根據(jù)調(diào)速電子皮帶秤的基本原理解決水泥磨配料秤存在的問題

何建強

（廣西魚峰水泥股份有限公司，廣西 柳州 545008）

【摘 要】文章闡述了調(diào)速電子皮帶秤的基本原理，針對水泥磨生產(chǎn)中的各物料配比，介紹了皮帶秤的結(jié)構(gòu)原理和影響皮帶秤計量的因素及水泥磨皮帶秤在使用過程中存在的問題，并針對問題提出了解決方案，提高了水泥磨的生產(chǎn)效率，節(jié)約了成本，提高物料配比精度。

【關(guān)鍵詞】電子皮帶秤；稱量傳感器；測速傳感器；托輥；計量段；標定；功率

【中圖分類號】TH715 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）05-0090-05

在生產(chǎn)中常需對散料在皮帶輸送的過程進行稱量，而且還需對輸送中的流量進行調(diào)節(jié)、控制，達到準確的配比。皮帶秤在配料系統(tǒng)中擔任著重要的角色，在生產(chǎn)中，因為配料的質(zhì)量達不到要求，一是會浪費原材料，二是會影響生產(chǎn)的順利進行及產(chǎn)品的質(zhì)量。所以要給予配料中的計量工作足夠的重視。針對水泥磨生產(chǎn)中的各物料配比，從皮帶秤的結(jié)構(gòu)原理、影響皮帶秤的因素等方面，闡述解決水泥磨皮帶秤存在的問題的方法，提高了水泥磨的生產(chǎn)效率，節(jié)約了成本，提高了物料配比精度。

1 皮帶秤的結(jié)構(gòu)及原理

1.1 皮帶秤的基本結(jié)構(gòu)

皮帶秤的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 皮帶秤的稱重原理

皮帶秤的稱重是物料在輸送狀態(tài)下利用稱重傳感器和測速傳感器，把皮帶上通過的物料與皮帶速度轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過現(xiàn)場放大器對2組信號進行適當處理，輸送給主控計算機進行運算、調(diào)節(jié)、控制，完成皮帶秤自動連續(xù)累計稱量。

物料在皮帶的引導(dǎo)下通過計量段，計量段通過稱量托輥將物料重力作用在稱重傳感器上。計量平臺用“十”字彈片與框架連接。

為測得運動皮帶上單位長度的瞬時流量，可運用積分進行計算。

皮帶秤運轉(zhuǎn)輸送物料時，PC連續(xù)測量皮帶上每單位長度的載荷值q（kg/m）并與皮帶在同一時刻的速度v（m/s）相乘，測得物料的瞬時流量q×v（kg/m）。因為物料的不均性及皮帶速度隨時間的變化而變化，所以在時間T的時間間隔的累計流量，可用以下積分公式表示：

W=

上式中：W為隨時間間隔物料的累計量，kg；T為物料通過秤的時間；q（t）為皮帶上單位長度上的物料重量，kg/m；v（t）為物料在皮帶上運行的速度，m/s。

1.3 皮帶秤測量原理

皮帶在勻速輸送物料的情況下，在時間T內(nèi)的總輸送量：

W=Q×v×T

上式中，Q為皮帶上通過計量段的物料重量，kg/m；v為物料在皮帶上運行的速度，m/s。

此外，為提高皮帶秤的計量精度，必須定期對皮帶秤進行去皮操作。因為皮帶本身有一定的重量，這時稱重傳感器檢測到重量大于實際物料的重量，所以皮帶秤在投入工作前，必須進行標定。標定是為了去除皮帶的重量，讓稱重傳感器只檢測物料的重量。稱重傳感器只能檢測到壓力，而不能檢測到流量，流量=重量×皮帶速度。標定的作用就是獲得流量系數(shù)K；標定原理為設(shè)定一個流量系數(shù)（給定流量已確定），運行穩(wěn)定后，就得到一個穩(wěn)定顯示的流量：顯示流量=凈重×假定流量系數(shù)。取3次物料，每次取皮帶秤運行20 s，即可算出實測流量：實測流量=物料重量/時間。

因為實測流量=凈重×正確的流量系數(shù)，所以凈重=顯示流量/假定流量系數(shù)。物料凈重=實測流量/正確的流量系數(shù)。即，正確的流量系數(shù)=假定流量系數(shù)×實測流量/顯示流量。按以上公式計算，就可以得到正確的流量系數(shù)。

1.4 皮帶秤常用秤架

皮帶秤的常用秤架如圖2所示。

2 影響皮帶秤計量的幾點重要因素

稱重計量系統(tǒng)如圖3所示。

從皮帶秤的計量原理可知，皮帶秤的載荷集度是指皮帶單位長度上稱量物料的質(zhì)量；而皮帶秤的流量則為皮帶輸送機的皮帶速度與皮帶上載荷集度的乘積。

由圖3可以看出，皮帶秤的壓力傳感器所接受力的信號，實際是皮帶秤稱量段的物料的總質(zhì)量和皮帶張力在豎直方向上的分力差。如果這個差值是一個穩(wěn)定值，那么皮帶秤對于物料流量的計量和控制，將是一個較精確和穩(wěn)定的值。但是，由于倉位的變化、皮帶運行時阻力及熟料溫度發(fā)生變化等，直接或間接地帶來皮帶張力的大小變化和方向變化，也造成了皮帶秤計量段懸鏈線長度的變化，從而使皮帶秤傳感器和物料的載荷集度間的函數(shù)關(guān)系發(fā)生變化，而偏離原標定過程兩者間的關(guān)系，直接影響皮帶秤的計量精度。

因此，提高皮帶秤實際計量精度可從3個方面入手：加大載荷與張力的比值，使張力的變化對于計量的影響權(quán)重減?。环€(wěn)定張力的變化；穩(wěn)定張力的角度。

在實際應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)了皮帶秤的誤差來源，德國學(xué)者提出了影響皮帶秤壓力傳感器的受力計量的計算公式：

F=Q×L±△=Q×L±kITG/L

上式中，Q為皮帶物料載荷度；L為計量托輥間皮帶懸鏈線的實際長度；△為壓力傳感器的誤差項；k為因設(shè)備而定的系數(shù)；I為托輥的不平直度；T為皮帶張力；G為皮帶剛度。

以上公式的關(guān)系表明了皮帶秤的各內(nèi)參數(shù)對壓力傳感器輸出的失真影響。在實際應(yīng)用中，盡量提高Q和L的值，提高它們在壓力傳感器受力中的權(quán)重，對于第二組數(shù)據(jù)，盡量穩(wěn)定分子式中分子的各項值，適當加大分母的取值，降低它在壓力傳感器受力的權(quán)重。盡量減小以上各參數(shù)的變化，從而減小計量狀態(tài)與標定狀態(tài)的差值，提高計量精度。

保持較長計量段，實際上是保持較大皮帶載荷與皮帶張力兩者的比值，這樣皮帶的張力大小和方向的變化對于計量精度的影響相對較小。國際計量組織推薦較大的計量段與皮帶寬度的比值，正是從這點出發(fā)，大大改善了計量條件。我國引進技術(shù)生產(chǎn)的“申克”“大和”等電子調(diào)速皮帶秤，都保持了較長的計量段。在運行中，盡可能在穩(wěn)定輸送皮帶速度的前提下，降低運行速度，加大物料通過的截面積，提高皮帶上的物料載荷。

電子皮帶秤的阻力（小塊物料夾在托輥和皮帶之間、托輥的不平直等，將導(dǎo)致皮帶豎直張力的改變）將影響皮帶的張力和方向，稱量計量段的物料在壓力傳感器產(chǎn)生作用力與標定狀態(tài)時，兩者的函數(shù)關(guān)系將發(fā)生較大的變化，從而使原來標定的常數(shù)發(fā)生漂移，使計量出現(xiàn)偏差。

物料的溫度變化會改變皮帶的剛度，物料溫度高，皮帶變軟，皮帶的剛度降低，反之，皮帶鋼度提高。而剛度的變化，將改變托輥與皮帶間鏈線的長度，此時壓力傳感器的壓力值與載荷集度之間的比例和關(guān)系將改變，標定系數(shù)將發(fā)生漂移，影響計量精度。

秤架在設(shè)計中要著重考慮擾曲度，秤架與稱重系統(tǒng)的傳感器、傳輸系統(tǒng)、測速系統(tǒng)、輸送機的傳輸系統(tǒng)的擾曲度不能太大，對于支撐稱量段的托輥段，其擾曲不能超過0.4 mm，輸送機的縱梁鋼度要夠，不能有伸縮和接頭盒縱梁拼接的情況；平直度一定要夠。

3 水泥磨配料秤存在的問題及改進

在這條水泥磨生產(chǎn)線上，出現(xiàn)原料庫盤庫原料數(shù)量多，水泥磨生產(chǎn)的水泥數(shù)量多，但水泥庫盤庫時虧庫的情況；此外，水泥磨的孰料配料秤常發(fā)生皮帶嚴重跑偏和飛車現(xiàn)象，水泥質(zhì)量有波動。

3.1 電子皮帶秤廠家及主要參數(shù)

3.1.1 熟料秤

無錫港暉電子有限公司生產(chǎn)；皮帶寬度：1 200 cm表頭最大設(shè)定產(chǎn)量：160 t/h；輸送電機：3.3 kW； 變頻器：西門之ACS355-03E-07A3；壓力傳感器量程：200 kg（200 Hsx-A）；速度傳感器：EKT8030-0021-2000BZ2-12-24F。

3.1.2 其他3臺輔材秤

皮帶寬度：800 cm；表頭最大設(shè)定產(chǎn)量：30 t/h；輸送電機：2.2 kW；變頻器：西門之ACS355-03E-07A3；

壓力傳感器量程：100 kg（200 Hsx-A）；速度傳感器：EKT8030-0021-2000BZ2-12-24F。

3.2 水泥磨系統(tǒng)參數(shù)

水泥磨設(shè)計產(chǎn)能：160 t/h；水泥磨系統(tǒng)總功率：

7 300 kW。

3.3 生產(chǎn)產(chǎn)量不平衡

由于生產(chǎn)產(chǎn)出數(shù)據(jù)不平衡，水泥磨的產(chǎn)量大于出廠水泥的量（盤庫后），而人為地設(shè)定水泥磨電子皮帶秤的標定系數(shù)：熟料秤標定系數(shù)除以1.25；混合材秤標定系數(shù)除以1.05；石膏秤標定系數(shù)除以1.07；備用秤標定系數(shù)除以1.06。

人為地將水泥磨的水泥生產(chǎn)量與出廠的水泥量及庫存三者的數(shù)據(jù)平衡。這很不科學(xué)，有問題存在。

經(jīng)了解，原料庫料多，屬于誤差正常范圍；而水泥磨生產(chǎn)水泥與庫存水泥數(shù)據(jù)對不上，問題出在哪里？是生產(chǎn)數(shù)量計量不對，還是出廠計量有問題，或是盤庫有問題呢？使用盤庫方法（庫深3條生產(chǎn)線都是使用雷達料位計，一條生產(chǎn)線用重錘料位器）檢查后發(fā)現(xiàn)，3條線盤庫都未出現(xiàn)問題，出廠計量都是使用相同的汽車衡，未出現(xiàn)問題。問題縮小在這條生產(chǎn)線的水泥磨計量和水泥庫庫存兩者之中。水泥庫庫存量屬于計算范疇（水泥庫可用實測庫深計量計算），問題最后縮小在水泥磨系統(tǒng)的4臺計量秤上。

3.3.1 從標定系數(shù)計算

人為更改標定系數(shù)的范圍。

按原來的標定方法，標定系數(shù)=舊標定系數(shù)，假設(shè)標定后新標定系數(shù)為3，最后設(shè)定皮帶秤的標定系數(shù)：

熟料秤實際標定系數(shù)=

混合材秤實際秤標定系數(shù)=

石膏秤實際標定系數(shù)=

3臺皮帶秤人為設(shè)定標定系數(shù)均值=（2.40+2.86+2.80）/3≈2.69。

從假設(shè)的新標定系數(shù)3與最后人為設(shè)定標定系數(shù)均值2.69，兩者標定系數(shù)相差約10%。

那么，從以上標定系數(shù)的計算結(jié)果看，水泥磨的3臺皮帶秤應(yīng)該是總重量多計了約10%。

3.3.2 從電子皮帶秤的測量原理計算

皮帶在勻速輸送物料的情況下，在時間T內(nèi)的總輸送量：

累計量W=q×v×T

用鏈碼標定：標準連碼為10個一組，每個4 kg。

標注重量=40 kg×電子皮帶秤恒速×?xí)r間

新標定系數(shù)=新標準重量分之舊標準重量×舊標定系數(shù)

定期標定時，標注重量按44 kg×電子皮帶秤恒速×?xí)r間計算，原因是答標準鏈碼應(yīng)是1 m，而11個4 kg的砝碼組成的鏈碼剛好是1 m。

假設(shè)舊標定系數(shù)=3

舊標準重量=200 kg

新標準重量=q×v×T

40 kg鏈碼標定：

新標準重量=q×v×T=40×v×T

A新標定系數(shù)=舊標定系數(shù)=

舊標準重量計算=q×v×T=

B新標定系數(shù)=舊標定系數(shù)=

兩者標定系數(shù)誤差=A新標定系數(shù)/B新標定系數(shù)=

從標定原理計算的標定系數(shù)誤差為10.9%，與原來人為設(shè)定的標定系數(shù)值相比，兩者相差約10%，兩者的計算值基本相等，問題就出在這里，明顯是將標定計量段的計量區(qū)域是1 m與標定鏈碼為1 m的概念相混淆。其實不管鏈碼是1 m還是1 m多，電子皮帶秤只計量壓在計量段的累計重量，因此這是對電子皮帶秤計量段理解錯誤的問題。

按正確的標定方法標定，兩個月后發(fā)現(xiàn)，盤繞這條生產(chǎn)線4年多的原料庫、水泥磨生產(chǎn)線、出廠水泥數(shù)據(jù)對不上，人為設(shè)定計量稱系數(shù)的問題迎刃而解，從而保證了各物料的正確計量。

3.4 從理論分析熟料秤跑偏、飛車問題及改進

原熟料秤不知何故在秤架自動張緊裝置后方多增加了長200 mm的機械部分，“O”形皮帶的長度也比原秤的“O”形皮帶長，如圖4（a）部分。由于機械部分加工的孔徑誤差較大，皮帶秤調(diào)整好運行很短的一段時間后，增加部分就會下沉，如圖4（b）部分。

這種下沉改變了原來皮帶與托輥線性受力關(guān)系，會使皮帶跑偏，造成原標定零點漂移，使計量不準確。去掉皮帶秤秤架增加部分，皮帶跑偏問題有所好轉(zhuǎn)，但皮帶跑偏的問題還是沒有解決。

從理論分析影響熟料秤跑偏及飛車的幾個要點分析和改進。

3.4.1 計量原理

累計量W=q×v×T

3.4.2 速度傳感器因素

（1）速度傳感器。由于速度傳感器是光電機械結(jié)構(gòu)，所以常常會出現(xiàn)以下幾種情況：{1}光柵有局部堵塞現(xiàn)象，即灰塵堵住了透光縫，導(dǎo)致光敏管接受的光強度不夠，引起光電轉(zhuǎn)換時，電脈沖的丟失。{2}軸承損壞引起竄軸而使波形占空比不穩(wěn)定。輸出信號幅度偏低。{3}屏蔽線接觸不良，信號竄入。以上幾點，都會引起速度的變化，嚴重時會造成飛車。

改進措施：對安裝速度傳感器的部分做了密封盒，引入一根小風(fēng)管，調(diào)節(jié)好風(fēng)量，往外吹風(fēng)，盡量減少灰塵對速度傳感器的影響。

（2）稱重傳感器。{1}稱重平臺被物料卡死，物料的重量無法傳導(dǎo)至稱重傳感器，從而引起飛車。{2}稱量段的托輥轉(zhuǎn)動不靈活，托輥不在同一水平線上。由于運動阻力或物料在皮帶上的重量不能完全傳導(dǎo)至重力傳感器而導(dǎo)致計量不準確。

改進措施：首先換掉轉(zhuǎn)動不靈活的托輥，一旦發(fā)現(xiàn)托輥有損壞的情況，要及時跟換或修復(fù)，定期對托輥進行潤滑。托輥運轉(zhuǎn)不靈活會損壞皮帶，減少皮帶的使用壽命；在計量段的托輥損壞，也會影響計量的準確性。其次調(diào)整托輥的水平，使托輥在同一水平面上。

（3）皮帶跑偏。{1}物料掉進托輥與皮帶之間（如圖5所示），引起皮帶跑偏。{2}灰塵撒落不均勻，集在托輥與皮帶之間的灰塵形成小契塞，引起皮帶跑偏。{3}熟料的溫度是無法控制的，在生產(chǎn)中溫度會造成張力變化，使受力不均勻，引起皮帶跑偏。

物料掉入皮帶與托輥之間，引起皮帶跑偏。

當皮帶嚴重跑偏時，首先皮帶觸壁（碰到秤架）會增加輸送阻力；其次皮帶左右來回擺動，造成速度來回波動，這時皮帶秤計量的累積量與原標定設(shè)定值就會頻繁出現(xiàn)偏差，PC經(jīng)過運算，使PID調(diào)節(jié)頻繁，輸送速度忽高忽低，極易造成輸送皮帶上熟料不均勻而一段料多，一段料少的情況，易使熟料從皮帶上撒落。如果掉落到皮帶與托輥之間，易出現(xiàn)堵料、計量不準確等后果。

改進措施：{1}如圖6所示改進下料斗，改變熟料在輸送皮帶上的堆料形狀，使熟料盡量不撒落。從圖6中可看出，皮帶寬度略顯偏窄，皮帶寬度過窄的壞處是物料堆存在皮帶上的量較少，為達到正常設(shè)定的生產(chǎn)量，皮帶輸送的速度將會提高，則皮帶跑偏的可能性較大。如果改為1 500 mm的皮帶，則效果會更好。{2}維護好皮帶防跑偏裝置，并保證其靈敏可靠。加強巡檢，在發(fā)生皮帶跑偏時，及時調(diào)整計量的張緊裝置，糾正皮帶運行。

（4）物料流量。從皮帶秤的工作原理可知，皮帶秤的皮帶承載量能滿足輸送系統(tǒng)的額定速度的50%以下，皮帶秤的運行將會比較穩(wěn)定，計量精度將會有很大的提高，滿足計量要求。低速時，對于皮帶的調(diào)校，更容易、快速，使用穩(wěn)定。在生產(chǎn)中，物料流量運行最好控制在效準流量幅度的20%范圍之內(nèi)，最大流量不要超過120%Qmax，皮帶秤載荷為額定流量的60%～80%進行輸送，這樣不但有助于皮帶秤的計量精度，而且會延長設(shè)備的使用壽命。

改進措施：嚴格要求中控操作員，不要因搶產(chǎn)量，而將生產(chǎn)參數(shù)設(shè)定超過皮帶秤的設(shè)計計量范圍。

4 改進結(jié)果

針對計量秤的問題進行改進后得出以下結(jié)果。

（1）產(chǎn)出數(shù)據(jù)：平衡。

（2）磨的運轉(zhuǎn)效率：改進前，計量秤影響磨的運轉(zhuǎn)占比為50%；改進后，計量秤基本不影響磨的正常運轉(zhuǎn)。

（3）秤的標定系數(shù)：改進前1～3次/月；改進后標定時間正常標定。

（4）節(jié)能降耗：因計量秤停磨最少10次/月，從開磨到正常生產(chǎn)需30 min/次，水泥磨系統(tǒng)總功率為7 300 kW，每月可節(jié)約電能36 500 kW。

（5）質(zhì)量：改進后的計量秤計量較為精準，各物料的配比正常，無太大波動，質(zhì)量平穩(wěn)。

參 考 文 獻

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[責任編輯：陳澤琦]

【作者簡介】何強，男，廣西魚峰水泥股份有限公司助理工程師，從事現(xiàn)場管理工作。