何建強

（廣西魚峰水泥股份有限公司，廣西 柳州 545008）

【摘 要】文章闡述了調速電子皮帶秤的基本原理，針對水泥磨生產中的各物料配比，介紹了皮帶秤的結構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效率，節(jié)約了成本，提高物料配比精度。

【關鍵詞】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，在生產中，因為配料的質量達不到要求，一是會浪費原材料，二是會影響生產的順利進行及產品的質量。所以要給予配料中的計量工作足夠的重視。針對水泥磨生產中的各物料配比，從皮帶秤的結構原理、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效率，節(jié)約了成本，提高了物料配比精度。

1 皮帶秤的結構及原理

1.1 皮帶秤的基本結構

皮帶秤的基本結構如圖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換成電信號，經過現場放大器對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K；標定原理為設定一個流量系數（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。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，所以凈重=顯示流量/假定流量系數。物料凈重=實測流量/正確的流量系數。即，正確的流量系數=假定流量系數×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。

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關系發(fā)生變化，而偏離原標定過程兩者間的關系，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重減??；穩(wěn)定張力的變化；穩(wěn)定張力的角度。

在實際應用中，我們發(fā)現了皮帶秤的誤差來源，德國學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為因設備而定的系數；I為托輥的不平直度；T為皮帶張力；G為皮帶剛度。

以上公式的關系表明了皮帶秤的各內參數對壓力傳感器輸出的失真影響。在實際應用中，盡量提高Q和L的值，提高它們在壓力傳感器受力中的權重，對于第二組數據，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重。盡量減小以上各參數的變化，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。我國引進技術生產的“申克”“大和”等電子調速皮帶秤，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生作用力與標定狀態(tài)時，兩者的函數關系將發(fā)生較大的變化，從而使原來標定的常數發(fā)生漂移，使計量出現偏差。

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系將改變，標定系數將發(fā)生漂移，影響計量精度。

秤架在設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

在這條水泥磨生產線上，出現原料庫盤庫原料數量多，水泥磨生產的水泥數量多，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象，水泥質量有波動。

3.1 電子皮帶秤廠家及主要參數

3.1.1 熟料秤

無錫港暉電子有限公司生產；皮帶寬度：1 200 cm表頭最大設定產量：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；表頭最大設定產量：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

水泥磨設計產能：160 t/h；水泥磨系統(tǒng)總功率：

7 300 kW。

3.3 生產產量不平衡

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

人為地將水泥磨的水泥生產量與出廠的水泥量及庫存三者的數據平衡。這很不科學，有問題存在。

經了解，原料庫料多，屬于誤差正常范圍；而水泥磨生產水泥與庫存水泥數據對不上，問題出在哪里？是生產數量計量不對，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條生產線都是使用雷達料位計，一條生產線用重錘料位器）檢查后發(fā)現，3條線盤庫都未出現問題，出廠計量都是使用相同的汽車衡，未出現問題。問題縮小在這條生產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 從標定系數計算

人為更改標定系數的范圍。

按原來的標定方法，標定系數=舊標定系數，假設標定后新標定系數為3，最后設定皮帶秤的標定系數：

熟料秤實際標定系數=

混合材秤實際秤標定系數=

石膏秤實際標定系數=

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

從假設的新標定系數3與最后人為設定標定系數均值2.69，兩者標定系數相差約10%。

那么，從以上標定系數的計算結果看，水泥磨的3臺皮帶秤應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×時間

新標定系數=新標準重量分之舊標準重量×舊標定系數

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

假設舊標定系數=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=舊標定系數=

舊標準重量計算=q×v×T=

B新標定系數=舊標定系數=

兩者標定系數誤差=A新標定系數/B新標定系數=

從標定原理計算的標定系數誤差為10.9%，與原來人為設定的標定系數值相比，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，盤繞這條生產線4年多的原料庫、水泥磨生產線、出廠水泥數據對不上，人為設定計量稱系數的問題迎刃而解，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，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構，所以常常會出現以下幾種情況：{1}光柵有局部堵塞現象，即灰塵堵住了透光縫，導致光敏管接受的光強度不夠，引起光電轉換時，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，引入一根小風管，調節(jié)好風量，往外吹風，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至稱重傳感器，從而引起飛車。{2}稱量段的托輥轉動不靈活，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至重力傳感器而導致計量不準確。

改進措施：首先換掉轉動不靈活的托輥，一旦發(fā)現托輥有損壞的情況，要及時跟換或修復，定期對托輥進行潤滑。托輥運轉不靈活會損壞皮帶，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定值就會頻繁出現偏差，PC經過運算，使PID調節(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，為達到正常設定的生產量，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，對于皮帶的調校，更容易、快速，使用穩(wěn)定。在生產中，物料流量運行最好控制在效準流量幅度的20%范圍之內，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，而且會延長設備的使用壽命。

改進措施：嚴格要求中控操作員，不要因搶產量，而將生產參數設定超過皮帶秤的設計計量范圍。

4 改進結果

針對計量秤的問題進行改進后得出以下結果。

（1）產出數據：平衡。

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

（3）秤的標定系數：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，質量平穩(wěn)。

參 考 文 獻

[1]王成.工業(yè)化生產自動化[M].北京：北京科學出版社，2003.

[2]羅才生.皮帶秤[M].北京：北京計量出版社，1992.

[3]何金田.傳感器原理與應用[M].洛陽：河南出版社1996.

[4]蔡武昌，孫維清，紀綱.流量測量方法和儀表選用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2001.

[5]汪世漢，吳三六.電子皮帶秤失準的原因分析及處理[J].華中電力，1999（2）.

[6]方原伯.電子皮帶秤的原理與應用[M].北京：北京冶金出版社，1994.

[7]方原伯.生產現場皮帶秤的檢定和實驗[J].工業(yè)計量，2007（6）.

[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，從事現場管理工作。