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摘要：目前水利工程上人工制砂主要是采用棒磨制砂机。制成砂的质量及砂的细度模数是否符合水工混凝土的要求标准，一般靠值班人员用手摸，凭经验确定。较准确的是在棒磨制砂机出口处人工取样，拿回实验室，按规范进行烘培干燥，然后在试验摇筛上筛分，分别称出各级筛余量的重量，再通过计算而得出这批砂样的细度模数。如果砂细了，就增加棒磨机的进料量；反之，砂粗了，就减少棒磨机的进料量。前者靠人工凭经验判断制砂的质量，因人而易，误差很大，不可靠；后者虽然测定准确，但测定时间长，不能随时反馈调控，而且增加人工工作量。本文分析了制砂机砂质量的自动控制。
关键词：制砂机；砂质量；自动控制；
一、机制砂质量存在问题与原因分析
1.存在问题：①机制砂细度模数偏高，特别是在3~6月间生产的机制砂细度模数大部分抽样达到3.4以上，而设计值要求在2.6~3.4之间，同时石粉含量偏低。②提高机制砂的石粉含量后亚甲蓝MB值超过规范允许值1.4，说明机制砂含泥量超标。③机制砂的颗粒级配出现粗颗粒与石粉多而中间颗粒少的锯齿形分布，在使用过程中经常发生堵塞混凝土泵管的事故。
2.原因分析：①母岩是否适合制砂，毛料的开挖与破碎质量控制是否到位；②生产线工艺设计是否合理；③筛网的孔径是否合理；④制砂机的选型是否合理，调试是否到位；⑤洗砂机水量的控制是否到位；⑥操作人员对新设备、新工艺是否熟悉。
二、制砂机砂质量的自动控制
1.自动检测系统。自动检测系统主要由取样机、烘箱、筛分机和称量控制系统组成。（1）取样机.由液压机械臂、取样盒和开盖机构组成。开盖机构启动，关闭取样盒下盖，液压机械臂转动，将连接前端的取样盒伸到制砂机出料口处取样，活塞杆回缩，带动机械臂转动。将取样盒送到烘箱进口处，开盖机构打开取样盒下盖，砂样落入烘箱中。（2）烘箱。内置转动滚筒。在取样机启动同时，烘箱和滚筒也同时启动。砂样进入转动滚筒中，边翻动边受热烘培脱水。滚筒是斜置式的，倾斜角度可根据砂样脱水时间要求来调节。烘箱内的温度也可调节。砂样在进入筛分机时，脱水可达到90%以上。（3）筛分机。由平面斜置式振动筛构成，共有七层筛网，分别是4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm方孔筛和0.075mm方孔筛。主要工作是将砂样分级，即将砂样分为4.75mm方孔筛筛余量ω1，2.36mm方孔筛筛余量ω2，1.18mm方孔筛筛余量ω3，0.6mm方孔筛筛余量ω4，0.3mm方孔筛筛余量ω5，0.15mm方孔筛方孔筛筛余量ω6和0.075mm方孔筛方孔筛筛余量ω7，然后通过各自的溜槽分别进入下面的称量装置。振动筛倾斜角度可调节。（4）称量装置。由独立的电子秤组成。称量盒下有开盖机构，称量完毕，开盖机构打开盒盖，砂样顺溜槽排出。称量的信号发送到中央控制系统。
2.中央控制系统。中央控制系统主要由单片机、显示器、键盘和打印机等组成，并留有通信接口。将该次砂样的细度模数与要求控制的砂细度模数作比较。计算结果和比较之后的结果将显示和打印，同时向反馈控制系统发出指令。说明制成砂偏粗，反馈控制使进料口振动给料机的开口减小，反之则开口加大。开口大小程度的偏差大小有关，这在试机时进行调整。在砂水分自动测控仪的研制方面，国内与国外相比还存在较大的差距。工艺性能法是一种已在实际生产中获得应用，但却并非最简单快捷的测试方法。一般来说，采用电量方法并将传感器安装在混砂机内直接测出型砂水分，是较理想的做法。而综合成本、仪器结构的复杂性、安全性等因素，在各种电量方法中电阻法和电容法用得比较多。该系统采用自行研制的电容式集成水分传感器，将传感器安装在混砂机内，应用先进的数据采集和自动控制技术，不需专门取样，直接对型砂水分进行检测，具有控制精度高、运行可靠、安装操作方便等特点，实际应用试验表明本系统较好地符合生产实际要求。
3.反馈控制系统。反馈控制系统由液压装置和振动给料机组成。液压活塞杆带动给料机开口处的活动翻板，控制开口大小控制给料量的多少。测量时对冲头施加垂直压力，位移传感器测得冲头下移距离，同时压力传感器测得砂样所受的压力。当压力达到某一预定的值时，记录下此时对应的砂样高度，随着手施压力的加大，当其达到另一预定的值时砂样高度。此时可通过相应数据运算与处理得到型砂的紧实率数值。采用保证了每次测试时型砂初始密度的一致，因而省去了以往的“过筛”工序。使用时只需在生产现场将待测砂样装满试筒，用手直接施压即可获得该型砂紧实率的数字显示结果。砂水分是影响铸造工艺性能最主要也是最敏感的参数之一，型砂水分控制的好坏直接关系到铸件的质量，准确而快速地测量和控制型砂水分是提高铸件质量、降低铸件废品率的重要手段。到目前为止，砂水分测试方法大约发展到几十种。它们可以分为直接法和间接法两大类。直接法是指通过干燥或化学反应测出绝对含水量；间接法是指通过测量与水分变化相关的物理量或工艺性能指标来确定水分。通常说来，直接法测量精度高，但速度慢，适合于实验室检测用，一般不能用于生产线上连续测量；间接法测量虽然精度达不到直接法水平，但测试速度快，且精度能满足要求，因而有可能用于水分在线测量。间接测量法包括：电阻法、电容法、电感法、红外吸收法、微波法、核磁共振法、中子法、工艺性能法等。
三、展望
随着砂性能和组分在线检测技术在生产中的日益广泛应用，在线检测技术已经越来越成熟，尤其是对紧实率、湿强度的快速测试，大大减轻了技术人员的工作强度，同时也将因人工测量带来的误差降至最低。然而，人们并不仅仅满足于此，许多厂家以原有的检测仪为核心建立了闭环在线控制系统。随着砂理论和工艺研究的逐步深化，电子技术、计算机技术、控制理论的应用与发展，将计算机技术、人工智能技术与型砂工艺相结合是型砂质量控制系统的发展方向。各国的研究工作者正在将一些比较典型的自动控制理论应用于型砂质量控制领域。在生产过程自动控制的发展历程中，比例积分微分控制（PID）是历史最久、生命力最强的基本控制方法。近年来，国内外利用人工神经网络原理对型砂性能和成分之间定量关系进行了研究，建立了相应的网络模型。利用人工神经网络原理，选取了既能较好地反映型砂成分变化又适宜于在线检测的5种性能（紧实率、水分、温度、透气率、劈裂强度）作为检测项目，从而实现型砂质量的在线控制。目前，在线检测一般针对型砂的性能，如紧实率、湿强度、透气性等，针对砂组分的在线检测主要是含水量的测量，还难以完全实现按组分控制。当然，随着自动检测技术的进步，砂质量控制系统还将出现一些新的模式。在仪器结构和功能方面，测控仪将继续向数字化、微型化、智能化、连续化、综合化、通用化和系统化方向发展。砂质量检测与控制技术的进步必将在我国从铸造大国变为铸造强国的进程中发挥不可低估的作用。
用机电设备模拟实验室的工作过程，以取代人工检测，减少反馈控制时间，基本上能满足制砂质量控制要求。至今还没有合适的非接触检测手段来检测砂细度模数，而这套机电控制系统是简易可行的，也是较可靠的。
参考文献：
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