引言

    調(diào)速定量給料秤(即定量給料機(jī)或稱重給料機(jī),俗稱配料皮帶秤等)是集給料輸送、稱重計(jì)量和定量控制為一體的機(jī)電一體化設(shè)備, 是散狀塊、粒、粉狀物料的連續(xù)給料計(jì)量、定量給料和配料控制的常用生產(chǎn)設(shè)備。廣泛地應(yīng)用于建材、冶金、化工、電力、輕工等各生產(chǎn)部門(mén)。系統(tǒng)主要由預(yù)給料裝置和進(jìn)料斗、秤體、稱重及測(cè)速傳感器、稱重控制器和變頻調(diào)速器等部分組成。各部分既是一個(gè)有機(jī)的整體, 又可獨(dú)立選配組合。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際條件和檔次要求, 科學(xué)合理地選配組合,無(wú)疑是達(dá)到經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、準(zhǔn)確、可靠, 獲得理想使用效果及效益的條件和基礎(chǔ)。

    秤體是基礎(chǔ)

    秤體是定量給料秤系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵部分。尤其在測(cè)量精度方面, 傳感器、控制器等電氣系統(tǒng)的綜合精度達(dá)到0. 10%和0. 05%已是一般水平, 但秤體的稱重測(cè)量部分尚難達(dá)到如此高的精度, 可見(jiàn)保障和提高定量給料秤精度的關(guān)鍵和難點(diǎn)主要在于秤體, 長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠性也主要在秤體。我國(guó)相繼引進(jìn)了日本、美國(guó)和德國(guó)等世界知名公司的技術(shù)和產(chǎn)品, 其中德國(guó)申克公司的DEL /DEM 型定量給料秤(機(jī))性能較好。本公司的定量給料秤就是在引進(jìn)消化申克公司技術(shù)基礎(chǔ)上, 同時(shí)吸收國(guó)外和自身幾十年研發(fā)應(yīng)用技術(shù)經(jīng)驗(yàn)二次設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的新一代產(chǎn)品。秤架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕小、剛度大、積灰面小, 具有彈性減震支點(diǎn)、高靈敏度單托輥秤架、美觀的大剛度箱型框架和擋料板, 軸裝直聯(lián)減速電機(jī), 穩(wěn)固可靠。對(duì)輕質(zhì)物料( 0. 5 t /m3 以下)為了保證足夠的測(cè)量精度可采用多托輥和適當(dāng)長(zhǎng)度稱量段, 同時(shí)皮帶等相關(guān)部件需做適應(yīng)性調(diào)整。

    除具有申克秤的特點(diǎn)外, 內(nèi)窄外寬梯形截面進(jìn)料斗、內(nèi)置軸承、滑塊張緊、中分秤架端頭、腰鼓形和包膠滾筒、裝卸便捷的傳感器基座、超重靈活的張緊調(diào)偏機(jī)構(gòu)等, 都優(yōu)于申克秤和仿申克秤。這也是該定量給料秤皮帶既不跑偏也不打滑、拆裝皮帶、傳感器便捷、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、計(jì)量準(zhǔn)確的原因, 深得國(guó)內(nèi)外用戶的好評(píng)。2給料方式的選擇

    定量給料秤的給料方式有兩種: 一是不設(shè)預(yù)給料裝置, 由定量給料秤皮帶直接從供料倉(cāng)下的進(jìn)料斗閘門(mén)把物料拖出, 即所謂拖料給料方式; 另一種是設(shè)置預(yù)給料裝置。由其把供料倉(cāng)中物料給入秤體皮帶進(jìn)行計(jì)量并送給下一環(huán)節(jié), 即預(yù)給料的給料方式。對(duì)于塊、粒狀和流動(dòng)性較差的粉體物料, 一般多采用拖料給料方式; 對(duì)于皮帶不易正常拖出的粘濕性物料, 或流動(dòng)性好的!傾瀉性粉體物料, 需采用預(yù)給料的給料方式。顯然, 拖料給料方式更簡(jiǎn)單可靠, 設(shè)備和使用成本低,不存在預(yù)給料造成的控制滯后等問(wèn)題, 所以, 閉環(huán)控制系統(tǒng)更簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠, 應(yīng)優(yōu)先選用。但是, 有的企業(yè)擔(dān)心倉(cāng)壓和物料性質(zhì)影響拖料給料困難, 尤其早期設(shè)計(jì)的給料計(jì)量系統(tǒng), 習(xí)慣采用圓盤(pán)給料機(jī)、板式給料機(jī)等做預(yù)給料裝置。但大量實(shí)踐證明, 只要滿足上述拖料給料條件, 選用拖料給料方式會(huì)更加可靠, 更為理想。3進(jìn)料斗的設(shè)計(jì)選配

    定量給料秤的進(jìn)料斗大體可分為三種: # 用于自由流動(dòng)的塊、粒、粉狀物料的普通進(jìn)料斗, 如本公司的TK型進(jìn)料斗。該種進(jìn)料斗應(yīng)用廣泛, 其直接安裝在料倉(cāng)下料口與秤體皮帶之間, 通過(guò)皮帶運(yùn)行把倉(cāng)下料斗中物料拖出, 由進(jìn)料斗出料口閘門(mén)開(kāi)度大小控制料流厚度; 振動(dòng)料斗, 主要用于出料不暢的粘濕性物料,如申克公司的V型料斗。其可以自動(dòng)控制間歇或連續(xù)振動(dòng), 以保證連續(xù)均勻下料, 皮帶再把物料運(yùn)送到下一個(gè)環(huán)節(jié)。由于物料粘滯特性較復(fù)雜, 應(yīng)用方式必須相適應(yīng), 采用并不太多; % 導(dǎo)流料斗, 主要用于流動(dòng)性好的!傾瀉性粉粒狀物料, 如本公司的TF 型進(jìn)料斗。導(dǎo)流料斗縱向較長(zhǎng), 內(nèi)設(shè)多道柔性擋料板, 以防止沖料、跑料和揚(yáng)塵, 并對(duì)料流控制整形, 以使料流更均勻穩(wěn)定, 料流厚度主要由預(yù)給料裝置控制。進(jìn)料斗的結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單, 但它直接影響出料是否均勻通暢, 是否堵料、卡料、劃損皮帶和撒落物料等。筆者設(shè)計(jì)的TK 型料斗, 采用前寬后窄的梯形截面和鍥形傾斜底邊結(jié)構(gòu), 較大的容量、合理的閘門(mén)開(kāi)口尺寸, 有效地克服了上述問(wèn)題, 確保出料均勻順暢。TF型導(dǎo)流進(jìn)料斗采用獨(dú)有柔性密封和擋料板結(jié)構(gòu), 確保不沖料、不跑料、不漏料、不揚(yáng)塵, 料流形狀均齊穩(wěn)定,為保證系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行和計(jì)量精度提供良好基礎(chǔ)。4秤體規(guī)格的選定

    秤體是系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。秤體規(guī)格的選配既要嚴(yán)格根據(jù)物料的瞬時(shí)流量大小、容重、粒度和流動(dòng)等特性, 也要考慮系統(tǒng)工藝設(shè)備的配置要求, 做到系統(tǒng)匹配綜合協(xié)調(diào)合理。切忌片面追求局部合理而造成設(shè)備規(guī)格配置更大的不合理, 從而給長(zhǎng)期生產(chǎn)運(yùn)行和維護(hù)帶來(lái)一定的影響。

    代表定量給料秤規(guī)格的特征參數(shù)是皮帶寬度和主從滾筒中心距。皮帶寬度需根據(jù)物料的瞬時(shí)流量、容重、粒度和流動(dòng)特性等條件選取, 同時(shí)應(yīng)符合輸送帶國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)規(guī)格, 如: 650、800、1 000、1 200、1 400、1 600和1 800mm 等。如果皮帶過(guò)寬, 可能導(dǎo)致出料層過(guò)薄、出料不均勻穩(wěn)定、線負(fù)荷過(guò)小、皮帶剛度相對(duì)較大, 造成稱重計(jì)量不準(zhǔn)。或者帶速過(guò)慢、給料脈動(dòng)不均勻、控制靈敏度下降、控制精度降低, 并使秤體、減速電機(jī)加大加重。皮帶過(guò)窄會(huì)導(dǎo)致帶速過(guò)快、運(yùn)行平穩(wěn)性變差、料倉(cāng)出料口偏小, 甚至造成向外撒落物料、跑料等弊病。

    主從滾筒中心距的標(biāo)準(zhǔn)尺寸有: 1 700、2 000、2 500、2 700、3 500、4 000、5 000mm, 甚至到8 000mm等。但對(duì)于稱量段長(zhǎng)度為500mm左右的單托輥秤架, 皮帶寬度在1 000mm以下時(shí), 主從滾筒中心距應(yīng)在2 000~ 2 700mm間選取; 帶寬在1 200mm以上時(shí), 可在2 000~ 3 500mm間選取, 此稱為!基本規(guī)格。若皮帶較寬或用于粉體物料, 應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些, 否則, 以短為佳。顯然, 秤體過(guò)長(zhǎng), 不僅增加設(shè)備和使用費(fèi)用, 也給搬運(yùn)、安裝、維護(hù)增加麻煩, 更重要的是給運(yùn)行穩(wěn)定可靠性帶來(lái)不利影響, 尤其物料到稱重區(qū)時(shí)間拉長(zhǎng), 這種長(zhǎng)滯后反饋控制, 在料流波動(dòng)變化時(shí), 給控制穩(wěn)定性和精度帶來(lái)十分不利的影響, 因此, 除非設(shè)備布置的特殊需要, 一般應(yīng)盡量選用!基本規(guī)格長(zhǎng)度, 而且在同一生產(chǎn)線中, 盡量使長(zhǎng)度規(guī)格統(tǒng)一。另外, 也盡量避免采用2m以下的規(guī)格, 因?yàn)槌芋w長(zhǎng)度過(guò)短, 可能導(dǎo)致稱量段長(zhǎng)度縮短, 從而對(duì)保證計(jì)量精度不利?？傊? 避免超常規(guī)格, 盡量采用!基本規(guī)格。5皮帶和皮帶速度的確定

    定量給料秤的皮帶, 既是給料輸送物料元件, 也是稱重測(cè)量的重要元件, 所以, 與普通輸送膠帶的要求有所不同, 不但要具有足夠的抗張強(qiáng)度、抗沖擊耐磨性能, 還必須具有良好的抗撓性、厚度和均一的質(zhì)量, 并且是尺寸準(zhǔn)確、表面平整無(wú)折痕的環(huán)形無(wú)接頭皮帶。要求厚度誤差& 0. 3mm, 寬度誤差& 0. 3%, 雙邊環(huán)長(zhǎng)偏差& 0. 2%, 從而保證測(cè)力靈敏、張力和零點(diǎn)比較穩(wěn)定。定量給料秤的皮帶, 按外形可分為平面帶和擋邊帶等, 按性能分為普通(常溫)帶和耐熱帶等。平面帶適用于流動(dòng)性一般的塊、粒狀物料和流動(dòng)性較差的粉狀物料, 是應(yīng)用最多的一種。對(duì)于流動(dòng)性很好的粉、粒狀物料或容易發(fā)生撒落物料的場(chǎng)合應(yīng)采用擋邊帶。但應(yīng)注意: 擋邊帶相對(duì)剛性大, 對(duì)測(cè)量精度不利, 而且拆裝較麻煩費(fèi)力, 價(jià)格較高, 所以, 只在必要場(chǎng)合采用。平面帶和擋邊帶均可做成普通帶或耐熱帶。但耐熱帶相對(duì)耐磨性、抗沖擊性差, 價(jià)格較高。只有物料溫度達(dá)80~ 200 時(shí)才選用。不論哪種帶, 均需采用制作精良優(yōu)質(zhì)膠帶。

    定量給料秤的皮帶速度即料流速度?？傮w講是采用低速度、厚料層的給料方式。較慢的速度有利于降低沖擊振動(dòng)、出料均勻順暢、運(yùn)行平穩(wěn)、皮帶張力穩(wěn)定。尤其對(duì)于稱量段不長(zhǎng)的單托輥秤架, 有利于采樣測(cè)量穩(wěn)定準(zhǔn)確。較厚的料層, 有利于出料均勻順暢, 能適應(yīng)較大粒度物料, 從而可獲得較高的稱重計(jì)量精度。但速度過(guò)慢會(huì)導(dǎo)致減速比過(guò)大、設(shè)備成本增加, 控制滯后時(shí)間加長(zhǎng), 甚至出料脈動(dòng)斷續(xù), 從而影響控制精度。可見(jiàn), 并非速度越慢越好。據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn), 皮帶速度一般在0. 50m / s以下, 中小流量可在0. 03~ 0. 30m /s左右,大流量亦應(yīng)在0. 80m / s以下, 否則應(yīng)采用更寬的皮帶或較長(zhǎng)稱量段的雙托輥秤架等措施。

    定量給料秤流量的調(diào)節(jié)范圍一般標(biāo)稱10(1, 甚至更大。其既可以通過(guò)調(diào)節(jié)皮帶(即料流)速度, 亦可以調(diào)節(jié)料層厚度(即負(fù)荷)實(shí)現(xiàn)。但是, 料層厚度一般由出料口閘門(mén)開(kāi)度決定, 并由人工操作確定。出料口開(kāi)度越大, 料層越厚, 出料就更加均勻順暢、有利于克服堵卡料現(xiàn)象, 較大的線負(fù)荷也有利于保證測(cè)重精度和運(yùn)行穩(wěn)定, 所以, 在實(shí)際生產(chǎn)中都盡量把閘門(mén)開(kāi)得較大, 并一經(jīng)確定就不再隨便調(diào)整。即使調(diào)整料層厚度,一般也僅能在2(1的范圍調(diào)節(jié)。在實(shí)際生產(chǎn)中只通過(guò)調(diào)節(jié)皮帶速度來(lái)調(diào)節(jié)給料速率, 即調(diào)節(jié)變頻器的工作頻率。變頻器的工作頻率可在6~ 60H z范圍調(diào)節(jié), 但50H z以上為恒功率變轉(zhuǎn)矩運(yùn)行, 頻率過(guò)低時(shí)轉(zhuǎn)矩也會(huì)下降, 造成運(yùn)行不穩(wěn)定, 所以, 一般實(shí)際的工作頻率范圍均設(shè)定在50~ 10H z, 即調(diào)速范圍為5(1。為了保證長(zhǎng)期在較佳狀態(tài)運(yùn)行, 最好工作在50~ 20 H z, 即理想的調(diào)速范圍為2. 5(1左右, 因此, 設(shè)定的調(diào)速范圍在滿足使用要求條件下, 應(yīng)盡量小, 不切實(shí)際地給定過(guò)大調(diào)節(jié)范圍可能導(dǎo)致工作狀態(tài)不佳, 甚至不能正常運(yùn)行。如果確實(shí)需要較大的調(diào)速范圍, 應(yīng)與供貨商商定合理的技術(shù)方案。

    稱重控制器是穩(wěn)定的關(guān)鍵

    稱重控制器接收一次檢測(cè)單元的負(fù)荷速度等信號(hào), 進(jìn)行處理、顯示、運(yùn)算和調(diào)節(jié)控制等功能, 是實(shí)現(xiàn)連續(xù)計(jì)量和定量給料控制的!指揮部, 所以, 它的技術(shù)質(zhì)量水平和穩(wěn)定可靠性是達(dá)到理想效果的關(guān)鍵。目前, 常用的稱重控制器主要有三種, 即以單片處理器為硬環(huán)境的單機(jī)控制器, 以專用模塊和PLC為硬環(huán)境的單機(jī)控制器和以工業(yè)PC機(jī)或PLC為硬環(huán)境的機(jī)組控制器, 并以前兩種應(yīng)用廣泛。其中又可分為國(guó)外知名公司產(chǎn)品和國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品。國(guó)外知名公司的進(jìn)口儀表,技術(shù)功能強(qiáng)、穩(wěn)定可靠性高, 但價(jià)格很高(是國(guó)產(chǎn)同類稱重儀表的3~ 4倍以上), 供貨周期長(zhǎng), 質(zhì)保時(shí)間短, 不提供調(diào)試服務(wù), 維修時(shí)間長(zhǎng)且不便, 有時(shí)維修費(fèi)比買(mǎi)新表還高,從而可能給使用維護(hù)帶來(lái)長(zhǎng)期麻煩和困難。另一方面,近幾年國(guó)產(chǎn)儀表技術(shù)質(zhì)量有顯著提高, 并且出現(xiàn)技術(shù)質(zhì)量成熟的模塊化第四代儀表。如本公司的HL400型等智能模塊化儀表。有些廠家的儀表與國(guó)外同類產(chǎn)品已差距不大, 長(zhǎng)期生產(chǎn)使用表明, 在功能和穩(wěn)定可靠性等方面完全滿足使用要求, 如本公司的HL820控制器, 具有物美價(jià)廉、技術(shù)服務(wù)快捷周到, 確保長(zhǎng)期使用無(wú)后顧之憂。當(dāng)然, 國(guó)產(chǎn)儀表廠家多, 產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量差異很大,需要認(rèn)真考察了解和選擇。對(duì)于大型企業(yè)的關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié), 采用進(jìn)口儀表尚也必要, 但必須做好備份, 并謹(jǐn)防假冒產(chǎn)品。

    測(cè)速和測(cè)速傳感器

    調(diào)速定量給料秤的料流速度測(cè)量, 是基于物料與皮帶同步運(yùn)行為條件。即物料與皮帶相對(duì)靜止, 所以,皮帶速度就等于料流速度。

    定量給料秤皮帶速度的測(cè)量方式主要有以下幾種:# 測(cè)量拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)。皮帶速度完全取決于電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù), 所以電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)即可代表皮帶亦即料流的速度。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)相對(duì)較高, 所以大多采用簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠的電感開(kāi)關(guān)傳感器, 也有少數(shù)廠家采用底線旋轉(zhuǎn)編碼器等傳感器。

    電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)測(cè)量又可分為在電機(jī)尾端出軸測(cè)量和在減速電機(jī)中間的電機(jī)輸出軸端測(cè)量, 并以尾端測(cè)量方式居多。但尾端恰在風(fēng)扇通風(fēng)處, 環(huán)境較惡劣, 振動(dòng)較大, 穩(wěn)固可靠性較差。而安裝在電機(jī)輸出軸端, 簡(jiǎn)便、安全、穩(wěn)固可靠, 環(huán)境條件好, 更為理想, 但需采用專用減速電機(jī)。

    測(cè)量主從滾筒轉(zhuǎn)數(shù)。其基于滾筒與皮帶同步運(yùn)行, 滾筒轉(zhuǎn)數(shù)即代表皮帶速度。由于滾筒一般轉(zhuǎn)數(shù)較低, 常常采用編碼測(cè)速傳感器, 但也有采用電感測(cè)速傳感器等。這種方式應(yīng)注意保證測(cè)速傳感器與滾筒的同軸度和防止振動(dòng), 基座須穩(wěn)固, 維護(hù)應(yīng)方便。為了防止皮帶打滑影響, 一般測(cè)速傳感器多安裝在從動(dòng)滾筒軸上, 但如果不存在打滑問(wèn)題, 安裝在主從滾筒軸均一樣, 而且, 正常良好的運(yùn)行情況下不允許有打滑現(xiàn)象。% 直接測(cè)皮帶速度。其也分兩種方式, 一種是配置電感或編碼器測(cè)速傳感器的滾輪測(cè)速機(jī)構(gòu), 壓在回程的皮帶上, 皮帶帶動(dòng)滾輪同步運(yùn)行。這種方式用于電子皮帶秤上較多, 而定量給料秤系統(tǒng)較少用。這種測(cè)速方式要注意防止?jié)L輪粘料、與皮帶打滑和跳動(dòng), 必須保證與皮帶同步運(yùn)行。另一種是在皮帶中預(yù)埋感應(yīng)片, 采用電感開(kāi)關(guān)和計(jì)算機(jī)測(cè)控(一般在控制器中設(shè)有測(cè)量計(jì)數(shù)功能)。此種方式測(cè)速較準(zhǔn)確, 影響因素很少, 但需用特制膠帶, 稱重控制器需設(shè)有測(cè)速功能方可。

    測(cè)速傳感器的種類較多。如交直流測(cè)速發(fā)電機(jī)、電感式、電容式、磁電式、光電式和旋轉(zhuǎn)編碼式等。但目前實(shí)際常用的主要是電感開(kāi)關(guān)和旋轉(zhuǎn)編碼器兩種,也有采用速度頻率反饋等。

    電感開(kāi)關(guān)傳感器, 體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高、安裝簡(jiǎn)便、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、信號(hào)穩(wěn)定、測(cè)量精度較高、價(jià)格便宜。特別是在減速電機(jī)中部電機(jī)輸出軸處安裝更安全可靠, 是目前采用較多的一種。電感傳感器的測(cè)量轉(zhuǎn)數(shù)可達(dá)1~ 3 000 r/m in, 開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)5 000H z, 只要齒盤(pán)設(shè)計(jì)安裝滿足要求, 可以滿足各種使用條件要求。

    旋轉(zhuǎn)編碼傳感器是高精度測(cè)速元件, 其容許轉(zhuǎn)數(shù)可達(dá)3 000~ 6 000 r/m in, 響應(yīng)頻率可達(dá)1~ 100 kH z, 輸出無(wú)干擾方波脈沖信號(hào), 但價(jià)格較高, 除電機(jī)內(nèi)置式外, 安裝也稍麻煩, 多用在低轉(zhuǎn)數(shù)測(cè)速環(huán)節(jié)。選用測(cè)速傳感器時(shí)常常有個(gè)誤區(qū): 即過(guò)分片面地注意傳感器本身的測(cè)量精度, 從而導(dǎo)致系統(tǒng)不匹配而浪費(fèi), 甚至可靠性變差。首先應(yīng)根據(jù)定量給料秤的使用精度選配, 測(cè)速系統(tǒng)誤差不大于定量給料秤計(jì)量誤差的1 /3即可, 再高將失去實(shí)際價(jià)值。另外, 要與稱重控制器相匹配, 目前性能較好的稱重控制器接收的速度輸入頻率也僅有2 500 H z左右,有的知名公司控制器輸入頻率才400 H z, 測(cè)速傳感器輸出頻率如超過(guò)此數(shù)據(jù)不但沒(méi)有實(shí)際價(jià)值,反而要增加麻煩, 所以, 必須根據(jù)定量給料秤的使用精度、稱重控制器允許輸入頻率和電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)數(shù)等條件選配測(cè)速傳感器, 切勿單純片面追求測(cè)速傳感器本身的過(guò)高精度, 應(yīng)以滿足使用要求為準(zhǔn)。另外, 實(shí)踐表明, 測(cè)速傳感器的安裝方式、位置和穩(wěn)固性十分重要, 是保證長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行的重要條件。