0 概述

在每一个工厂里, 或多或少都应用着多个种类的仪表, 如温度 、压力、流量 、物位 、成分分析 、称重等仪表, 除了物位及成分分析仪表应用时存在一定的难度外 ,称重仪表可能是应用难度最大的仪表类别。在称重仪表的应用中出现问题较多的往往是皮带秤。如果按仪表投运率 、运行优良率等指标进行统计 ,排名最后的可能又是皮带秤 。皮带秤运行状态不能令人满意的原因分析如下 。由于皮带秤属于动态称重仪表 , 这无疑是主要原因之一 ,皮带输送机一边输送物料一边称重,皮带所带来的干扰不可避免 ,如皮带张力变化 、厚薄变化 、跑偏等都会对称重过程造成影响;原因之二是物料本身带来的 ,物料流量不均匀、物料块度过大、皮带断面上物料截面形状的变化都会对称重过程造成影响 ;原因之三就是皮带秤安装位置选择不当及安装不符合要求, 例如在不允许安装皮带秤的皮带输送机上或不恰当的位置上安装了皮带秤;当然, 皮带秤生产厂家产品质量较差 、皮带秤选型不当也是重要原因之一。针对不少皮带秤在应用中出现的问题, 笔者根据多年的经验解答其中一部分问题。

1 皮带秤的选用

要选择最适合应用的电子皮带秤, 需要考虑以下几个因素 :皮带秤的预定用途, 皮带秤要求的精确度,皮带秤各组成部分的要求 。电子皮带秤的预定用途大体可分为过程监控秤、配料秤 、计量秤和贸易结算秤 。过程监控秤主要用于工艺过程参数的监视, 对计量精确度要求不高 ;配料秤主要用于定量给料或配比给料 ,料精确度和计量精确度都有一定的要求;计量秤对配用于企业重要原材料计量或企业内部的经济核算 ,对计量精确度要求较高;贸易结算秤用于企业之间往来物料的计量, 对计量精确度要求最高。由此可见, 皮带秤的预定用途大体也确定了其要求的精确度 ,但在选型之前, 仍需提出确切的精确度要求。皮带秤主要由秤架、传感器和累计器组成 。根据皮带秤的预定用途及皮带秤要求的精确度 ,可参照表 1确定秤架的结构形式, 表 1列出了秤架各种结构形式的主要性能。

对过程监控用的电子皮带秤 , 可以选用单杠杆秤、单托辊直接承重的悬浮秤 。对配料用的电子皮带秤 ,可以选用单杠杆秤、单托辊直接承重的悬浮秤、悬臂秤或整机秤。如现场已有现成的皮带输送机,且皮带机长度大于 5m时,一般可选单杠杆秤或单托辊直接承重的悬浮秤;如为新设计的配料系统, 进料口与排料口中心距为 2 ～ 5 m时 ,可选整机秤;如现场空间狭小,进料口与排料口中心距为 0.6 ～ 2.0 m时, 可选悬臂秤。对计量用的电子皮带秤 ,可以选用多托辊悬浮秤、双杠杆秤或专为提高称量精确度而设计的悬臂秤 、整机秤。对贸易结算用的电子皮带秤 , 可以选用托辊组数较多的多托辊悬浮秤 、双杠杆秤 。就结构形式及称重托辊组数来说 , 单杠杆式秤架的精确度要比双杠杆式秤架的精确度低, 称重托辊组数少的秤架精确度要比称重托辊组数多的秤架低;就试验间隔周期来说 , 长试验间隔周期的精确度要低一些。秤架结构形式确定后, 可根据各种电子皮带秤的技术资料确定具体的生产厂家和产品型号。选用时 ,要综合考虑各种型号电子皮带秤的性能、精确度 、外形尺寸 、累计器功能、价格等因素。比如 ,用于配料调节系统的皮带秤累计器, 其输出信号(如 0 ～ 10 mA, 4 ～ 20 mA, 1 ～ 5 V)应满足系统选用的调节器或电机控制器等设备对输入信号的要求 ;类似装车、装船用计量秤的累计器, 要求当累计量达到设定值时自动给出触点信号以便停止给料设备 ;最新的设计有的要求累计器带现场总线,比如带 Profibus-DP总线 ,以便向上位控制系统传送更多的过程信息 。选用皮带称时还应考虑到皮带输送机的状况和皮带称的检定和试验条件。皮带秤的安装与皮带输送机的状况有很大关系, 如果皮带输送机的状况不好 ,就根本谈不上精确的计量 ,所以设计前要充分了解皮带输送机的状况 。皮带秤的检定和试验条件是保证电子皮带秤正常使用的关键,检定和试验内容应事先确定 , 以便为检定和试验工作的开展配备必要的设施 。

2 皮带秤应用的关键技术

一个世界知名品牌电子皮带秤生产厂家谈到,要想用好皮带秤, 其关键技术 “在很大程度上取决于安装环境、安装位置和安装质量 ”。对一台有较高精确度要求的电子皮带秤来说, 安装环境 、安装位置和安装质量大致占 80%, 而产品自身的质量只占 20%。就安装环境来说 , 指的是皮带输送机的皮带、托辊、附属设备及物料状况是否满足皮带秤称重的外部条件 ;就安装位置来说, 通常包括两方面的内容 :选择安装电子皮带秤的皮带输送机和在选定的皮带输送机上确定安装位置;而安装质量主要是指安装的精细程度, 其重点是秤架的准直性校准和托辊间距校准 。以上几点可以称为皮带秤的现场安装技术 , 以笔者的经验和现场实际运行的情况来看 , 这些是皮带秤应用的关键技术 。

2.1 安装环境

安装环境要求皮带输送机的皮带本身质量均匀 、厚度及单位长度重量偏差小 , 托辊为平托辊或槽形托辊(槽形角不大于 35°), 且运转灵活 、偏心度小, 皮带装有自动拉紧装置, 皮带上没有安装卸料犁、卸料小车等卸料设备 。这样的安装环境可以满足皮带秤称重的外部条件要求, 保证皮带秤使用时能达到一定的称量精确度。在实际生产现场, 使用皮带输送机的目的是输送物料, 输送机的整体设计也是以保证物料输送为主 ,很少顾及是否适合安装皮带秤, 所以安装环境往往不理想 ,有时甚至可以说安装环境很差。以往的做法是不装皮带秤, 放弃测量 ;或勉强安装 ,不能保证测量精确度 。现在的做法则是采取积极的态度 ,如果现场的安装环境不理想, 技术人员应设法改善安装环境。如某厂原给料均匀性较差 ,料量忽大忽小 ,时而无料 ,时而超量程时 ,他们设法改小落料口内径 ,控制物料流量, 使物料流量尽量均匀;如某厂皮带使用时间较长, 皮带胶结段数多, 胶结处质量不均匀 ,在大修时就换用新的皮带 ;再如皮带输送机上的托辊偏心度大、运转不灵活 ,就可以用皮带秤厂家提供的托辊作称量托辊,换掉原来用在秤架上的不符合要求的托辊, 有的厂家甚至将连同与秤架相邻的几组 (例如秤架前后各 2 ～ 5组 )托辊全部换掉, 从而在较差的安装环境条件下创造出一个相对较为理想的局部安装环境条件以满足高精确度测量的需要 。

2.2 安装位置

当经过几条皮带输送机转运输送同一种物料时 ,通常要根据这几条皮带输送机的基本条件进行综合比较 , 然后选择一条最适合的皮带输送机安装皮带秤 。选择皮带输送机的基本条件主要包括以下几点 :给料均匀性、皮带速度 、皮带输送机的长度 、皮带输送机断面形状 、皮带输送机的倾角 、托辊的槽形角 、直线段长度 、下料点、秤架支承状况。

[ 1]在选定的皮带输送机上确定安装位置时原则如下 :选择皮带张力值小及皮带张力变化值小的地方 ;物料进入称量长度前应在皮带上稳定下来 ,不应发生下滑现象 ;安装在皮带输送机的直线段部分 ;远离卸料犁;离卸料点应有一定距离。[ 2]

2.3 安装质量

安装质量将重点体现在秤架的准直性校准和托辊间距的校准。秤架准直性校准是指 :在皮带秤秤架的安装过程中,应将秤架上所有称量托辊及与秤架相邻 2～ 3组托辊的对应部位校准成一条直线。假设秤架上的称量托辊与其相邻的托辊准直性校准不好, 相比存在高差 h, 那么在拐点 A, B处,就有张力 S的垂直分量 V作用在称重托辊上 ,通过力的分解可以得到这个垂直向下的分力。

附加力 V干扰了物料重力的测量, 为此在秤架安装时要进行准直性校准, 以尽量消除或减少附加力 V的影响 。当然, 秤架上的几组称量托辊也应该做好准直性校准, 否则几组称量托辊受力不均 ,附加力 V的影响更大 。准直性校准具体要求如下 :秤架上的称量托辊与其相邻的托辊相比不存在高差, 并要求与其相邻的 2 ～ 3组托辊 (这个区域可称为称量影响区域)等高;要求称量影响区域托辊的高度高于称量影响区域之外的托辊,这个高差可以选在 3 ～ 5 mm范围内;准直性校准允许误差对高精确度的皮带秤来说, 可要求 0.5 mm,通常可要求 1 mm。调整过程中,应使称量托辊处的误差值稍偏正, 即比相邻托辊稍高一点(如 0.5 mm)[ 3]。托辊间距校准是指 :在有可能的条件下, 尽量将秤架上的所有托辊及邻近的 2 ～ 3组托辊(即称量影响区域)的间距调整一致,调整后的托辊间距误差应小于 1 mm。进行托辊间距校准的好处是使秤架上的所有托辊及邻近的 2 ～ 3 组托辊受力均匀一致 ,同时方便进行模拟校准, 如滚链校准、砝码校准 、电信号校准, 因为这些模拟校准方法的理论值计算都与托辊间距密切相关。做好上述基础工作, 就为皮带秤的现场应用创造了良好条件 ,众多实例表明 :大多数生产现场使用得不太好的皮带秤都是在这些关键环节出了差错。如某台现场皮带秤稳定性一直很差 ,零点、满值频繁变动 ,去现场察看后发现秤架安装在离皮带输送机断面形状为曲线段终点仅仅 1 m的地方 ,将秤架移到曲线段起点之前 6 m处后 , 零点、满值就基本上稳定了 ;某厂生产的数 10台皮带秤因赶工期,未按准直性校准要求进行安装, 检定结果一直达不到要求 , 当按照准直性校准要求重新校准秤架后 ,检定结果基本达到要求 。非常遗憾的是, 笔者在很多生产现场看到的是随意确定秤架安装位置 、不进行秤架准直性校准 (例如将称量托辊故意抬高到高于邻近托辊 30～ 50 mm的位置上)、不进行托辊间距校准等这样一些常见问题 ,而其中相当一部分皮带秤是厂家派人到现场安装的。所以宣传电子皮带秤的安装要点, 规范现场安装技术, 当前来说至关重要。

3 皮带秤厂商的选择

上面提到要想用好皮带秤产品自身质量只占20%,这句话是有前提的, 即 “安装位置和安装质量 ”所包括的工作由用户自己完成。如果“安装位置和安装质量”所包括的工作由厂家负责完成 ,而皮带秤使用效果仍不理想 , 那么一大半责任应由厂家负责。目前现实情况的确是这样, 很多厂商现场服务人员有的是不知道皮带秤 “安装位置和安装质量”所涉及的问题和应该如何做, 有的则是知道该如何做而没有认真地去做。目前国内生产皮带秤的厂家有数百家, 从产品样本上就可以看出, 其中绝大多数是仿造某公司的 14, 17, 20, 30型秤架, 没有自己的东西 ,甚至连产品照片也用的是别人的 , 这类厂家只是靠低价吸引顾客, 这样的厂商绝不能选择。应该选择规模较大 、知名度较高、历史较长 、有自己独特产品的厂家 。不能选择没有工程能力的厂商 , 这一点非常重要。工程能力指的是厂商的技术人员有能力回答用户提出的有关皮带秤的各类问题, 有能力正确安装或指导安装秤架, 有能力进行皮带秤的检定和试验 。工程能力的另一个含义是厂家向用户提供了完整的产品使用说明书, 其内容应包括内容详细的皮带秤安装规程、秤架安装调整的步骤 、检定和试验的方法。厂商对现场安装调试工作的重视和认真程度也是一个不可忽视的因素, 笔者参加过 某公司皮带秤产品的现场安装,随秤架配套带到现场的还有一盒各种厚度的垫片 ,现场安装时这些垫片可以垫在托辊架下面 ,以方便秤架准直性校准。有一部分生产厂家现场制作垫片,这样做既浪费时间 ,加工又不规范,造成厚度调整时的凑合 ,导致秤架准直性校准的质量难以保证。

4 皮带秤的精度

按“连续累计自动衡器 (皮带秤)国家计量检定规程 ”规定 , 皮带秤精度等级分为三个级别 , 即0.5, 1.0, 2.0级。绝大多数用户皮带秤的实际精度都在这个范围内 , 但这绝不意味着皮带秤只能达到 0.5级的精度 , 在配备为计量目的所设计的皮带输送机,其结构特殊的高精确度秤架、精心的安装调试过程 、校验手段的完善, 使国外已有多套皮带秤计量装置的精度达到 0.1% ～ 0.25%, 有的皮带秤计量装置还通过了权威机构(如美国 NTEP国家型式试验评价程序)的现场试验和检定, 满足“法定贸易 ”计量的要求 , 在文献 [ 4] 中列举了多套这样的皮带秤计量装置的应用实例。国内铜陵某公司近期推出的 “电子皮带秤计量校验集成系统 ”可在一般的应用场合达到 0.2% ～0.3%的实际使用精度 。该系统在同一条皮带输送机上安装了两台独立的悬浮式秤架, 在两台秤架上的称量托辊及邻近区域共 17组托辊采用精心制作的托辊, 采用可以在实际输送物料过程中进行检定的物料砝码叠加校验法进行秤架的准直性校准和托辊间距校准。

5 皮带秤知识的获取

由于皮带秤厂家的说明书通常过于简略 , 初次接触皮带秤的用户要想获取更多的有关皮带秤的知识还存在一定的困难 。目前国内有关皮带秤知识的书籍可查阅参考文献[ 5 -8] 。许多杂志上也会经常刊登一些有关皮带秤的文章 , 例如 《冶金自动化 》、《衡器 》 、《工业计量》 、《世界仪表与自动化》等。还可以在互联网上通过搜索查找资料, 也可以直接进入皮带秤生产厂家的网站, 例如德国某公司、美国 某公司 、日本某公司、江苏某集团 、安徽某公司的网站, 从而得到大量的相关信息。

参考文献:

[ 1]方原柏.计分比较法选择安装皮带秤的最佳皮带输送机[ J] .世界仪表与自动化, 2004(6):46-49.

FANGYuan-bai.Acomparativescoringmethodisselectedforthebeltconveyerwiththeelectronicbeltconveyer

scale[ J] .InternationalInstrumentation＆ Automation,2004(6):46-49.

[ 2]方原柏.如何选择电子皮带秤的安装位置[ J] .石油化工自动化, 2005(2):99-101.

FANGYuan-bai.Howtoselectinstallingplaceofelectronicbeltscale.AutomationinPetro-ChemicalIndustry

[ J] .2005(2):99-101.

[ 3] 方原柏.皮带秤秤架的准直性校准 [ J] .冶金自动化,2005, 29(4):55-58.

FANGYuan-bai.Alignmentcalibrationofloadreceptor

forelectronicbeltscale[ J] .MetallurgicalIndustryAutomation, 2005, 29(4):55-58.

[ 4] 方原柏.高准确度皮带秤的实现方法[ J] .世界仪表与自动化 , 2007(8):68-70.

FANGYuan-bai.Realizedmethodforhighprecisionelectronicbeltconveyerscale[ J] .InternationalInstrumentation＆Automation, 2007(8):68-70.

[ 5] 罗才生, 邹炳易, 张家玮.皮带秤[ M] .北京:中国计量出版社, 1992.

[ 6] 王钧国.连续累计自动衡器(皮带秤)———国家计量技术法规统一宣贯教材[ M] .北京:中国计量出版社,2005.

[ 7] JJG195-2002, 连续累计自动衡器 (皮带秤)国家计量检定规程[ S] .北京:中国计量出版社, 2003.

[ 8] 方原柏.电子皮带秤 [ M] .北京:冶金工业出版社,2007

 

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