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山西工程技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
畢業(yè)生姓名
：
于皓
專業(yè)
：
機(jī)械電子工程
學(xué)號(hào)
：
180533015
指導(dǎo)教師
：
劉愛萍
所屬系（部）
：
機(jī)械電子工程系
二〇二〇年五月
興安選煤廠PLC選煤控制系統(tǒng)和組態(tài)
摘 要
為提高煤炭的利用效率和減少對(duì)環(huán)境的污染，我國(guó)正在推行“潔凈煤技術(shù)計(jì)劃”。選煤是潔凈煤技術(shù)的基礎(chǔ)，它從根本上改善煤炭產(chǎn)品的質(zhì)量，提高煤炭的利用效率和減輕對(duì)大氣及環(huán)境的污染，同時(shí)還可以明顯地提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，加快選煤工業(yè)的發(fā)展是當(dāng)前煤炭工業(yè)的重要任務(wù)之一。為了提高洗煤廠工作效率，采用可編程序控制器為主，以各設(shè)備的電動(dòng)機(jī)為主要控制對(duì)象，按照選煤工藝流程的順序進(jìn)行控制。通過本次論文的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了集中控制的思想，使整個(gè)選煤控制系統(tǒng)更加智能化、模塊化、集控化，同時(shí)也增加了選煤控制系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。
本課題所研究的選煤廠是一個(gè)年生產(chǎn)能力約為100萬噸的礦井型動(dòng)力煤選煤廠，全廠各個(gè)控制系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，沒有一個(gè)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，給生產(chǎn)指揮和監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)帶來相當(dāng)大的困難。本設(shè)計(jì)通過設(shè)備之間的邏輯關(guān)系，使用可編程控制器（PLC），使每臺(tái)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)作為控制對(duì)象，按照選煤的工藝順序流程進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)選煤廠的自動(dòng)化控制。
關(guān)鍵詞：選煤；可編程控制器；自動(dòng)化控制
iii
PLC Coal Preparation Control System and Configuration in Xing'an Coal Preparation Plant
Abstract
To improve the efficiency of coal use and reduce environmental pollution, China is pursuing "clean coal technology program. " Coal is the basis for clean coal technology, which fundamentally improve the quality of coal products, improve efficiency and reduce coal use and pollution of the atmosphere, but also can significantly increase the economic benefits of coal mining enterprises. Therefore, accelerating the development of coal preparation industry is currently one of the important task of the coal industry.. The design is in line with the logic interlock devices, unified system of control ideas, with the now commonly used in industrial field programmable logic controller. Through this paper the design, strengthening the idea of centralized control, so that the whole coal preparation control system more intelligent, modular, centralized control of, but also increase the safety of coal preparation control system, economy and stability.
This topic research by the coal preparation plant is an annual production capacity of about 2 million tons of type steam coal mine coal preparation plant, relatively independent, the various control system without a production scheduling system, to the production command and monitor equipment running state leads to considerable difficulties. The logical relationship between the design through the equipment, the use of programmable controller (PLC), make each device of motor as control object, the process control in coal preparation process order, so as to realize the automation control of the coal preparation plant.
Key word：Coal preparation; Programmable controller; Automatic control
iv
目 錄
摘 要 i
Abstract ii
1 緒 論 1
1.1 本課題的來源和背景 1
1.2 設(shè)計(jì)的目的和意義 2
1.3 設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和依據(jù) 2
1.3.1 主要任務(wù) 2
1.3.2 主要依據(jù) 2
2 選煤控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 3
2.1 選煤廠控制系統(tǒng)的工藝流程 3
2.2 選煤系統(tǒng)中各個(gè)部分的介紹 4
2.2.1 原煤倉 4
2.2.2 閥門控制器 4
2.2.3 振動(dòng)給煤機(jī) 5
2.2.4 運(yùn)輸皮帶 6
2.2.5 分級(jí)篩 6
2.2.6 重介質(zhì)選煤 8
2.2.7 離心脫水 14
2.2.8 磁選機(jī) 17
2.2.9 浮選設(shè)備 20
2.2.10 壓濾脫水 22
3 控制方案的設(shè)計(jì)、對(duì)比和確定 24
3.1 過程控制性設(shè)計(jì)的主要技術(shù)內(nèi)容 24
3.1.1 過程控制的概念： 24
3.1.2 過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的步驟 25
3.1.3 過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 26
3.2 選煤控制系統(tǒng)工藝流程圖 27
3.3 選煤方案對(duì)比及方案確定 28
3.3.1 重介質(zhì)選煤技術(shù) 28
3.3.2 跳汰選煤技術(shù) 28
3.3.3 選煤方案確定 28
4 選煤控制系統(tǒng)電路圖及其控制的過程 29
4.1 系統(tǒng)主電路的主要設(shè)備清單 29
4.2 系統(tǒng)主電路部分的電路圖 31
5 基于PLC的控制硬件電路設(shè)計(jì) 32
5.1 PLC的特點(diǎn) 32
5.1.1 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 32
5.1.2 通用性強(qiáng)，使用方便 32
5.1.3 采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便 33
5.1.4 編程語言簡(jiǎn)單、易學(xué)，便于掌握 33
5.1.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短 33
5.1.6 對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng) 33
5.1.7 安裝簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小 33
5.2 PLC的基本組成 34
5.3 PLC的控制原理 35
5.4 PLC在選煤廠的干擾分析 35
5.4.1 干擾源分析 35
5.4.2 預(yù)防干擾的方法 36
5.5 選煤控制PLC被控設(shè)備圖 36
5.6 PLC選型 37
5.7 PLC控制程序設(shè)計(jì)的基本思路 38
6 基于PLC的軟件程序設(shè)計(jì)及仿真 39
6.1 PLC編程器、編程軟件的介紹 39
6.1.1 專用便攜式簡(jiǎn)易編程器 39
6.1.2 計(jì)算機(jī)編程軟件 39
6.1.3 三菱電機(jī)的編程軟件和模擬軟件 39
6.2 GX Developer簡(jiǎn)介 40
6.2.1 軟件的共通化 40
6.2.2 操作性強(qiáng) 40
6.2.3 程序的標(biāo)準(zhǔn)化 40
6.2.4 能夠簡(jiǎn)單設(shè)定和其他站點(diǎn)的連接 41
6.2.5 能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接 41
6.2.6 豐富的調(diào)試功能 41
6.2.7 編程軟件與專用軟件的區(qū)別 42
6.3 PLC程序設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn) 42
7 人機(jī)畫面設(shè)計(jì) 44
7.1 使用亞控組態(tài)王實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)仿真的基本方法 44
7.2 創(chuàng)建工程的步驟 44
7.3 選煤控制組態(tài)的建立 44
7.4 選煤控制組態(tài)畫面 46
結(jié) 論 48
參考文獻(xiàn) 49
附錄一 梯形圖 51
外文資料 59
中文譯文 66
致 謝 71
山西工程技術(shù)學(xué)院——畢業(yè)設(shè)計(jì)
說明書
1 緒 論
本章首先闡述畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的來源背景，設(shè)計(jì)的目的及意義，設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和依據(jù)。
1.1 本課題的來源和背景
能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。煤炭是我國(guó)的主要能源，其生產(chǎn)量和消費(fèi)量一直占能源的70%左右。我國(guó)煤炭資源豐富，品種齊全，但我國(guó)的石油、天然氣資源相對(duì)不足，其存量只可開采幾十年；水力資源雖然豐富，但集中在西南地區(qū)，而且開發(fā)利用需要的投資很大；核能、太陽能、風(fēng)能、生物能的開發(fā)利用剛剛起步。所以未來幾十年內(nèi)，煤炭仍是我國(guó)最可靠的能源，煤炭的基礎(chǔ)地位不會(huì)改變。我國(guó)又正在推行“潔凈煤技術(shù)計(jì)劃”，選煤又是潔凈煤技術(shù)的基礎(chǔ)，也是煤炭深加工（制水煤漿、焦化、氣化、液化）和潔凈、高效利用的前提。選煤可以除去原煤中的大部分礦物雜質(zhì)，提高煤炭質(zhì)量，并把它分成不同等級(jí)，為用戶合理利用創(chuàng)造條件。選煤也能從根本上改善煤炭產(chǎn)品的質(zhì)量，提高煤炭的利用效率和減輕對(duì)大氣及環(huán)境的污染，同時(shí)還可以明顯地提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。選煤設(shè)計(jì)發(fā)展的特點(diǎn)是選煤廠廠型日趨大型化, 在重介質(zhì)選煤快速發(fā)展的情況下, 多種工藝并存及組裝式選煤廠是未來發(fā)展趨勢(shì), 選煤廠要逐漸采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。在電氣控制方面，隨著大規(guī)模集成電路和微處理器的發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了可編程序控制器（簡(jiǎn)稱PLC），它把計(jì)算機(jī)的功能完備、通用性和靈活性好等優(yōu)點(diǎn)，與繼電接觸式控制系統(tǒng)的操作方便、簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，更適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境的通用控制，現(xiàn)在又增加了算術(shù)運(yùn)算、過程控制、數(shù)據(jù)通信等功能，已可以完成大型而復(fù)雜的控制任務(wù)。在全球PLC制造商中，西門子公司、AB公司、施耐德公司、三菱公司、歐姆龍公司的銷售額約占全球總銷售額的三分之二。國(guó)內(nèi)PLC形成產(chǎn)品化的生產(chǎn)企業(yè)市場(chǎng)占有率不超過10%,但在價(jià)格上占有明顯的優(yōu)勢(shì)。
我國(guó)是煤炭生產(chǎn)和利用大國(guó)之一，據(jù)中國(guó)工程院研究預(yù)測(cè)，到2050年，中國(guó)一次能源要求達(dá)到34.4億噸煤炭，在一次能源中消費(fèi)的比例仍居主導(dǎo)地位。從資源上，中國(guó)煤炭資源相對(duì)豐富，大大高于石油和天然氣儲(chǔ)量總和，作為發(fā)電和供電燃料使用，燃用天然氣、油的成本一般為煤炭的2.4倍，因此煤炭是我國(guó)最可靠最廉價(jià)的能源。為了提高選煤廠的自動(dòng)化程度，改善原煤控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，節(jié)約煤炭資源，設(shè)計(jì)自動(dòng)化選煤控制系統(tǒng)是非常有必要的。
1.2 設(shè)計(jì)的目的和意義
選煤廠選煤設(shè)計(jì)工作是運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)行多學(xué)科、全方位、創(chuàng)造性的勞動(dòng)。只有依靠科技進(jìn)步,全面轉(zhuǎn)換經(jīng)營(yíng)機(jī)制才能促使設(shè)計(jì)工作不斷向前發(fā)展,設(shè)計(jì)質(zhì)量才能不斷提高和完善。通過對(duì)選煤控制系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)可以提高日選煤能力，提高綜合節(jié)能效率，減輕對(duì)環(huán)境的污染，大大地提高了煤礦的自動(dòng)化、信息化水平，達(dá)到了減員增效、降低消耗、提高企業(yè)生產(chǎn)效益的目的。
通過本次設(shè)計(jì)，可更好的熟悉有關(guān)可編程控制器的功能和應(yīng)用，以及畫電氣控制原理圖和電機(jī)主回路圖的有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定；熟悉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和方法；樹立科學(xué)技術(shù)與工程經(jīng)濟(jì)相統(tǒng)一的辨證觀點(diǎn)；培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)的理論知識(shí)分析解決工程實(shí)際問題的能力；了解電氣自動(dòng)化的特點(diǎn)；掌握電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的方法和步驟，并在進(jìn)行工程計(jì)算、工程制圖、文字處理等方面得到初步訓(xùn)練。為以后從事高層電氣自動(dòng)化系統(tǒng)改造、運(yùn)行及管理工作打下必要的基礎(chǔ)。
1.3 設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和依據(jù)
1.3.1 主要任務(wù)
本課題所研究的選煤廠是一個(gè)年生產(chǎn)能力約為100萬噸的礦井型動(dòng)力煤選煤廠，全廠各個(gè)控制系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，沒有一個(gè)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，給生產(chǎn)指揮和監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)帶來相當(dāng)大的困難。本設(shè)計(jì)通過設(shè)備之間的邏輯關(guān)系，使用可編程控制器（PLC），使每臺(tái)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)作為控制對(duì)象，按照選煤的工藝順序流程進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)選煤廠的自動(dòng)化控制，保證控制系統(tǒng)的安全、可靠，使用與維修方便。
1.3.2 主要依據(jù)
通過對(duì)某些選煤廠選煤工藝的了解，還有通過一些途徑查找到的一些選煤廠的相關(guān)資料，指導(dǎo)老師給出的控制思路，在圖書館的查閱相關(guān)的參考資料和上網(wǎng)搜集的相關(guān)資料及所學(xué)的相關(guān)專業(yè)知識(shí)等等。
2 選煤控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
2.1 選煤廠控制系統(tǒng)的工藝流程
根據(jù)對(duì)選煤廠選煤技術(shù)的了解和詢問，知道了設(shè)計(jì)的任務(wù)和重點(diǎn)。選煤廠控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是把不同原煤倉中的原煤按照一定的配比混合后再經(jīng)過一系列的選煤設(shè)備分選出不同的產(chǎn)物。我根據(jù)某些選煤廠的系統(tǒng)工藝流程，到圖書館和網(wǎng)上查閱相關(guān)的資料，并向指導(dǎo)老師請(qǐng)教選煤廠相關(guān)的工藝流程知識(shí)，知道了選煤系統(tǒng)的相關(guān)工藝流程。圖1即為選煤控制系統(tǒng)工藝流程方框圖。
圖1 選煤控制系統(tǒng)工藝流程方框圖
2.2 選煤系統(tǒng)中各個(gè)部分的介紹
2.2.1 原煤倉
原煤從外地運(yùn)到選煤廠時(shí)，首先把原煤放到原煤坑中，然后根據(jù)原煤的煤質(zhì)并用控制系統(tǒng)來確認(rèn)原煤要運(yùn)輸?shù)侥膫€(gè)原煤倉中。另外原煤倉的出口處需要一個(gè)原煤流量控制閥，用來控制原煤倉是否往后面的設(shè)備輸送原煤，以及輸送原煤量的大小。
2.2.2 閥門控制器
在原煤倉的出口處安裝閥門控制器是為了控制給煤量的大小。閥門控制器的種類很多，我在本次設(shè)計(jì)中選擇用三相電動(dòng)閥門控制器。該類型的閥門控制器是用來控制閥門三相電動(dòng)裝置的一種儀器，它可以向三相閥門電動(dòng)裝置發(fā)出開啟和關(guān)閉的指令，實(shí)現(xiàn)閥的遠(yuǎn)距離控制，也可以在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電站、石油工、給排水、食品、輕紡、造紙、醫(yī)藥、水利工程、船舶、市政工程和鋼鐵、煤炭等單位。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
圖2 電動(dòng)控制閥結(jié)構(gòu)原理圖
2.2.3 振動(dòng)給煤機(jī)
現(xiàn)場(chǎng)給煤機(jī)一般選用的是振動(dòng)給煤機(jī)。振動(dòng)給煤機(jī)廣泛應(yīng)用于煤炭行業(yè)，把原煤及粉煤從原煤倉均勻或定量給到運(yùn)輸皮帶上，它具有起動(dòng)迅速，停車平穩(wěn)，維修少，安裝方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，是煤炭行業(yè)中給料的理想設(shè)備。在本設(shè)計(jì)中我選用GZGM-K系列振動(dòng)給煤機(jī)。GZGM-K系列振動(dòng)給煤機(jī)的給料過程是利用特制的振動(dòng)電機(jī)或兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)激振器驅(qū)動(dòng)給料槽沿傾斜方向作周期直線往復(fù)振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)給料槽振動(dòng)的加速度垂直分量大于重力加速度時(shí)，槽中的煤被拋起，并按照拋物線的軌跡向前跳躍運(yùn)動(dòng)，拋起和下落在瞬間完成，由于激振源的連續(xù)激振，給煤槽連續(xù)振動(dòng)，槽中的煤連續(xù)向前跳躍，以達(dá)到給煤的目的。該振動(dòng)給煤機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖3及其性能參數(shù)如表1所示。
圖3 GZGM-K系列振動(dòng)給煤機(jī)結(jié)構(gòu)
表1 性能參數(shù)
型號(hào)
名稱
GZGM-K0
GZGM-K1
GZGM-K2
GZGM-K3
GZGM-K4
代替型號(hào)
K-0
K-1
K-2
K-3
K-4
給料粒度
0-250
0-350
0-350
0-400
0-500
振頻（Hz）
16
16
16
16
16
雙振幅（mm）
6-10
6-10
6-10
6-10
6-10
振動(dòng) 電機(jī)
型號(hào)
YZO-10-6
YZO-10-6
YZO-10-6
YZO-30-6
YZO-50-6
功率（kw）
0.75×2
0.75×2
1.5×2
2.5×2
3.7×2
給煤能力
煙煤（t/h）
22-90
34-135
45-200
75-300
132-530
無煙煤（t/h）
25-100
38-150
50-225
80-330
146-600
總重（kg）
820
1050
1250
1580
1960
2.2.4 運(yùn)輸皮帶
運(yùn)輸皮帶主要負(fù)責(zé)運(yùn)輸原煤到各種選煤設(shè)備中及把最后分選出來的不同產(chǎn)物運(yùn)到不同的倉庫中去，在現(xiàn)場(chǎng)使用的運(yùn)輸皮帶一般有100米左右長(zhǎng)，1米多寬。運(yùn)輸皮帶對(duì)選煤廠來說是必不可少的設(shè)備，但是皮帶在工作過程中經(jīng)常發(fā)生很多問題，其中運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行時(shí)皮帶跑偏是最常見的故障。為解決這類故障重點(diǎn)要注意安裝的尺寸精度與日常的維護(hù)保養(yǎng)。
對(duì)于皮帶跑偏現(xiàn)象，需采取相應(yīng)的對(duì)策來進(jìn)行調(diào)整，關(guān)鍵在于消除輸送帶兩側(cè)所受的驅(qū)動(dòng)力不平衡及皮帶受到側(cè)向力等因素。對(duì)安裝誤差引起的跑偏，首先要消除安裝誤差；對(duì)皮帶接頭該重裝的就重裝；對(duì)變形機(jī)架進(jìn)行整形，嚴(yán)重的必須重新安裝。對(duì)于運(yùn)行中的跑偏，具體調(diào)整方法如下：1）調(diào)整承載托輥組；2）安裝調(diào)心托輥組；3）調(diào)整驅(qū)動(dòng)滾筒與改向滾筒位置；4）張緊處的調(diào)整；5）轉(zhuǎn)載點(diǎn)處落料位置對(duì)皮帶跑偏的影響；6）雙向運(yùn)行皮帶運(yùn)輸機(jī)跑偏的調(diào)整。
在皮帶的兩側(cè)安裝行程開關(guān)，當(dāng)皮帶發(fā)生跑偏是發(fā)出報(bào)警信號(hào)和停車信號(hào)，然后可根據(jù)跑偏的原因做出相應(yīng)的措施來解決跑偏問題。
2.2.5 分級(jí)篩
用帶孔的篩面把顆粒大小不同的混合物料分成各種粒級(jí)的作業(yè)叫做篩分。在選煤廠中，篩分作業(yè)廣泛地應(yīng)用于原煤準(zhǔn)備和產(chǎn)品處理上。使用分級(jí)篩是把原煤分成塊狀物和末狀物，然后再把它們分別送入不同的選煤設(shè)備中再進(jìn)行分選。在該設(shè)計(jì)中我選用ZS型直線振動(dòng)篩。
直線振動(dòng)篩利用振動(dòng)電機(jī)激振作為振動(dòng)源，使物料在篩網(wǎng)上被拋起，同時(shí)向前作直線運(yùn)動(dòng)，物料從給料機(jī)均勻地進(jìn)入篩分機(jī)的進(jìn)料口，通過多層篩網(wǎng)產(chǎn)生數(shù)種規(guī)格的篩上物、篩下物、分別從各自的出口排出。具有耗能低、產(chǎn)量高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易維修、全封閉結(jié)構(gòu)，無粉塵溢散，自動(dòng)排料，更適合于流水線作業(yè)。
工作原理:直線振動(dòng)篩采用雙振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng),當(dāng)兩臺(tái)振動(dòng)電機(jī)做同步、反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，其偏心塊所產(chǎn)生的激振力在平行于電機(jī)軸線的方向相互抵消，在垂直于電機(jī)軸的方向疊為一合力，因此篩分機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡為一直線。其兩電機(jī)軸相對(duì)篩面有一傾角，在激振力和物料自重力的合力作用下，物料在篩面上被拋起跳躍式向前作直線運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到對(duì)物料進(jìn)行篩選和分級(jí)的目的。可用于流水線中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)。具有能耗低、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易維修、全封閉結(jié)構(gòu)無粉塵溢散的特點(diǎn)。最高篩分目數(shù)400目，可篩分出7種不同粒度的物料。ZS型直線振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。
直線振動(dòng)篩激振器的工作原理如下圖圖5所示。當(dāng)兩軸做同步異向回轉(zhuǎn)時(shí)，每根軸上不平衡塊所產(chǎn)生的離心慣性力沿x-x方向的分力總是相互抵消，而沿y-y方向的分力總是相互疊加。因此形成了單一的沿y-y方向的合力，這個(gè)力就是激振力，它使篩箱沿y-y方向作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。在圖中所示的（1）和（3）的位置，離心力完全疊加，激振力最大；在（2）和（4）的位置，離心力完全抵消，激振力為零。振動(dòng)方向與篩面成一定角度（一般45°），使物料在篩面上不斷地斜向拋起和落下，并向前移動(dòng)，以進(jìn)行篩分。直線振動(dòng)篩的激振器普遍采用偏心塊作不平衡重。傳動(dòng)軸間可用齒輪強(qiáng)迫聯(lián)系，亦可用自同步費(fèi)強(qiáng)迫聯(lián)系。
圖4 ZS型直線振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)圖
圖5 直線振動(dòng)篩激振器工作原理圖
2.2.6 重介質(zhì)選煤
重介質(zhì)選煤是用密度介于煤與矸石密度之間的液體作為分選介質(zhì)的選煤方法，所用的分選介質(zhì)有重液和懸浮液兩種。重液是無機(jī)鹽水溶液或有機(jī)溶液，由于難以回收，再生不經(jīng)濟(jì)而沒有在工業(yè)中應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用磁鐵礦粉與水配制的懸浮液作為選煤的分選介質(zhì)。這種懸浮液可以配制成需要的密度，而且容易凈化回收，已廣泛用于煙煤、無煙煤、褐煤和油母頁巖等礦物的分選。
重介質(zhì)選煤的特點(diǎn)為：分選效率高、分選密度調(diào)節(jié)范圍寬、適應(yīng)性強(qiáng)，分選粒度范圍寬、生產(chǎn)過程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化（重介質(zhì)選煤所用懸浮液的密度、液位、粘度、磁性物含量等工藝參數(shù)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制）。
重介質(zhì)選煤缺點(diǎn)是：增加了加重質(zhì)的凈化回收工序； 設(shè)備磨損比較嚴(yán)重。
重介質(zhì)選煤的適用范圍：用重介質(zhì)分選機(jī)排矸、用于分選難選煤和極難選煤、適合低密度分選以脫除黃鐵礦、用重介質(zhì)旋流器再選跳汰機(jī)的中煤或精煤。
重介質(zhì)選煤的基本原理是利用阿基米德原理，即浸沒在液體中的顆粒所受到的浮力等于顆粒所排開的同體積的液體的重量。在靜止的懸浮液中，作用在顆粒上的力有重力和浮力 。因此，懸浮液中的顆粒所受到的作用力為重力與浮力之差。因此，如果顆粒的密度大于懸浮液密度（ρ），則顆粒將下沉；小于ρ時(shí)，顆粒上??；等于ρ時(shí)，顆粒處于懸浮狀態(tài)。當(dāng)顆粒在懸浮液中運(yùn)動(dòng)時(shí)，除受到重力和浮力外，還將受到懸浮液體的阻力作用。對(duì)最初相對(duì)懸浮液作加速度運(yùn)動(dòng)的顆粒，最終將以其末速度相對(duì)懸浮運(yùn)動(dòng)。顆粒越大，相對(duì)速度越大，分選速度越快、分選效率越高?？梢娭亟橘|(zhì)選煤是嚴(yán)格按密度分選的，顆粒粒度和形狀只影響分選的速度，這也就是重介質(zhì)選煤之所以是所有重力選煤方法中效率最高的原因。
2.2.6.1 重介質(zhì)分選機(jī)
用重介質(zhì)分選機(jī)槽體示意圖來講解重介質(zhì)分選機(jī)的分選原理，重介質(zhì)分選機(jī)槽體示意圖如圖6所示。
圖6 重介質(zhì)分選機(jī)槽體示意圖
1—分選槽給料部分；2—分選槽流動(dòng)區(qū)；3—浮煤排出部分；
4—沉煤排出部分；5—水平液流和上升液流給入口
懸浮液一般以水平流和上升流進(jìn)入分選槽。當(dāng)顆粒在靜止介質(zhì)或勻速運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí),在沒有加速度,即沒有慣性力的條件下,重力與浮力之差與介質(zhì)的流體動(dòng)力阻力達(dá)到平衡時(shí),根據(jù)下式就可以計(jì)算出顆粒在介質(zhì)中自由沉降的末速。由于煤和矸石顆粒的密度σ不同,所以沉降末速也不同,從而造成不同密度的顆粒分層；當(dāng)然，沉降末速也與顆粒直徑 d、懸浮液密度ρ、流體阻力等有一定關(guān)系。以上就是塊煤重介質(zhì)分選機(jī)的分選原理—沉降末速理論。
對(duì)重介質(zhì)分選機(jī)工藝設(shè)計(jì)有如下要求：
（1）構(gòu)造簡(jiǎn)單,質(zhì)量輕,運(yùn)動(dòng)部件少,運(yùn)轉(zhuǎn)可靠,耐磨性能好,操作及維修方便；
（2）外形尺寸應(yīng)盡可能小，但要保證物料在分選機(jī)內(nèi)有充分的分選時(shí)間和分層空間,單位面積處理量要大；
（3）在分選機(jī)內(nèi)要使全部懸浮液密度保持均勻,保證物料在分選機(jī)內(nèi)能夠精確的按密度分選。分選機(jī)內(nèi)運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)速度要小,以免造成過大的渦流。上升和下降液流速度不應(yīng)太大,以減少物料粒度和顆粒形狀對(duì)分選效果的影響；
（4）原料煤能平穩(wěn)的進(jìn)入分選槽。并能迅速地將已經(jīng)分層的產(chǎn)品從分選機(jī)內(nèi)排出,不因產(chǎn)物排放的不及時(shí)而影響分選機(jī)的處理量；
（5）循環(huán)介質(zhì)（懸浮液）量要小。懸浮液的循環(huán)量是指每小時(shí)進(jìn)入分選機(jī)的懸浮液總體積；
（6）分選槽的形狀有利于保持工作懸浮液穩(wěn)定地移動(dòng)，避免產(chǎn)生渦流或死區(qū)。重介質(zhì)分選機(jī)的種類很多，主要包括斜輪重介質(zhì)分選機(jī)和立輪重介質(zhì)分選機(jī)。在該設(shè)計(jì)中我選擇使用斜輪重介質(zhì)分選機(jī)。斜輪重介質(zhì)分選機(jī)原名為德魯鮑依重介質(zhì)分選機(jī)。我國(guó)制造的斜輪重介質(zhì)分選機(jī)型號(hào)為 LZX型,其構(gòu)造如圖7所示，它是由分選槽1、提升輪2、排煤輪3等部件組成。分選槽是由數(shù)塊鋼板焊接而成的多邊形箱體，上部呈矩形，底部順煤流方向的兩塊鋼板傾角為40°～ 45°。斜提升輪2裝在分選槽旁側(cè)的機(jī)殼內(nèi)，其傳動(dòng)部分設(shè)在分選槽的下部，包括提升輪的軸4、減速器5和電動(dòng)機(jī)6。提升輪4經(jīng)減速器5（擺線齒輪減速器或歪脖子減速器）由電動(dòng)機(jī)6帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。斜提升輪下部與分選槽底部相通，提升輪骨架 7用螺栓與轉(zhuǎn)輪蓋8固定在一起，轉(zhuǎn)輪蓋用鍵安裝在軸上。斜提升輪輪盤的邊幫和盤底分別由數(shù)塊立式篩板9 和篩底10組成。在斜提升輪輪盤的整個(gè)圓面上，沿徑向裝有沖孔篩板制造的若干塊葉板11，沉物主要由它提升的，斜提升輪的軸由支座12 支撐，支座則是由螺栓固定在機(jī)殼支架上的，軸的上部裝有單列推力球面軸承和雙列向心球面滾子軸承，軸端通過浮動(dòng)聯(lián)軸節(jié)與減速器的出軸相連接。排煤輪呈六角形，其軸是焊接件，軸兩端裝有軸套，電動(dòng)機(jī)14通過鏈輪15帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，軸兩端裝有骨架16，在對(duì)應(yīng)角處分別有六根卸料軸相連，在每根卸料軸上有若干個(gè)橡膠帶17吊掛的重捶18。浮物就是靠排煤輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由重捶逐次撥出的。
該分選機(jī)在給料端下部位于分選帶的高度引入水平介質(zhì)流，在分選槽底部引入上升介質(zhì)流，從而形成水平和上升介質(zhì)流。水平介質(zhì)流不斷給入分選帶補(bǔ)充合格懸浮液，防止分選帶密度降低。上升介質(zhì)流造成微弱的上升水速，防止懸浮液沉淀。水平和上升介質(zhì)流使分選槽中懸浮液的密度保持穩(wěn)定均勻，并造成水平流運(yùn)輸浮物。原料煤進(jìn)入分選機(jī)后按密度分為浮物和沉物兩部分。浮物由水平流運(yùn)輸至溢流堰被排煤輪3刮出，經(jīng)固定篩一次脫介后進(jìn)入下一脫水脫介作業(yè)；沉物下沉至分選槽底部由提升輪的葉板11提升至排料口排出。在提升過程中也進(jìn)行了一次脫介。
LZX型斜輪重介質(zhì)分選機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是:分選槽面可以做得比較開闊,斜提升輪直徑可達(dá)到8mm或更大，因此，分選粒度上限可達(dá)1000mm。由于浮物采用排煤輪的重錘撥動(dòng)排放，所以被煤帶走的懸浮液量少，即所需懸浮液的循環(huán)量低，按入料量計(jì)算約為0.7～1.0。缺點(diǎn)是外形尺寸大，占地面積大。
圖7 LZX型斜輪重介質(zhì)分選機(jī)結(jié)構(gòu)圖
1-分選槽；2-提升輪；3-提升輪軸；4-減速裝置；5-電動(dòng)機(jī)；
6-提升輪骨架；7-轉(zhuǎn)輪蓋；8-轉(zhuǎn)輪盤；9-立篩盤；10-篩底；11-葉板；12-支座；
13-軸承座；14-電動(dòng)機(jī)；15-鏈輪；16-骨架；17-橡膠帶；18-重錘
2.2.6.2 重介質(zhì)旋流器
重介質(zhì)旋流器選煤過程如圖8所示。物料和懸浮液以一定壓力沿切線方向給入旋流器形成強(qiáng)有力的旋渦流。液流從入料口開始沿旋流器內(nèi)壁形成一個(gè)下降的外螺旋流；同時(shí)，一部分液流分離出來移向旋流器軸心附近形成一股上升的內(nèi)螺旋流。由于內(nèi)螺旋流具有負(fù)壓而吸入空氣，在旋流器軸心全長(zhǎng)形成空氣柱。入料中的精煤隨內(nèi)螺旋流向上，從溢流口排出；矸石隨外螺旋流向下，從底流口排出。
圖8 重介質(zhì)旋流器選煤示意圖
重介質(zhì)旋流器選煤是利用阿基米德原理在離心場(chǎng)中完成的。旋流器內(nèi)的液流，基本上是自由渦流與強(qiáng)制渦流的組合流。對(duì)旋流器內(nèi)任一點(diǎn)的速度可按三元空間流向， 分為切向、徑向、軸向速度。切向速度是決定離心力大小的重要因素，徑向速度影響徑向流體壓力分布，軸向速度分布決定下降螺旋流與上升螺旋流的分界面。切向速度是因旋流器入料沿切線方向給入而產(chǎn)生的。徑向速度是液流垂直于旋流器軸向運(yùn)動(dòng)的速度。軸向速度是液流平行于旋流器軸心方向運(yùn)動(dòng)的速度。在旋流器壁附近，軸向速度的方向朝下，速度隨半徑r減小而減小直至零；通過零位后方向朝上，速度隨半徑r減小而增大，接近空氣柱邊緣時(shí)達(dá)到最大值。將各斷面上軸向速度為零的各點(diǎn)連接起來，可以得到一個(gè)圓錐形包絡(luò)面。在包絡(luò)面內(nèi)側(cè)為上升螺旋流，外側(cè)為下降螺旋流。物料顆粒則以包絡(luò)面為分離界面進(jìn)行分選。
在離心力作用下，懸浮液沿著旋流器的徑向逐漸分層，加重質(zhì)的濃度由內(nèi)向外、由上向下逐漸增高。這種濃縮作用使懸浮液的密度也相應(yīng)地由內(nèi)向外、自上而下地增大，從而形成懸浮液的密度場(chǎng)。由于物料是在逐漸增大的密度場(chǎng)中分選， 故圓錐圓筒型重介質(zhì)旋流器的分選密度比入料懸浮液的密度略高。
重介質(zhì)旋流器內(nèi)懸浮液的濃縮與加重質(zhì)的分級(jí)是同時(shí)進(jìn)行的。重介質(zhì)旋流器內(nèi)懸浮液的密度場(chǎng)可用等密度線表示，許多等密度線組成等密度面。懸浮液密度在徑向上從軸心向器壁升高，在軸向上從上部向錐底升高。當(dāng)分選密度為1500kg/ 時(shí),重顆粒移向器壁,輕顆粒移向軸心,鄰近密度物在中部徘徊的分層特點(diǎn)。
重介質(zhì)旋流器的軸向上有兩股方向相反的螺旋液流，兩螺旋液流之間有一軸向速度為零的包絡(luò)面。物料進(jìn)入旋流器后，在離心力作用下，不同密度的顆粒迅速沿徑向分散開，各自移動(dòng)到與自己密度相近的等密度線上，鄰近分選密度顆粒則在包絡(luò)面附近擺動(dòng)，進(jìn)行再次分選。重顆粒與輕顆粒分別進(jìn)入下降和上升螺旋液流中，從底流口和溢流口排出。
重介質(zhì)旋流器分為兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器和三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器。在該設(shè)計(jì)中我選用兩產(chǎn)品圓錐形重介質(zhì)旋流器。兩產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器按其原料煤給入方式分為有壓 （切線）給煤式和無壓（中心）給煤式2種。前一種為圓錐形重介旋流器，后一種為圓筒形重介旋流器。圖9為兩產(chǎn)品圓錐形重介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)圖。
圖9 兩產(chǎn)品圓錐形重介質(zhì)旋流器結(jié)構(gòu)示意圖
1-入料管；2-椎體；3-底流口；4-溢流口；5-溢流室；6-基架
物料與懸浮液混合， 以一定壓力從入料管沿切線方向給入旋流器圓筒部分（如圖10所示），由于離心力的作用，高密度物料移向錐體的內(nèi)壁，并隨部分懸浮液向下作螺旋運(yùn)動(dòng)，最后從底流口排出；低密度物料集中在錐體中心，隨內(nèi)螺旋上升， 經(jīng)溢流管進(jìn)溢流室排出。溢流先進(jìn)入溢流室，然后順切線方向排出，可以減少對(duì)旋流器不利的反壓力。
旋流器內(nèi)流體的切線速度很大（4.4m/s以上），對(duì)部件磨損嚴(yán)重。為了提高設(shè)備的使用壽命，可用合金鋼等耐磨材料整體鑄造，也可以采用耐磨材料作襯里（如鑄石等），但襯里要求光滑，無凹凸和臺(tái)階，以免破壞液體的正常流態(tài)。
圖10 重介質(zhì)旋流器分選過程
2.2.7 離心脫水
選煤過程中有一環(huán)節(jié)是脫水，脫水是固體和液體分離的過程。選煤廠分選過程是在水中進(jìn)行的，因而選煤產(chǎn)品在出廠前需進(jìn)行脫水，以滿足用戶和運(yùn)輸要求。我國(guó)現(xiàn)行產(chǎn)品目錄規(guī)定精煤水分一般不超過12％～13％，個(gè)別用戶煤、出口煤和高寒地區(qū)濕煤冬運(yùn)要求精煤水分在8％～9％以下。水是煤中的雜質(zhì)，不僅對(duì)用戶使用和冬季運(yùn)輸有害，而且占用貨運(yùn)量和浪費(fèi)運(yùn)輸能力。因此，選煤廠的出廠產(chǎn)品必須盡量降低水分。
脫水方法可大致分為重力脫水、離心脫水、過濾脫水、壓濾脫水和干燥脫水。重力脫水是利用重力作用泄水的過程，脫水設(shè)備有脫水斗式提升機(jī)、脫水篩、脫水倉。離心脫水是利用離心力作用脫水的過程，脫水設(shè)備有各式離心脫水機(jī)。過濾脫水是利用真空抽吸或空氣加壓使煤泥脫水的過程，脫水設(shè)備有過濾機(jī)。壓濾脫水是利用擠壓作用使煤泥脫水的過程，脫水設(shè)備有壓濾機(jī)。干燥脫水是利用熱力蒸發(fā)脫水的過程，脫水設(shè)備有火力干燥機(jī)。在本設(shè)計(jì)中使用離心脫水方法，其作用主要是把重介質(zhì)分選機(jī)中分選出來的塊精煤、中煤和矸石塊分別進(jìn)行脫水處理。
用離心力來分離固體和液體的過程稱為離心脫水。離心脫水可以采用兩種不同的原理：離心過濾和離心沉降。離心過濾是把所處理的含水物料加在旋轉(zhuǎn)的錐形篩面上，由于離心力的作用，固體緊貼在篩面上隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，液體則通過物料間隙和篩縫甩出。離心沉降是把煤泥水加在筒形（或錐形）轉(zhuǎn)子中，由于離心力的作用，固體在液體中沉降，沉降后的物料進(jìn)一步受到離心力的擠壓，擠出其中水分。物料的脫水過程，由于離心力的作用而強(qiáng)化。物料在離心機(jī)中所受離心力的大小，用離心強(qiáng)度表示。它是物料所受離心力和重力的比值。離心強(qiáng)度越大，物料所受的離心力越強(qiáng)，固體和液體分離的效果越好。離心強(qiáng)度與轉(zhuǎn)子的半徑和轉(zhuǎn)速的平方成正比，提高轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速或加大轉(zhuǎn)子的半徑，都可提高其離心強(qiáng)度。但是對(duì)選煤用離心機(jī)來說，不適當(dāng)?shù)靥岣唠x心強(qiáng)度會(huì)引起不良影響。因此，在生產(chǎn)過程中一般不作變動(dòng)。選煤廠過濾式離心脫水機(jī)的離心強(qiáng)度一般為80～200；沉降式離心脫水機(jī)一般為500～1000。
過濾式離心脫水機(jī)按篩籃安裝方式可分為立式和臥式，按卸料方式可分為慣性卸料、刮刀卸料和振動(dòng)卸料三種。目前使用的主要是刮刀卸料和振動(dòng)卸料兩種。沉降式離心脫水機(jī)只有螺旋卸料一種。沉降過濾式離心脫水機(jī)，是一種既有離心沉降又有離心過濾的脫水設(shè)備。我在本設(shè)計(jì)中選用洛陽礦山機(jī)械廠制造的WZL-1000臥式振動(dòng)卸料離心脫水機(jī).
圖11就是洛陽礦山機(jī)器廠制造的WZL—1000臥式振動(dòng)卸料離心脫水機(jī)的構(gòu)造圖。篩籃1由主電機(jī)8通過膠帶輪17、9 及三角膠帶18帶動(dòng)回轉(zhuǎn)。激振用的電動(dòng)機(jī)16經(jīng)膠帶傳動(dòng)，并通過一對(duì)齒輪使裝在機(jī)殼5上四個(gè)偏心輪（不平衡重塊）10作相對(duì)同步回轉(zhuǎn)，從而使機(jī)殼產(chǎn)生軸向振動(dòng)（原理同直線振動(dòng)篩）。機(jī)殼的振動(dòng)通過沖擊板12、緩沖橡膠彈簧11、短板彈簧13，傳到主軸套3和軸承座，并通軸承14傳給主軸15和篩籃1，使篩籃產(chǎn)生軸向振動(dòng)。物料由給料管2給入篩籃，并在離心力和軸向振動(dòng)力的綜合作用下，均勻地向前移動(dòng)。脫水后的物料從篩籃前面落入卸料室，并由此進(jìn)入機(jī)器底部的排料槽中，離心液由機(jī)殼收集，經(jīng)排料室排出。機(jī)殼5安裝在長(zhǎng)板彈簧4上，長(zhǎng)板彈簧又固定在機(jī)架6上，機(jī)架下面設(shè)置隔振橡膠彈簧7，以消除離心脫水機(jī)工作時(shí)傳給地面上的振動(dòng)。
WZL-1000型離心脫水機(jī)的主要部件有：
1）篩籃；
2） 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)；
3） 振動(dòng)系統(tǒng)；
4） 潤(rùn)滑系統(tǒng)。
圖11 WZL-1000臥式振動(dòng)脫水離心機(jī)構(gòu)造圖
1-篩籃；2-給料管；3-主軸套；4-長(zhǎng)板彈簧；5-機(jī)殼；6-機(jī)架；7-橡膠彈簧；
8-主電動(dòng)機(jī)；9-膠帶輪；10-偏心輪；11-緩沖橡膠彈簧；12-沖擊板；13-短板彈簧；14-軸承；15-主軸；16-激振用電動(dòng)機(jī)；17-膠帶輪；18-三角膠帶
操作人員必須根據(jù)離心脫水機(jī)的運(yùn)行情況及聲響作出判斷，一旦出現(xiàn)異常，應(yīng)查明故障原因，立即采取措施，方準(zhǔn)開車。一般情況下嚴(yán)防物料堵塞篩網(wǎng)。臥式振動(dòng)離心脫水機(jī)常見故障及消除方法見表2
表2 振動(dòng)離心脫水機(jī)常見故障及消除方法
故障和缺陷特征
原因
消除方法
產(chǎn)品水分過高
篩縫被煤泥堵塞
清理，用高壓清水沖洗篩網(wǎng)
離心液中粗煤含量增加
篩網(wǎng)磨損
更換新篩網(wǎng)
篩網(wǎng)被擊穿
修補(bǔ)或更換新篩網(wǎng)
離心機(jī)擺動(dòng)太大
轉(zhuǎn)子失去平衡，給料不均， 有大塊物料
改變?nèi)肓锨闆r
轉(zhuǎn)于失去平衡，篩網(wǎng)被卡住
取出堵塞物料， 沖洗篩網(wǎng)
離心機(jī)振幅減小
橡膠彈簧變硬或損壞
改變墊片，提高振次或更換橡膠彈簧
油壓下降
油內(nèi)雜質(zhì)太多
更換新油
有附加響聲
可能螺釘松動(dòng)
擰緊有關(guān)螺釘
2.2.8 磁選機(jī)
磁選機(jī)的作用是回收重介質(zhì)分選機(jī)和離心脫水機(jī)排出的懸浮液中的磁鐵礦。磁選機(jī)是根據(jù)各種礦物的比磁化系數(shù)，借助于磁力將磁性礦物與非磁性礦物分離開來的設(shè)備。目前，國(guó)內(nèi)外磁選機(jī)的種類繁多，分類方法也各不相同。根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度的強(qiáng)弱不同，可分為強(qiáng)磁場(chǎng)磁選機(jī)（H=6000～26000 Oe）和弱磁場(chǎng)磁選機(jī)（H<2500 Oe）。按其選別方式不同,可分為干式和濕式磁選機(jī)。按產(chǎn)生磁場(chǎng)的方法不同,可分為電磁磁選機(jī)和永磁磁選機(jī)。
重介質(zhì)選煤系統(tǒng)中用于回收磁鐵礦的磁選機(jī),要求磁鐵礦粉的回收率高,但對(duì)磁選精礦的品位要求不高。所以一般多選用濕式、弱磁場(chǎng)強(qiáng)度的圓筒式磁選機(jī)。其工作原理是借助圓筒中的磁系把稀懸浮液中的磁鐵礦顆粒吸附到圓筒表面，并隨圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)到一定位置后離開磁場(chǎng)，磁力消失了，磁性顆粒在重力和離心力作用下落到精礦槽成為精礦；非磁性物不受磁系吸引由下部排出成為尾礦，如圖12所示。在磁選機(jī)的分選空間中，顆粒不但受到磁力作用，還受到其它力的作用，如重力、離心力、摩擦力和水流沖力等。這些力與磁選機(jī)的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、處理量、顆粒性質(zhì)等因素有關(guān)。磁性不同的顆粒受到這兩種力的合力不同，使它們具有不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，于是它們得以分開。圓筒式磁選機(jī)根據(jù)入料方式和圓筒旋轉(zhuǎn)方向，可分為順流式、逆流式和半逆流式三種磁選機(jī)。磁選機(jī)的磁系有電磁和永磁兩種，永磁磁系用得越來越普遍。永磁磁系與電磁磁系相比，優(yōu)點(diǎn)是不需要激磁電流和整流設(shè)備，不因電壓不足或激磁系統(tǒng)停電而造成精礦損失；缺點(diǎn)是永磁塊的場(chǎng)強(qiáng)會(huì)隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)而衰減，過一定時(shí)間要充磁，不過磁場(chǎng)強(qiáng)度衰減速度較慢。國(guó)內(nèi)常用的水磁塊有鍶鐵氧體和鋇鐵氧體。近年來也有些磁選機(jī)采用稀土磁塊與普通鐵氧體磁塊組成復(fù)雜磁系。
我在本設(shè)計(jì)中選用逆流式的。其工作原理如圖13。稀懸浮液經(jīng)給礦箱8進(jìn)入分選槽，磁性礦物被磁系2產(chǎn)生的磁場(chǎng)吸附在圓筒1的表面上，進(jìn)入脫水區(qū)6后脫離磁場(chǎng)落入精礦溜槽7中。剩下的水和非磁性物經(jīng)溢流堰3從尾礦箱4排出。逆流式磁選機(jī)掃選區(qū)較長(zhǎng)，尾礦中損失的磁性礦物較少，回收率高。尾礦是利用溢流排放，保證圓筒適度地沉沒在稀懸浮液中，對(duì)入料變化適應(yīng)性較強(qiáng)，因此在重介質(zhì)分選系統(tǒng)中，大多采用逆流式磁選機(jī)回收磁鐵礦。
圖12 顆粒在磁選機(jī)中的分離示意圖
圖13 逆流式磁選機(jī)工作原理
1—圓筒；2—磁系；3—溢流堰；4—尾礦箱；5—分選槽
6—脫水區(qū)；7—精礦溜槽；8—給礦箱；9—掃選區(qū)
目前，重介質(zhì)選煤廠用的磁選機(jī)以永磁逆流式圓筒磁選機(jī)為最多。在本設(shè)計(jì)中我選用國(guó)產(chǎn)750×2100型雙筒永磁磁選機(jī)（如圖14所示）。
該磁選機(jī)是將兩臺(tái)單筒磁選機(jī)串起來組成的。在圓筒內(nèi)裝有五極永磁塊組成的磁系，磁系磁極N-S交替排列,磁系包角128°。磁系是不動(dòng)的，而圓筒由電機(jī)帶動(dòng)以20r/min的速度旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)方向與稀懸浮液流動(dòng)方向相反。稀懸浮液由給料口1進(jìn)入分選槽2,由于磁場(chǎng)的吸力,磁鐵礦被吸在圓筒表面并跟隨圓筒一起旋轉(zhuǎn)到精礦管4上部A點(diǎn)離開磁場(chǎng)。這是因?yàn)橛貌淮呕牟讳P鋼板制造的圓筒沒有剩磁， 所以,磁鐵礦隨圓筒到了A點(diǎn)就靠重力和離心力落入精礦管4。非磁性物和水從分選槽2右邊隨溢流排入尾礦管5。一段磁選尾礦進(jìn)入二段磁選機(jī)再回收一部分精礦， 以減少磁鐵礦損失。該磁選機(jī)圓筒表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)1500 Oe。
磁系磁極N-S交替排列可以使磁性物隨圓筒運(yùn)動(dòng)時(shí)受到N-S極變換的磁場(chǎng)作用使磁團(tuán)粒在筒面上滾動(dòng),除掉磁團(tuán)粒中夾雜的非磁性物,提高精礦品位。這種現(xiàn)象叫磁翻現(xiàn)象。磁鐵礦的回收率受磁選機(jī)處理的礦漿量大小，入料的濃度及磁性物含量的影響。增加處理量、增大入料濃度以及入料的磁性物含量低時(shí)，尾礦的磁鐵礦損失都要增加。因此大量打分流會(huì)造成磁選機(jī)入料濃度突然增加，磁選機(jī)效率會(huì)降低。
圖14 750×2100雙筒永磁磁選機(jī)
2.2.9 浮選設(shè)備
浮選設(shè)備是用來從磁選機(jī)排出的液體中分選出精煤、排出煤泥的設(shè)備。浮游選煤的原理：在充氣的煤漿中，礦粒與氣泡相互碰撞。煤粒表面濕潤(rùn)性差，碰撞時(shí)粘附到氣泡上，被氣泡帶至水面，形成礦化泡沫。矸石表面濕潤(rùn)性好，碰撞時(shí)不與氣泡附著，仍留在礦漿中。將泡沫和礦漿分別排出，即可得到精煤和尾煤。
浮選設(shè)備中使用的浮選藥劑有起泡劑和捕收劑。在浮選過程中控制氣泡大小和維持泡沫穩(wěn)定性的浮選藥劑叫做起泡劑。水中有起泡劑存在時(shí)，不僅能使泡沫穩(wěn)定，而且還能促進(jìn)空氣分裂成小氣泡。因?yàn)槠鹋輨┠軌蛟谒?氣界面上降低表面張力，減小氣泡的分裂阻力。提高煤粒表面疏水性的藥劑成為捕收劑，它具有捕收煤粒的作用。
浮選用的設(shè)備叫做浮選機(jī)。浮選機(jī)的作用是將已準(zhǔn)備好的礦漿按一定的質(zhì)量要求分選為若干產(chǎn)品。根據(jù)浮選過程的特點(diǎn)，浮選機(jī)有進(jìn)料、充氣、攪拌、刮泡、排料等裝置。浮選機(jī)的型式很多，按充氣方式的不同可以分為兩大類：機(jī)械攪拌式（利用葉輪的攪拌作用吸入空氣）和無機(jī)械攪拌式（利用外部壓入空氣或噴射礦漿吸入空氣）。目前廣泛使用的是機(jī)械攪拌式浮選機(jī)。
在本設(shè)計(jì)中我選用XJ型攪拌式浮選機(jī)。該型號(hào)的浮選機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖15和表3所示：
圖15 XJ型攪拌式浮選機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖
表3 XJ型攪拌式浮選機(jī)結(jié)構(gòu)
1--浮選機(jī)主軸
2--浮選機(jī)葉輪
3--浮選機(jī)蓋板
4--浮選機(jī)連接管
5--浮選機(jī)砂孔閘門絲桿
6--浮選機(jī)進(jìn)氣管
7--浮選機(jī)管氣管
8--浮選機(jī)座板
9--浮選機(jī)軸承
10--浮選機(jī)帶輪
11--浮選機(jī)溢流閘門手輪及絲桿
12--浮選機(jī)刮板
13--浮選機(jī)泡沫溢流唇
14--浮選機(jī)槽體
15--浮選機(jī)放沙閘門
16--浮選機(jī)給礦管
17--浮選機(jī)溢流堰
18--浮選機(jī)溢流閘門
19--浮選機(jī)閘門殼
20--浮選機(jī)砂孔
21--浮選機(jī)砂孔閘門
22--浮選機(jī)中礦返回孔
23--浮選機(jī)直流槽前溢流堰
24--浮選機(jī)電動(dòng)機(jī)及帶輪
25--浮選機(jī)循環(huán)孔調(diào)節(jié)桿
它由兩個(gè)浮選槽構(gòu)成一個(gè)機(jī)體，第一槽為吸入槽，第二槽為自流槽，此兩槽之間有中間室。葉輪安裝在主軸下端，主軸上端有皮帶輪，用電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)?？諝庥蛇M(jìn)氣管吸入。每組浮選槽的礦漿水平面由閘門調(diào)節(jié)。葉輪上方裝有蓋板和空氣筒?？諝馔采祥_有孔，用來安裝進(jìn)漿管 中礦返回管或用作礦漿循環(huán)，孔的大小可以通過拉桿調(diào)節(jié)它由兩個(gè)浮選槽構(gòu)成一個(gè)機(jī)體，第一槽為吸入槽，第二槽為自流槽，此兩槽之間有中間室。葉輪安裝在主軸下端，主軸上端有皮帶輪，用電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)?？諝庥蛇M(jìn)氣管吸入。每組浮選槽的礦漿水平面由閘門調(diào)節(jié)。葉輪上方裝有蓋板和空氣筒?？諝馔采祥_有孔，用來安裝進(jìn)漿管中礦返回管或用作礦漿循環(huán)，孔的大小可以通過拉桿調(diào)節(jié)。
圖16 XJ型攪拌式浮選機(jī)葉輪
葉輪一般是用生鐵鑄成的圓盤，圓盤上有6個(gè)輻射狀葉片，在葉輪上方5-6mm處蓋板（如圖16）。葉輪用鎖緊螺母固定在軸上。定子分成蓋板和導(dǎo)向板兩部分，蓋板通過法蘭與套筒連接，安裝時(shí)蓋板壓在固定于假底上的定子導(dǎo)向板上。這樣，定子導(dǎo)向板不僅用于礦漿，還成為攪拌機(jī)構(gòu)的支架，保證了葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性。這種結(jié)構(gòu)減小了定子直徑，安裝檢修時(shí)便于攪拌機(jī)構(gòu)的起吊和葉輪拆裝。
2.2.10 壓濾脫水
利用機(jī)械力給礦漿施壓，使礦漿通過濾布實(shí)現(xiàn)固液分離的作業(yè)叫壓濾脫水，其主要用于對(duì)浮選尾煤進(jìn)行脫水處理。因?yàn)楦∵x尾煤的特點(diǎn)是粒度細(xì)、粘度大、細(xì)泥多，采用一般的脫水機(jī)械均不能滿足脫水要求。
壓濾脫水所用設(shè)備叫做壓濾機(jī)。壓濾機(jī)按其工作的連續(xù)性可以分為連續(xù)型和間歇型兩類。連續(xù)型的壓濾機(jī)入料和排料同時(shí)進(jìn)行，如帶式壓濾機(jī)。間歇型壓濾機(jī)，是在進(jìn)料一段時(shí)間后，停止工作，將濾餅排出，完成一個(gè)循環(huán)后再重新進(jìn)料，如廂式壓濾機(jī)。所有的壓濾機(jī)都是在一定壓力下進(jìn)行操作的設(shè)備，適用于粘度大、粒度細(xì)、可壓縮的各種物料。壓濾機(jī)在選煤廠中主要用于浮選尾煤的脫水。本設(shè)我選用XMY340/1500-61型廂式壓濾機(jī)，其結(jié)構(gòu)圖如圖17所示。
圖17 XMY340/1500-61型壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)圖
1—濾板移動(dòng)裝置；2—固定尾板；3—濾板；
4—活動(dòng)頭板；5—主梁；6—液壓系統(tǒng)
濾板是廂式壓濾機(jī)的主要部件，其作用是在壓濾過程中形成濾餅并排出濾液。濾板的側(cè)視圖見圖17中的3，正視圖為正方形。濾板的兩側(cè)包裹濾布，中間有一孔眼，供礦漿通過之用。濾板上面有凹槽，濾液可由此排到濾板上的泄液口，泄液口與泄液管相通，泄液管從濾板的側(cè)下部伸出。濾板的材質(zhì)可為金屬或橡膠、 塑料等。濾板通過其兩側(cè)的側(cè)耳架在主梁上，放置于固定尾板和活動(dòng)頭板之間。濾板移動(dòng)裝置的作用是移動(dòng)濾板。在壓濾過程開始前，需將所有濾板壓緊以形成濾室；在脫水過程結(jié)束，需要卸餅時(shí)，相繼逐個(gè)拉開濾板?；顒?dòng)頭板、固定尾板簡(jiǎn)稱頭板、尾板。頭板與液壓油缸體內(nèi)的活塞桿連接，并通過兩側(cè)的滾輪支承在主梁上。因此，頭板可以在主梁上滑動(dòng)。尾板固定在主梁上。尾板上有入料孔，需過濾的礦漿由此給入。頭板與尾板配合，將濾板壓緊，形成密封的濾室。由于頭板的運(yùn)動(dòng)，將濾板松開以排卸濾餅。液壓系統(tǒng)用以控制濾板的壓緊和松開，由電機(jī)、油泵、油缸、活塞、油箱等組成。油泵常采用高低壓并聯(lián)系統(tǒng)。高壓油泵用于提高油壓。低壓油泵用于提高活動(dòng)頭板的移動(dòng)速度。
壓濾機(jī)的工作原理如圖18所示。當(dāng)壓濾機(jī)工作時(shí)，由于液壓油缸的作用，將所有濾板壓緊在活動(dòng)頭板和固定尾板之間，使相鄰濾板之間構(gòu)成濾室，周圍是密封的。礦漿由固定尾板的入料孔以一定壓力給入。在所有濾室充滿礦漿后，壓濾過程開始，礦漿借助給料泵給入礦漿的壓力進(jìn)行固液分離。固體顆粒由于濾布的阻擋留在濾室內(nèi)，濾液經(jīng)濾布沿濾板上的泄水溝排出。經(jīng)過一段時(shí)間以后，濾液不再流出，即完成脫水過程。此時(shí)，可停止給料，通過液壓操縱系統(tǒng)調(diào)節(jié)，將頭板退回到原來的位置，濾板移動(dòng)裝置將濾板相繼拉開。濾餅依靠自重脫落，并由設(shè)在下部的皮帶運(yùn)走。為了防止濾布孔眼堵塞，影響過濾效果，卸餅后濾布需經(jīng)清洗。至此，完成了整個(gè)壓濾過程。
圖18 壓濾機(jī)工作原理圖
壓濾過程可分為四個(gè)階段：1）給料階段；2）加壓過濾階段；3）卸料階段；4）濾布清洗階段。由給入礦漿、加壓過濾、卸落濾餅和沖洗濾布四個(gè)階段組成一個(gè)壓濾循環(huán)。
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3 控制方案的設(shè)計(jì)、對(duì)比和確定
選煤系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)屬于過程控制系統(tǒng)，過程控制是自動(dòng)控制的一個(gè)重要分支，過程控制系統(tǒng)在冶金、石油、化工、機(jī)械、電力、輕工、建材等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，應(yīng)該了解和熟悉過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、過程控系統(tǒng)的組成及過程控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟等。
3.1 過程控制性設(shè)計(jì)的主要技術(shù)內(nèi)容
3.1.1 過程控制的概念：
過程控制一般指冶金、石油、化工、電力、輕工、建材等工業(yè)部門等生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，即通過采用各種自動(dòng)化儀表、電子計(jì)算機(jī)等自動(dòng)化技術(shù)工具，對(duì)生產(chǎn)過程的某些物理參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和控制，已得到最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，提高經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)率，節(jié)約能源，改善勞動(dòng)條件等。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層樓宇的不斷涌現(xiàn)，在樓宇的供熱通風(fēng)、空調(diào)及燃?xì)夤?yīng)、給排水、消防系統(tǒng)中，過程控制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。
工業(yè)生產(chǎn)對(duì)過程控制的要求是多方面的，主要有三項(xiàng)，即安全性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定。安全性是指在整個(gè)生產(chǎn)過程中，確保人身和設(shè)備的安全，這是最重要的也是最基本的要求，一般采用參數(shù)越限報(bào)警、事故報(bào)警和連鎖保護(hù)等措施加以保證。根據(jù)工業(yè)企業(yè)高度連續(xù)化和大型化的特點(diǎn)，人們提出了在線故障預(yù)測(cè)與診斷、設(shè)計(jì)容錯(cuò)的控制系統(tǒng)等來進(jìn)一步提高運(yùn)行的安全性。經(jīng)濟(jì)性旨在生產(chǎn)同樣質(zhì)量和數(shù)量產(chǎn)品所消耗的能量和原材料最少，也就是要求生產(chǎn)成本低而效率高。近年來，隨著競(jìng)爭(zhēng)的加劇和世界能源的匱乏和原材料的減少，經(jīng)濟(jì)性已受到前所未有的重視，生產(chǎn)過程局部或整體最優(yōu)化的問題已經(jīng)提上議事日程，成為亟需解決的任務(wù)。穩(wěn)定性的要求是指系統(tǒng)具有抑制外部干擾、保持生產(chǎn)過程長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的能力。工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境不是固定不變的，例如：原材料成分改變或供應(yīng)量不同、反應(yīng)器中催化劑活性衰減、換熱器傳熱面被污染，還有市場(chǎng)銷售量的起落等都是客觀存在的，他們會(huì)或多或少地影響穩(wěn)定生產(chǎn)。對(duì)于簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷方法已很成熟，但對(duì)復(fù)雜大系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析就困難多得多。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，為了滿足上述三項(xiàng)要求，在理論和實(shí)踐上還有許多課題有待研究。
3.1.2 過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的步驟
3.1.2.1 確定控制目標(biāo)
對(duì)于給定的被控過程，可以根據(jù)具體情況提出不同的控制目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)不同的控制目標(biāo)就應(yīng)有不同的控制方案。因此，在確定控制目標(biāo)時(shí)必須清楚被控過程或者被控設(shè)備的主要任務(wù)以及對(duì)控制系統(tǒng)的要求。
3.1.2.2 選擇測(cè)量參數(shù)（被調(diào)量）
無論采用什么控制方案，都需要通過某些參數(shù)的測(cè)量來控制和監(jiān)視整個(gè)生產(chǎn)過程。在確定了需要檢測(cè)的參數(shù)后，就應(yīng)該選擇合適的測(cè)量元件和變送器。應(yīng)該注意，有些參數(shù)可能因某些原因不能直接測(cè)量，需通過測(cè)量與之形成一定線性關(guān)系的另一參數(shù)（又稱為間接參數(shù)）來獲取，或者利用參數(shù)估計(jì)的方法來得到。
3.1.2.3 操作量的選擇
一般情況下操作量都是有工藝規(guī)定的，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中沒有多大選擇余地。但是在有多個(gè)操作量與被調(diào)量的情況下，在哪個(gè)操作量去控制哪個(gè)被調(diào)量是要認(rèn)真加以選擇的，有些情況下還需要通過實(shí)驗(yàn)仿真等方法確定操作量與被調(diào)量之間的關(guān)系。
3.1.2.4 控制方案的確定
控制方案與控制目標(biāo)有密切的關(guān)系?？刂撇呗允请S控制目標(biāo)和控制精度要求而不同的，它是整個(gè)設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵步驟。
3.1.2.5 選擇控制算法
控制方案確定了控制算法。在很多情況下，只需采用商品化的常規(guī)調(diào)節(jié)器進(jìn)行PID控制即可達(dá)到目的。對(duì)需要控制高等過程控制算法的情況，如內(nèi)模控制、推理控制、預(yù)測(cè)控制、解藕控制以及最優(yōu)控制等，它們都涉及到較多的計(jì)算，只能借助于計(jì)算機(jī)才能實(shí)現(xiàn)?？刂品桨负涂刂撇呗允强刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，必須引起足夠的重視。
3.1.2.6 執(zhí)行器的選擇
在確定了控制方案和控制算法后，就要選擇執(zhí)行器。目前可供選擇的商品化執(zhí)行器主要是調(diào)節(jié)閥，能滿足大多數(shù)控制系統(tǒng)的需求。因此，只要根據(jù)操作量的工藝條件及調(diào)節(jié)閥流量特征的要求選擇合適的調(diào)節(jié)閥就可以了?？墒沁@一步驟往往被忽視，不是調(diào)節(jié)閥的規(guī)格選得過大或過小，就是流量特征不匹配，以致控制系統(tǒng)不能達(dá)到預(yù)期