攪拌設(shè)備瀝青秤結(jié)構(gòu)形式及標(biāo)定方法研究

劉世清+趙平安+李壯

摘要：以瀝青計(jì)量系統(tǒng)的瀝青秤為研究對(duì)象，對(duì)比分析了增量秤和減量秤的工作原理和加熱方式，建立了減量秤浮力系數(shù)的計(jì)算公式，提出了增量秤和減量秤的標(biāo)定方法及其標(biāo)定過(guò)程中的注意事項(xiàng)，并結(jié)合某一級(jí)公路進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)標(biāo)定的瀝青秤可以提高瀝青計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，可以保證瀝青混合料的質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：攪拌設(shè)備；增量秤；減量秤；浮力系數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U415.52文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Research on Structure and Calibration of Asphalt Weighing Scales of Asphalt Mixing Plant

LIU Shiqing1， ZHAO Pingan2， LI Zhuang2

（1. Eighth Branch for Highway Project Management of Inner Mongolia Highway Construction and Development

Co.， Ltd.， Hohhot 010051， Inner Mongolia， China； 2. Key Laboratory of Road Construction Technology and

Equipment of Ministry of Education， Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China）

Abstract： By taking the asphalt weighing scales as the subject of study， the working principle and the heating method of the incremental scale and the reduction scale were compared， and the calculation formula of buoyancy coefficient was established. Methods and matters that need attention in the calibration process were proposed. The results of tests on a firstgraded highway show that the calibrated asphalt scales can improve the accuracy of the asphalt metering system and ensure the quality of the asphalt mixture to meet the design requirements.

Key words： mixing plant； incremental scale； reduction scale； buoyancy coefficient

0引言

間歇式瀝青混合料攪拌設(shè)備中物料的計(jì)量方式主要為稱(chēng)重式計(jì)量。稱(chēng)重式計(jì)量的工作原理是：用電子傳感器測(cè)量計(jì)量桶內(nèi)物料的質(zhì)量并轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸出到顯示屏上。計(jì)量秤包括骨料秤、瀝青秤、粉料秤，本文主要對(duì)瀝青秤進(jìn)行研究。在瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程中，瀝青含量是關(guān)鍵的控制技術(shù)指標(biāo)之一，瀝青含量的多少直接影響瀝青路面的質(zhì)量[13]。瀝青含量偏多時(shí)，路面容易產(chǎn)生車(chē)轍、擁包、乏油等病害；瀝青含量偏少時(shí)，路面容易發(fā)生網(wǎng)裂、松散等病害。因此，準(zhǔn)確計(jì)量瀝青含量是生產(chǎn)符合設(shè)計(jì)要求的瀝青混合料的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一[46]。交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《強(qiáng)制間歇式瀝青混合料攪拌設(shè)備》（JT/T 270—2002）規(guī)定：靜態(tài)瀝青配料計(jì)量準(zhǔn)確度指標(biāo)為±

025%，動(dòng)態(tài)瀝青配料計(jì)量準(zhǔn)確度指標(biāo)為±2%。許多學(xué)者、從業(yè)人員對(duì)提高瀝青秤計(jì)量準(zhǔn)確度和降低配料誤差作了大量研究。李玉平對(duì)稱(chēng)量電路進(jìn)行了改造，提高了瀝青秤的稱(chēng)量精度和穩(wěn)定性[7]；劉武斌等認(rèn)為采用二次稱(chēng)量方式可有效減少瀝青的飛料，從而減小配料誤差[810]；余建輝認(rèn)為瀝青供料閥門(mén)設(shè)計(jì)為大小閥或者采用兩節(jié)氣缸實(shí)現(xiàn)二次關(guān)門(mén)，可減少瀝青沖量帶來(lái)的誤差[11]；劉洪海等認(rèn)為采用負(fù)反饋的方法對(duì)落料誤差進(jìn)行修正，可將配料誤差控制在允許范圍內(nèi)[1217]。由于缺乏理論依據(jù)和指導(dǎo)方法，在工程實(shí)踐中，從業(yè)人員很少在攪拌設(shè)備工作前對(duì)稱(chēng)量系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)和校核。針對(duì)瀝青秤結(jié)構(gòu)的多樣化，本文從不同結(jié)構(gòu)的瀝青秤及其標(biāo)定時(shí)應(yīng)采取的相應(yīng)方法進(jìn)行分析，以提高瀝青稱(chēng)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

1瀝青秤結(jié)構(gòu)分析與比較

根據(jù)瀝青秤的結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，可將其分為增量秤和減量秤。增量秤結(jié)構(gòu)和實(shí)物見(jiàn)圖1、2，其工作原理為：當(dāng)攪拌設(shè)備配料時(shí)，若拌和一鍋混合料需要的瀝青質(zhì)量為P，增量秤則稱(chēng)量同等質(zhì)量的瀝青，然后通過(guò)出油管從計(jì)量桶底部抽走全部瀝青。增量秤的出油管位于計(jì)量桶下方，因而不受浮力的影響。減量秤的結(jié)構(gòu)和實(shí)物見(jiàn)圖3、4，其工作原理為：當(dāng)攪拌設(shè)備配料時(shí)，若拌和一鍋混合料需要的瀝青質(zhì)量為P，通過(guò)進(jìn)油管向計(jì)量桶加入質(zhì)量為Q的瀝青（Q>P），吸油管通過(guò)泵從計(jì)量桶內(nèi)抽瀝青，直到計(jì)量桶中剩余瀝青的質(zhì)量為L(zhǎng)（L=Q-P）時(shí)，泵停止工作。由于減量秤的吸油管和導(dǎo)熱油管都浸入計(jì)量桶的瀝青中，瀝青對(duì)管道又有一定的浮力作用，導(dǎo)致實(shí)際質(zhì)量與控制室表顯質(zhì)量不一致，需考慮浮力修正系數(shù)。

所示，當(dāng)瀝青計(jì)量系統(tǒng)采用減量秤配料時(shí)，瀝青液面始終高于a位置，即始終保持吸油管管口沉浸在瀝青中，吸油管和導(dǎo)熱油管受到計(jì)量桶內(nèi)瀝青的浮力作用，將產(chǎn)生反作用力到減量秤的傳感器上，從而影響稱(chēng)量的準(zhǔn)確度。瀝青初始高度在c位置時(shí)，瀝青質(zhì)量為Mc，浮力為fc；瀝青稱(chēng)量終了高度處于b位置時(shí)，瀝青質(zhì)量為Mb，浮力為fb；定義浮力系數(shù)γ為被抽走瀝青的實(shí)際質(zhì)量與其表顯質(zhì)量之比endprint

γ=MgF（1）

F=Mg+f（2）

f=ρgv（3）

Me=Mc-Mb（4）

Me=ρ（s1-s2-2s3）h（5）

fc-fb=ρg（s2+2s3）h（6）

式中：F為稱(chēng)量傳感器的受力（N）；M為瀝青質(zhì)量（kg）；g為重力加速度（m·s-2）；f為管道所受的浮力（N）；ρ為瀝青的密度（kg·m-3）；v為管道浸入瀝青所占的體積（m3）；Me為被抽走的瀝青質(zhì)量；h為Me部分瀝青占據(jù)計(jì)量桶的高度（m）；s1為計(jì)量桶的底面積（m2）；s2為吸油管的橫截面積（m2）；s3為導(dǎo)熱油管的面積（m2）。

將式（2）～（6）代入式（1），可得

γ=s1-s2-2s3s1（7）

由式（7）可知，浮力系數(shù)的大小與瀝青液面高度、瀝青密度等無(wú)關(guān)，只取決于浸入瀝青中管道的截面積與計(jì)量桶底面積的比值，比值越大，γ越小，實(shí)際的瀝青質(zhì)量與表顯質(zhì)量之間的偏差越大。當(dāng)瀝青計(jì)量桶和管道為規(guī)則的等截面時(shí)，浮力系數(shù)為定值。在管道面積不變的情況下，瀝青拌和站設(shè)計(jì)人員可適當(dāng)增大計(jì)量桶的底面積，從而使浮力系數(shù)減小，降低浮力對(duì)減量秤計(jì)量準(zhǔn)確度的影響。

為了確保瀝青在計(jì)量桶中維持規(guī)定的溫度，在瀝青稱(chēng)量系統(tǒng)設(shè)置了加熱裝置。其加熱方式有2種：利用電加熱器加熱瀝青；在計(jì)量桶底部布置蛇形導(dǎo)熱油管，通過(guò)導(dǎo)熱油利用熱傳導(dǎo)機(jī)理循環(huán)加熱瀝青，從而保證瀝青溫度達(dá)到所需要求。若減量秤利用電加熱器加熱瀝青，便不存在導(dǎo)熱油管對(duì)浮力系數(shù)的影響，則浮力系數(shù)為

γ=s1-s2s1（8）

2瀝青秤標(biāo)定方法

由于增量秤和減量秤的結(jié)構(gòu)和工作原理不同，需要采用不同的標(biāo)定方法保證瀝青秤的準(zhǔn)確度。標(biāo)定是指使用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量?jī)x器校準(zhǔn)所使用儀器的精度。通常在施工現(xiàn)場(chǎng)采用四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼校準(zhǔn)瀝青秤，校準(zhǔn)完成后使其靜態(tài)計(jì)量準(zhǔn)確度符合要求。取不小于瀝青秤量程的80%進(jìn)行標(biāo)定工作，按式（9）計(jì)算相對(duì)誤差，若|δ|≤0.25%則該瀝青秤符合生產(chǎn)要求。

δ=m1-m2m1（9）

式中：m1為實(shí)際質(zhì)量，m2為表顯質(zhì)量。

2.1增量秤標(biāo)定方法

（1）在操作界面直接進(jìn)行清零。

（2）在瀝青秤上均勻放置質(zhì)量為D（不小于瀝青秤量程的80%）砝碼，將數(shù)值輸入標(biāo)定界面，使標(biāo)定狀態(tài)下表顯質(zhì)量等于實(shí)際質(zhì)量。

（3）從瀝青秤上取下質(zhì)量為D/2砝碼，從操作界面上讀取瀝青秤示數(shù)，計(jì)算相對(duì)誤差δ。

（4）取下所有砝碼，觀察零點(diǎn)。

（5）在操作界面上對(duì)秤清零后加上質(zhì)量為D/2砝碼，得到瀝青秤顯示值和實(shí)際值，計(jì)算相對(duì)誤差δ。

（6）加上質(zhì)量為D/2砝碼，讀取終值并計(jì)算相對(duì)誤差δ。

若|δ|≤0.25%，表明瀝青秤滿足規(guī)范要求，否則應(yīng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查并重新標(biāo)定。為了減小偶然誤差，整個(gè)檢驗(yàn)過(guò)程需重復(fù)多次，按式（10）取均值。

δ[KG*3]-=∑ni=1δin（10）

式中：δ[KG*3]-為誤差平均值；δi為第i次的相對(duì)誤差，i=0，…，n。

2.2減量秤標(biāo)定方法

（1）在瀝青秤上均勻放置3個(gè)20 kg砝碼作為稱(chēng)底（代替沒(méi)過(guò)吸油管管口的瀝青質(zhì)量），清零。

（2）在瀝青秤上均勻放置質(zhì)量為D的（不小于瀝青秤量程的80%）砝碼，由于減量秤自身結(jié)構(gòu)因素，在工作時(shí)存在浮力系數(shù)α（α<1），將質(zhì)量D乘以α得到B，將B輸入標(biāo)定界面，即在該狀態(tài)下表顯質(zhì)量等于瀝青的實(shí)際質(zhì)量。

（3）從瀝青秤上取下質(zhì)量為D/2的砝碼，從操作界面上讀取瀝青秤示數(shù)，瀝青秤實(shí)際稱(chēng)重為D/2乘以α得到的數(shù)值，計(jì)算相對(duì)誤差δ；再取下全部砝碼，觀察零點(diǎn)。

（4）在操作界面上對(duì)秤清零后加上質(zhì)量為D/2的砝碼，得到瀝青秤顯示值和實(shí)際值，計(jì)算相對(duì)誤差δ。

（5）再加上質(zhì)量為D/2的砝碼，讀取終值并計(jì)算相對(duì)誤差δ。

若|δ|≤025%，表明瀝青秤滿足規(guī)范要求，否則應(yīng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查并重新標(biāo)定。為了減小偶然誤差，整個(gè)檢驗(yàn)過(guò)程需重復(fù)多次，按式（10）取均值。

為了保證標(biāo)定的準(zhǔn)確性，應(yīng)當(dāng)注意如下事項(xiàng)：在進(jìn)行清零工作前，應(yīng)檢查瀝青秤軟連接是否恰當(dāng)，周?chē)袩o(wú)異物干擾；對(duì)于減量秤（新樣機(jī)除外）在清零前應(yīng)檢查計(jì)量桶里是否含有殘余瀝青，由于殘余瀝青會(huì)使計(jì)量桶與導(dǎo)熱油管粘連在一起，必須將其排出使導(dǎo)熱油管和計(jì)量桶完全分離，或者加熱殘余瀝青使計(jì)量桶與導(dǎo)熱油管處于自由狀態(tài)；在計(jì)量桶上放置砝碼時(shí)，動(dòng)作要輕緩，擺放均勻，盡可能對(duì)稱(chēng)放置；標(biāo)定時(shí)注意環(huán)境因素的干擾，在風(fēng)速很小、計(jì)量秤顯示數(shù)值穩(wěn)定時(shí)方可標(biāo)定；多次檢驗(yàn)誤差較大，可能存在傳感器損壞、安裝不當(dāng)、線路連接不當(dāng)?shù)葐?wèn)題，應(yīng)要求技術(shù)人員及時(shí)檢查，排除故障后重新標(biāo)定。

3試驗(yàn)驗(yàn)證

結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)某一級(jí)公路其中一標(biāo)段的4000型瀝青混合料攪拌設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，該攪拌設(shè)備的瀝青稱(chēng)量系統(tǒng)為減量秤，浮力系數(shù)γ為0945 5，采用四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)砝碼標(biāo)定，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

對(duì)攪拌設(shè)備的瀝青秤完成標(biāo)定后，得出|δ[KG*3]-|≤025%，可以確認(rèn)瀝青稱(chēng)量系統(tǒng)計(jì)量誤差符合規(guī)范要求。在攤鋪200 m試驗(yàn)路段時(shí)，工作人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，測(cè)試油石比符合設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)語(yǔ)

從工作原理和加熱方式2方面對(duì)比分析了增量秤和減量秤2種瀝青秤，進(jìn)而引入了減量秤的浮力系數(shù)。浮力系數(shù)僅與計(jì)量桶的底面積和浸入瀝青中的管道截面積有關(guān)，與瀝青的黏度、溫度和密度等特性無(wú)關(guān)。當(dāng)瀝青計(jì)量桶和管道為規(guī)則的等截面時(shí)，浮力系數(shù)為定值。在管道面積不變的情況下，瀝青拌和站設(shè)計(jì)人員可適當(dāng)增大計(jì)量桶的底面積，使浮力系數(shù)減小，降低浮力對(duì)減量秤計(jì)量準(zhǔn)確度的影響。針對(duì)不同的瀝青秤，提出了相應(yīng)的標(biāo)定方法及標(biāo)定過(guò)程中的注意事項(xiàng)。endprint

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[責(zé)任編輯：黨卓鈺]endprint