淺談S302電子皮帶秤改造方案與實施

李志杰

摘 要：福建泉州閩光鋼鐵S302電子皮帶秤用于計量煉鐵廠消耗的焦炭量，由于計量穩(wěn)定和準(zhǔn)確性影響因素較多，計量數(shù)據(jù)一直備受爭議。本文簡要介紹了S302電子皮帶秤的改造方案和實施過程，通過改造降低了皮帶秤故障率，提高計量準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，最終為生產(chǎn)提供準(zhǔn)確可靠的計量數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：秤架；鏈碼；稱重傳感器；速度傳感器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.044

福建泉州閩光鋼鐵有限責(zé)任公司煉鐵廠生產(chǎn)使用的焦炭經(jīng)火車運輸?shù)搅蠄?，然后通過S302皮帶輸送到配料倉，其皮帶秤計量的數(shù)據(jù)直接遠(yuǎn)傳至煉鐵廠中控室，生產(chǎn)技術(shù)人員通過物料配比有效調(diào)節(jié)生產(chǎn)，改善生產(chǎn)指標(biāo)，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

1 電子皮帶秤系統(tǒng)組成及原理

1.1 系統(tǒng)組成

電子皮帶秤主要由四部分組成：稱重橋架、稱重傳感器、速度傳感器和稱重儀表。

1.2 基本工作原理

裝有載荷傳感器的稱重橋架，安裝于輸送機(jī)的縱梁上，檢測皮帶上的物料重量，產(chǎn)生一個正比于皮帶載荷的電氣輸出信號。速度傳感器直接連在從動滾筒上或測速滾筒上，提供一系列脈沖，每個脈沖表示一個皮帶運動單元，脈沖的頻率正比于皮帶速度。當(dāng)物料通過秤的同時，重量信號和速度信號送到二次儀表，通過放大、A/D轉(zhuǎn)換，計算出瞬時流量和累積量，并顯示于稱重顯示器的前面板。

2 技術(shù)改造方案的確定

2.1 S302皮帶秤改造前的弊端

S302電子皮帶秤自建廠投產(chǎn)使用至今已有16年多，安裝于20多米長的涵洞里，主要存在以下幾點弊端：

（1）環(huán)境差、光線暗。由于涵洞光線不足，不利于秤體衛(wèi)生清理及日常點檢維護(hù)，物料附著秤體不僅磨損皮帶，造成皮帶厚薄不一，還易導(dǎo)致皮帶跑偏；灰塵大、光線暗，影響儀表維護(hù)人員的職業(yè)健康和工作效率。

（2）安全系數(shù)低。點檢維護(hù)皮帶秤時，必須從通道側(cè)爬過橫跨皮帶上方的梯子到達(dá)皮帶另一側(cè)，另一側(cè)設(shè)有排水溝，地面濕滑，存在安全隱患；且涵洞中手機(jī)無信號，校驗、維護(hù)皮帶秤時，與外界溝通困難，既影響工作效率，還存在安全隱患。

（3）鏈碼拆裝費時費力。根據(jù)廠際計量要求，皮帶秤定期采用鏈碼法進(jìn)行校驗，每次校驗前，必須將鏈碼從指定存放位置搬運到秤體安裝位置進(jìn)行組裝，校準(zhǔn)完成后需將拆卸裝箱并搬回指定存放位置。頻繁拆裝易造成鏈碼連接片和鏈碼軸承磨損，間隔校準(zhǔn)時需多次調(diào)整才能使鏈碼處于中間位置，消耗大量的人力和時間。

（4）速度不穩(wěn)定。速度傳感器與測速滾筒為傳統(tǒng)的軸心連接方式，長時間運轉(zhuǎn)，連接套易磨損變形，造成速度波動比較大，波動范圍為（2.07～2.19）m/s，嚴(yán)重影響電子皮帶秤的準(zhǔn)確性。

（5）秤架區(qū)域鋼結(jié)構(gòu)腐蝕嚴(yán)重，不牢固。由于涵洞環(huán)境比較潮濕，秤體區(qū)域為普通鋼結(jié)構(gòu)，腐蝕嚴(yán)重，不牢固，輸送物料時垂直方向振動明顯。

（6）測量誤差大。2017年12月27日用焦炭進(jìn)行實物比對，經(jīng)砝碼校準(zhǔn)過的汽車衡過磅凈重合計為283.44t，卸于料場后經(jīng)S302電子皮帶秤過磅重量為278.01t，相對誤差為-1.92%，電子皮帶秤最大允許誤差為±0.5%，則嚴(yán)重超差。

2.2 制定改造方案

自2011年新百萬噸鋼鐵項目投產(chǎn)以來，S302皮帶輸送量翻了一倍多，據(jù)統(tǒng)計，在煉鐵廠3座高爐正常生產(chǎn)情況下，只要皮帶停送焦炭1小時，高爐就可能出現(xiàn)斷料的風(fēng)險，因此，S302電子皮帶秤計量準(zhǔn)確可靠數(shù)據(jù)在生產(chǎn)過程中起著至關(guān)重要的作用。每況愈下的S302電子皮帶秤如不進(jìn)行改造，則無法為生產(chǎn)提供準(zhǔn)確可靠的計量數(shù)據(jù)，所以制定可行的改造方案迫在眉睫，經(jīng)我們技術(shù)小組討論后確定改造方案為：

（1）改造時間：利用年中大檢修時間或者高爐計劃休風(fēng)時間進(jìn)行改造。

（2）重新選擇秤架安裝位置：我們設(shè)計把秤架選擇安裝在洞口第2個托輥至第7個托輥中間，主要原因有以下四點：

1）整條皮帶的直線段中，只有涵洞位置為實地，其他位置為鋼結(jié)構(gòu)，皮帶運轉(zhuǎn)時振動比較大。2）皮帶水平無斜坡，直線段充足，離機(jī)頭機(jī)尾>20米（離機(jī)頭太近皮帶張力較大，容易引起零點漂移；皮帶如不水平，皮帶秤上方托輥受力不均勻，容易引起零點漂移）；3）秤架區(qū)域為實地，避免振動，減小測量誤差；4）洞口手機(jī)信號比較強(qiáng)，不影響通訊，粉塵擴(kuò)散快，不易積塵。

（3）速度傳感器和測速滾筒軸心的連接方式改為獨特的軟連接結(jié)構(gòu)，這種連接方式在正常的運行當(dāng)中避免了以往軸套式硬連接所帶來的傳感器抖動，解決了速度傳感器安裝時與測速滾筒不同軸的隱患，減小速度波動范圍，有效保證皮帶秤測速精度。

（4）秤架區(qū)域的皮帶輸送機(jī)支架用槽鋼加固，減少垂直方向振動，減小對稱重傳感器的影響。

（5）采用全懸浮稱重橋架，材質(zhì)選用耐腐蝕鋼材制作。全懸浮式結(jié)構(gòu)，無耳軸支點、無可移動件，維護(hù)量小，抗側(cè)向力，抗水平分力，有效的減少跑偏和落料位移對精度的影響。

（6）依據(jù)秤的最大流量值、傳感器的數(shù)量、秤體的自重、托輥受力等要素，我們選用四只容量為300kg的S型稱重傳感器，受偏載影響小，精度高。

（7）校驗鏈碼選用藏箱鏈碼。校驗時由電動卷揚裝置拖動，整條鏈碼的放落、收卷均由電動卷揚機(jī)來完成，更加方便，簡捷省力。

（8）稱重儀表、卷揚鏈碼操作箱位置定于皮帶通道一側(cè)，避開水溝，方便操作和設(shè)備點檢、維護(hù)。

根據(jù)設(shè)計方案，現(xiàn)場布局如圖2：

3 技術(shù)改造方案的實施

3.1 秤架安裝

我們大修全停時間僅有1天，計劃處理故障比較多，任務(wù)繁重，所以必須爭分奪秒保質(zhì)保量的把電子皮帶秤安裝調(diào)試好。

（1）稱重傳感器安裝。把四只稱重傳感器分別安裝在兩個矩形管梁內(nèi)，上部采用精密關(guān)節(jié)軸承聯(lián)接，下部螺桿與下方秤架應(yīng)保留空隙，不能接觸，使稱重傳感器受力處于最佳狀態(tài)。

（2）秤架安裝與調(diào)試。1）按照我們設(shè)計好的圖紙，在原輸送機(jī)支架上標(biāo)記好秤區(qū)位置。拆除從（﹢4）至（﹣4）所有托輥，并把這段輸送機(jī)架打掃干凈，以便進(jìn)行秤架安裝調(diào)試。2）準(zhǔn)確地確定輸送機(jī)的中心線，將秤架對準(zhǔn)中心位置后，校正水平，鉆孔固定，根據(jù)情況墊上墊片，支承耳軸應(yīng)轉(zhuǎn)動輕松并不產(chǎn)生其他應(yīng)力，最后用傳入的螺栓將秤和輸送機(jī)架緊固。

秤架必須水平安裝，若安裝時左右傾斜，會造成偏載，稱重托輥上受力變化，使精度下降，原因是秤架上托輥將來自皮帶上載荷傳遞給傳感器時，由于分力作用，傳感器上受力信號不真實，并有皮帶跑偏的可能。

（3）安裝托輥。首先將拆除的托輥和托輥支架全部裝上，并調(diào)整好間距，間距為1000mm±0.8mm，其次觀察秤架上的幾組托輥的最高點是否處于一條直線上，目的為了保持皮帶的重量和張力均勻落在各組托輥上。秤架上托輥的支架要安裝在秤架上，且要用焊機(jī)在支架底部兩端切出兩個缺口，以保證不接觸皮帶輸送機(jī)支架，使托輥上的重量完全落在秤架上。

（4）加固輸送機(jī)支架。秤架區(qū)域的輸送機(jī)支架全部用槽鋼支撐加固，減小振動。

3.2 速度傳感器安裝

在輸送機(jī)回程皮帶上找一理想的位置，安裝測速滾筒（方案確定時已選好在距第一組稱重傳感器6500mm處），保證測速滾筒與皮帶縱向垂直，并使皮帶與測速滾筒有 10°～30°的包角，以確保速度測量的準(zhǔn)確，然后安裝上測速傳感器。安裝測速滾筒時，要求測速滾筒軸線與皮帶運行方向中心線呈垂直狀態(tài)，利于皮帶運行，而且滾筒受力均勻，否則會導(dǎo)致跑偏或易損壞。

3.3 藏箱鏈碼、控制箱、儀表保護(hù)箱安裝

首先均勻地在輸送機(jī)支架上垂直于支架焊好5根固定架，藏箱鏈碼安裝在固定架上，然后在藏碼箱一端安裝驅(qū)動電機(jī)，用于收放鏈碼。在第2根和第4根固定架上分別安裝鏈碼控制箱和儀表保護(hù)箱，離地面1000mm，方便接線和鍵盤操作。

3.4 電氣連接

（1）四只稱重傳感器接入接線盒，切記不要剪短傳感器信號線，引出一條總線進(jìn)入儀表積算器稱重傳感器端子，把速度傳感器接入儀表積算器相應(yīng)的端子，接入220V電源。

（2）所有接線都應(yīng)該送入機(jī)殼內(nèi)部相應(yīng)接線端，做到防水、防塵，避免使用有接頭的導(dǎo)線。

（3）稱重傳感器信號線和其它信號線應(yīng)與電源線分開敷設(shè)，不可穿在同一導(dǎo)線管內(nèi)，以避免產(chǎn)生感應(yīng)電。

（4）所有的機(jī)殼和導(dǎo)線管要進(jìn)行接地，接地電阻小于4Ω。

（5）通電測量單只稱重傳感器的輸出電壓分別為7.0mV、7.4mV、6.9mV、6.8mV，調(diào)整水平至每個傳感器輸出一致均為7.0 mV，最終達(dá)到受力均勻。

4 改造后效果驗證

4.1 建立測試周期

皮帶秤系統(tǒng)安裝后，應(yīng)先建立校準(zhǔn)周期，輸入基本參數(shù)：

（1）皮帶長度（L）：在皮帶上做一標(biāo)記作為起點，然后用鋼卷尺分段連續(xù)測量至所標(biāo)起點止，這種測量方法可精確至±0.3m，測得S302皮帶長度為573.1m；

（2）皮帶圈數(shù)與試驗時間：皮帶圈數(shù)3圈，用秒表測得3圈試驗時間為803秒，自動建立校準(zhǔn)周期完成后，儀表顯示最大帶速2.14m/s；

（3）鏈碼校準(zhǔn)常數(shù)：鏈碼規(guī)格50kg/m，圈數(shù)3，皮帶周長573.1m，用公式計算得出85.965t。

4.2 零點校準(zhǔn)

在儀表正確建立測試周期后進(jìn)行自動零點校準(zhǔn)，運行3圈后會出現(xiàn)累計值和誤差值，如果誤差值超出最大允許誤差，則要改變零點，重新校準(zhǔn)，否則不改變零點，重復(fù)進(jìn)行3次，驗證零點穩(wěn)定性?，F(xiàn)場試驗結(jié)果顯示，在未改變零點后進(jìn)行3次測得相對誤差≤0.01%。

4.3 間隔校準(zhǔn)

停止皮帶，打開藏箱鏈碼，一人牽鏈碼，一人點控放鏈碼，固定鏈碼后，開啟皮帶，待速度穩(wěn)定后開始間隔校準(zhǔn)，同樣，誤差如超差改變間隔值重新校準(zhǔn)?，F(xiàn)場試驗結(jié)果顯示，在未改變間隔后進(jìn)行3次測得相對誤差≤0.03%。

4.4 實物比對

S302安裝投入使用一個月后，用焦炭實物比對，汽車過磅凈重合計為378.52t，經(jīng)S302電子皮帶秤過磅重量為377.85t，相對誤差為-0.18%，在誤差允許范圍內(nèi)。

從以上校準(zhǔn)比對結(jié)果顯示，S302電子皮帶秤改造主要有以下明顯效果：

（1）秤體、儀表控制器、速度傳感器安裝位置改后，使維護(hù)保養(yǎng)工作更方便、更安全。

（2）組裝鏈碼改為藏箱式卷揚鏈碼大大減少鏈碼校準(zhǔn)時消耗的人力和時間。

（3）速度傳感器與滾筒連接方式由硬鏈接改為軟連接，減輕連接套的磨損，運行速度波動極小，有效保證皮帶秤測速精度。

（4）秤架區(qū)域的輸送機(jī)支架用槽鋼支撐加固，減少振動，提高計量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

5 結(jié)束語

S302電子皮帶秤通過這次改造，設(shè)備維護(hù)簡便、運行穩(wěn)定、故障率低，為煉鐵生產(chǎn)提供更準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。隨著科學(xué)的進(jìn)步發(fā)展，自動化水平的提高，遠(yuǎn)程控制鏈碼、自動校準(zhǔn)、自動診斷故障功能不斷完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳吉祥，徐叢法.電子皮帶秤的貿(mào)易計量、校準(zhǔn)及誤差分析[J].衡器，2010（07）.

[2]張曉凱.電子皮帶秤的應(yīng)用與使用維護(hù)分析[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計量，2018（05）.

[3]陳正亮.模塊式電子皮帶秤的結(jié)構(gòu)和特點[J].衡器，2011（01）.