调速定量给料秤作为固体物料的连续动态给料计量、定量和配料给料控制设备,随着工业生产过程自动化和企业技术管理现代化,在块、粒、粉体物料的定量给料和配料控制系统广泛应用。虽其工作原理与电子皮带秤基本相同,但其结构、配置、应用场合和设计参数有较大区别,概括地介绍了秤体、给料方式、皮带速度、称重控制器和测速机构等部分选用组合要点,供设计和选用参考。

0引言

调速定量给料秤(即定量给料机或称重给料机,俗称配料皮带秤等)是集给料输送、称重计量和定量控制为一体的机电一体化设备,是散状块、粒、粉状物料的连续给料计量、定量给料和配料控制的常用生产设备。广泛地应用于建材、冶金、化工、电力、轻工等各生产部门。系统主要由预给料装置和进料斗、秤体、称重及测速传感器、称重控制器和变频调速器等部分组成。各部分既是一个有机的整体,又可独立选配组合。根据生产实际条件和档次要求,科学合理地选配组合,无疑是达到经济、实用、准确、可靠,获得理想使用效果及效益的条件和基础。

1秤体是基础

秤体是定量给料秤系统的基础和关键部分。尤其在测量精度方面,传感器、控制器等电气系统的综合精度达到0.10%和0.05%已是一般水平,但秤体的称重测量部分尚难达到如此高的精度,可见保障和提高定量给料秤精度的关键和难点主要在于秤体,长期稳定可靠性也主要在秤体。我国相继引进了日本、美国和德国等世界知名公司的技术和产品,其中德国申克公司的DEL/DEM型定量给料秤(机)性能较好。本公司的定量给料秤就是在引进消化申克公司技术基础上,同时吸收国外和自身几十年研发应用技术经验二次设计开发的新一代产品。秤架结构简单轻小、刚度大、积灰面小,具有弹性减震支点、高灵敏度单托辊秤架、美观的大刚度箱型框架和挡料板,轴装直联减速电机,稳固可靠。对轻质物料(0.5t/m3以下)为了保证足够的测量精度可采用多托辊和适当长度称量段,同时皮带等相关部件需做适应性调整。

除具有申克秤的特点外,内窄外宽梯形截面进料斗、独创的内置轴承、滑块张紧、中分秤架端头、腰鼓形和包胶滚筒、装卸便捷的传感器基座、超重灵活的张紧调偏机构等,都优于申克秤和仿申克秤。这也是该定量给料秤皮带既不跑偏也不打滑、拆装皮带、传感器便捷、运行稳定可靠、计量准确的原因,深得国内外用户的好评。2给料方式的选择

定量给料秤的给料方式有两种:一是不设预给料装置,由定量给料秤皮带直接从供料仓下的进料斗闸门把物料拖出,即所谓拖料给料方式;另一种是设置预给料装置。由其把供料仓中物料给入秤体皮带进行计量并送给下一环节,即预给料的给料方式。对于块、粒状和流动性较差的粉体物料,一般多采用拖料给料方式;对于皮带不易正常拖出的粘湿性物料,或流动性极好的!倾泻性粉体物料,需采用预给料的给料方式。显然,拖料给料方式更简单可靠,设备和使用成本低,不存在预给料造成的控制滞后等问题,所以,闭环控制系统更简单、稳定、可靠,应优先选用。但是,有的企业担心仓压和物料性质影响拖料给料困难,尤其早期设计的给料计量系统,习惯采用圆盘给料机、板式给料机等做预给料装置。但大量实践证明,只要满足上述拖料给料条件,选用拖料给料方式会更加可靠,更为理想。

3进料斗的设计选配

定量给料秤的进料斗大体可分为三种:#用于自由流动的块、粒、粉状物料的普通进料斗,如本公司的TK型进料斗。该种进料斗应用广泛,其直接安装在料仓下料口与秤体皮带之间,通过皮带运行把仓下料斗中物料拖出,由进料斗出料口闸门开度大小控制料流厚度;振动料斗,主要用于出料不畅的粘湿性物料,如申克公司的V型料斗。其可以自动控制间歇或连续振动,以保证连续均匀下料,皮带再把物料运送到下一个环节。由于物料粘滞特性较复杂,应用方式必须相适应,采用并不太多;%导流料斗,主要用于流动性极好的!倾泻性粉粒状物料,如本公司的TF型进料斗。导流料斗纵向较长,内设多道柔性挡料板,以防止冲料、跑料和扬尘,并对料流控制整形,以使料流更均匀稳定,料流厚度主要由预给料装置控制。进料斗的结构虽然简单,但它直接影响出料是否均匀通畅,是否堵料、卡料、划损皮带和撒落物料等。笔者设计的TK型料斗,采用前宽后窄的梯形截面和锲形倾斜底边结构,较大的容量、合理的闸门开口尺寸,有效地克服了上述问题,确保出料均匀顺畅。TF型导流进料斗采用独有柔性密封和挡料板结构,确保不冲料、不跑料、不漏料、不扬尘,料流形状均齐稳定,为保证系统正常稳定运行和计量精度提供良好基础。

4秤体规格的选定

秤体是系统的基础和关键环节。秤体规格的选配既要严格根据物料的瞬时流量大小、容重、粒度和流动等特性,也要考虑系统工艺设备的配置要求,做到系统匹配综合协调合理。切忌片面追求局部合理而造成设备规格配置更大的不合理,从而给长期生产运行和维护带来一定的影响。

代表定量给料秤规格的特征参数是皮带宽度和主从滚筒中心距。皮带宽度需根据物料的瞬时流量、容重、粒度和流动特性等条件选取,同时应符合输送带国家标准分级规格,如:650、800、1000、1200、1400、1600和1800mm等。如果皮带过宽,可能导致出料层过薄、出料不均匀稳定、线负荷过小、皮带刚度相对较大,造成称重计量不准。或者带速过慢、给料脉动不均匀、控制灵敏度下降、控制精度降低,并使秤体、减速电机加大加重。皮带过窄会导致带速过快、运行平稳性变差、料仓出料口偏小,甚至造成向外撒落物料、跑料等弊病。

主从滚筒中心距的标准尺寸有:1700、2000、2500、2700、3500、4000、5000mm,甚至到8000mm等。但对于称量段长度为500mm左右的单托辊秤架,皮带宽度在1000mm以下时,主从滚筒中心距应在2000~2700mm间选取;带宽在1200mm以上时,可在2000~3500mm间选取,此称为!基本规格。若皮带较宽或用于粉体物料,应适当长一些,否则,以短为佳。显然,秤体过长,不仅增加设备和使用费用,也给搬运、安装、维护增加麻烦,更重要的是给运行稳定可靠性带来不利影响,尤其物料到称重区时间拉长,这种长滞后反馈控制,在料流波动变化时,给控制稳定性和精度带来十分不利的影响,因此,除非设备布置的特殊需要,一般应尽量选用!基本规格长度,而且在同一生产线中,尽量使长度规格统一。另外,也尽量避免采用2m以下的规格,因为秤体长度过短,可能导致称量段长度缩短,从而对保证计量精度不利。总之,避免超常规格,尽量采用!基本规格。5皮带和皮带速度的确定

定量给料秤的皮带,既是给料输送物料元件,也是称重测量的重要元件,所以,与普通输送胶带的要求有所不同,不但要具有足够的抗张强度、抗冲击耐磨性能,还必须具有良好的抗挠性、厚度和均一的质量,并且是尺寸准确、表面平整无折痕的环形无接头皮带。要求厚度误差&0.3mm,宽度误差&0.3%,双边环长偏差&0.2%,从而保证测力灵敏、张力和零点比较稳定。定量给料秤的皮带,按外形可分为平面带和挡边带等,按性能分为普通(常温)带和耐热带等。平面带适用于流动性一般的块、粒状物料和流动性较差的粉状物料,是应用最多的一种。对于流动性很好的粉、粒状物料或容易发生撒落物料的场合应采用挡边带。但应注意:挡边带相对刚性大,对测量精度不利,而且拆装较麻烦费力,价格较高,所以,只在必要场合采用。平面带和挡边带均可做成普通带或耐热带。但耐热带相对耐磨性、抗冲击性差,价格较高。只有物料温度达80~200时才选用。不论哪种带,均需采用制作精良优质胶带。

定量给料秤的皮带速度即料流速度。总体讲是采用低速度、厚料层的给料方式。较慢的速度有利于降低冲击振动、出料均匀顺畅、运行平稳、皮带张力稳定。尤其对于称量段不长的单托辊秤架,有利于采样测量稳定准确。较厚的料层,有利于出料均匀顺畅,能适应较大粒度物料,从而可获得较高的称重计量精度。但速度过慢会导致减速比过大、设备成本增加,控制滞后时间加长,甚至出料脉动断续,从而影响控制精度。可见,并非速度越慢越好。据笔者经验,皮带速度一般在0.50m/s以下,中小流量可在0.03~0.30m/s左右,大流量亦应在0.80m/s以下,否则应采用更宽的皮带或较长称量段的双托辊秤架等措施。

定量给料秤流量的调节范围一般标称10(1,甚至更大。其既可以通过调节皮带(即料流)速度,亦可以调节料层厚度(即负荷)实现。但是,料层厚度一般由出料口闸门开度决定,并由人工操作确定。出料口开度越大,料层越厚,出料就更加均匀顺畅、有利于克服堵卡料现象,较大的线负荷也有利于保证测重精度和运行稳定,所以,在实际生产中都尽量把闸门开得较大,并一经确定就不再随便调整。即使调整料层厚度,一般也仅能在2(1的范围调节。在实际生产中只通过调节皮带速度来调节给料速率,即调节变频器的工作频率。变频器的工作频率可在6~60Hz范围调节,但50Hz以上为恒功率变转矩运行,频率过低时转矩也会下降,造成运行不稳定,所以,一般实际的工作频率范围均设定在50~10Hz,即调速范围为5(1。为了保证长期在较佳状态运行,最好工作在50~20Hz,即理想的调速范围为2.5(1左右,因此,设定的调速范围在满足使用要求条件下,应尽量小,不切实际地给定过大调节范围可能导致工作状态不佳,甚至不能正常运行。如果确实需要较大的调速范围,应与供货商商定合理的技术方案。

6称重控制器是稳定的关键

称重控制器接收一次检测单元的负荷速度等信号,进行处理、显示、运算和调节控制等功能,是实现连续计量和定量给料控制的!指挥部,所以,它的技术质量水平和稳定可靠性是达到理想效果的关键。目前,常用的称重控制器主要有三种,即以单片处理器为硬环境的单机控制器,以专用模块和PLC为硬环境的单机控制器和以工业PC机或PLC为硬环境的机组控制器,并以前两种应用最广泛。其中又可分为国外知名公司产品和国产产品。国外知名公司的进口仪表,技术功能强、稳定可靠性高,但价格很高(是国产同类称重仪表的3~4倍以上),供货周期长,质保时间短,不提供调试服务,维修时间长且不便,有时维修费比买新表还高,从而可能给使用维护带来长期麻烦和困难。另一方面,近几年国产仪表技术质量有显著提高,并且出现技术质量成熟的模块化第四代仪表。如本公司的HL400型等智能模块化仪表。有些厂家的仪表与国外同类产品已差距不大,长期生产使用表明,在功能和稳定可靠性等方面完全满足使用要求,如本公司的HL820控制器,具有物美价廉、技术服务快捷周到,确保长期使用无后顾之忧。当然,国产仪表厂家多,产品技术质量差异很大,需要认真考察了解和选择。对于大型企业的关键生产环节,采用进口名牌仪表尚也必要,但必须做好备份,并谨防假冒产品。

7测速和测速传感器

调速定量给料秤的料流速度测量,是基于物料与皮带同步运行为条件。即物料与皮带相对静止,所以,皮带速度就等于料流速度。

定量给料秤皮带速度的测量方式主要有以下几种:#测量拖动电动机的转数。皮带速度完全取决于电机转数,所以电机转数即可代表皮带亦即料流的速度。电动机的转数相对较高,所以大多采用简单、经济、可靠的电感开关传感器,也有少数厂家采用底线旋转编码器等传感器。

电机转数测量又可分为在电机尾端出轴测量和在减速电机中间的电机输出轴端测量,并以尾端测量方式居多。但尾端恰在风扇通风处,环境较恶劣,振动较大,稳固可靠性较差。而安装在电机输出轴端,简便、安全、稳固可靠,环境条件好,更为理想,但需采用专用减速电机。

测量主从滚筒转数。其基于滚筒与皮带同步运行,滚筒转数即代表皮带速度。由于滚筒一般转数较低,常常采用编码测速传感器,但也有采用电感测速传感器等。这种方式应注意保证测速传感器与滚筒的同轴度和防止振动,基座须稳固,维护应方便。为了防止皮带打滑影响,一般测速传感器多安装在从动滚筒轴上,但如果不存在打滑问题,安装在主从滚筒轴均一样,而且,正常良好的运行情况下不允许有打滑现象。%直接测皮带速度。其也分两种方式,一种是配置电感或编码器测速传感器的滚轮测速机构,压在回程的皮带上,皮带带动滚轮同步运行。这种方式用于电子皮带秤上较多,而定量给料秤系统较少用。这种测速方式要注意防止滚轮粘料、与皮带打滑和跳动,必须保证与皮带同步运行。另一种是在皮带中预埋感应片,采用电感开关和计算机测控(一般在控制器中设有测量计数功能)。此种方式测速较准确,影响因素很少,但需用特制胶带,称重控制器需设有测速功能方可。

测速传感器的种类较多。如交直流测速发电机、电感式、电容式、磁电式、光电式和旋转编码式等。但目前实际常用的主要是电感开关和旋转编码器两种,也有采用速度频率反馈等。

电感开关传感器,体积小、结构简单、稳定性高、安装简便、对环境适应性强、信号稳定、测量精度较高、价格便宜。特别是在减速电机中部电机输出轴处安装更安全可靠,是目前采用较多的一种。电感传感器的测量转数可达1~3000r/min,开关频率可达5000Hz,只要齿盘设计安装满足要求,可以满足各种使用条件要求。

旋转编码传感器是高精度测速元件,其容许转数可达3000~6000r/min,响应频率可达1~100kHz,输出无干扰方波脉冲信号,但价格较高,除电机内置式外,安装也稍麻烦,多用在低转数测速环节。选用测速传感器时常常有个误区:即过分片面地注意传感器本身的测量精度,从而导致系统不匹配而浪费,甚至可靠性变差。首先应根据定量给料秤的使用精度选配,测速系统误差不大于定量给料秤计量误差的1/3即可,再高将失去实际价值。另外,要与称重控制器相匹配,目前性能较好的称重控制器接收的速度输入频率也仅有2500Hz左右,有的知名公司名牌控制器输入频率才400Hz,测速传感器输出频率如超过此数据不但没有实际价值,反而要增加麻烦,所以,必须根据定量给料秤的使用精度、称重控制器允许输入频率和电动机最高转数等条件选配测速传感器,切勿单纯片面追求测速传感器本身的过高精度,应以满足使用要求为准。另外,实践表明,测速传感器的安装方式、位置和稳固性十分重要,是保证长期稳定可靠运行的重要条件。

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