-Packer?誖的技术参数见表6。图3是德国一家水泥厂的12嘴ROTO-Packer?誖包装机。

1.6　码包机
　　袋装水泥全自动发运是达到高装车能力的唯一办法，自动码包机为发运系统的畅通形成了一个重要的中间链条。随着25公斤袋在德国水泥工业的推出，25公斤和50公斤袋的码包设备成为必需的机械。现在已可以编程出不同的堆垛形状和不同的托盘尺寸。水泥工厂使用的现代化自动码包机有以下几个机械特征：
　　·先进的驱动和控制技术（机电特征）;
　　·垛层清晰没有动压力;
　　·可选择袋间间隙;
　　·可为灌装中的袋子摞包;
　　·堆垛形式广泛（50公斤以下不同重量）;
　　·系统设计采用模块技术。
　　图4是一水泥厂使用的Beumer 5 000袋Paletpac?誖码包机。表6是自动码包机具备的机电参数。
1.7　圆型堆场设备
　　由于圆形堆场具有众多优点，现在许多厂家都接受了在长形堆场旁边设置圆形堆场，以便同时存放和均化大量的松散物料。表7是采用均化堆场的重要特征。每座堆场都配备了堆料用的皮带堆料机和取料用的桥式刮板取料机。
　　由于两套装置交替独立作业，因此开关柜、配电室、控制系统和软件程序都可以做成模块结构。如果需要（可选择）均化堆场的特征参数可由软件自动计算、调整和显示。表8是常见的参数。图5是阿根廷一水泥厂储量为8万t水泥原料的带顶篷的圆形均化堆场及直径?准92m的环形轨道。
1.8　实验室自动化
　　 自动化实验室的成功应用已有30多年。Poly-sius实验室装置就是一例，POLAB?誖是水泥工业实验室自动化设备。其特征是模块技术。POLAB?誖-AMT和AOT型可归类为机械电子产品，其每一方面都体现出机械电子特征（见表9）。POLAB?誖-AOT型专为现场操作设计，其特点是坚固耐用、便于维修和使用效率高。这台紧凑的装置在较短间隔内对生料、热物料或水泥成品进行自动取样、样品处理和分析。
1.9　称重喂料机
　　表10列出的是水泥生产过程中使用的计量装置。现代化水泥厂的简陋环境下非常适合使用具有机械电子学特征的高可靠性计量装置。计量装置的生产厂家在产品开发中按照VDI标准向水泥生产厂家提供先进的产品。目前计量装置已有以下改进：
　　·操作可靠性高，即使在环境温度达到50℃以下的国家使用。
　　·驱动系统紧凑，即变频控制鼠笼式电动机与转换器为整体结构，适于现场操作。
　　·现场母线技术适应系列数据与中央控制级交换；
　　·诊断装置在现场设有选择连接（便于维修）；
　　·备件使用量降至最低（完全独立的部件）；
　　·由于属预接线设备，简化了现场组装。
　　当前，机械电子学在德国的大学和技术学校所占的位置不断上升，德国已有12所大学和相同数量的技术学校开设了机电课程。机械电子学教学极受欢迎，尤其在工业领域（双重教育体系），培训人员年增长率达到6%，预计未来将成为抢手的专业。
摘自《中国水泥》2005年 02月号