淺談影響皮帶秤精度的若干因素

　　皮帶式定量給料機（簡稱皮帶秤）是水泥工業(yè)中的過程計量和配料的最常用設(shè)備。影響皮帶秤計量精度的因素是多方面的，就其產(chǎn)品本身的質(zhì)量而言，影響其精度就分機械部分和電氣部分；就其使用角度而言還取決于皮帶秤的選型、皮帶秤安裝位置的選定和安裝質(zhì)量及維護使用和保養(yǎng)等諸多方面。下面以合肥金山科技實業(yè)公司的TDGSK皮帶秤為例作進一步闡述。 

　　1、皮帶秤主要結(jié)構(gòu) 

　　皮帶秤作為一種動態(tài)稱量機構(gòu)，了解其主要部件和結(jié)構(gòu)對于了解其性能有重要的意義。 展示皮帶秤主要工作部分： 
　　主動滾筒：主動滾筒由減速電機拖動，進而帶動皮帶轉(zhuǎn)動。 
　　從動滾筒：通過調(diào)節(jié)張緊滑座（4）的螺絲，改變從動滾筒的位置，可以調(diào)節(jié)皮帶的張緊和跑偏。 
　　十字簧片：用于秤體和稱量框架的連接。 
　　張緊滑座：皮帶秤調(diào)節(jié)跑偏和張緊機構(gòu)。 
　　稱量框架：皮帶秤傳力機構(gòu)，將皮帶上物料負(fù)荷信號均勻地傳輸至傳感器。 
　　自動張緊輪：使皮帶保持一定的張緊度，并使皮重在很小的范圍內(nèi)變化。 
　　下料斗：完成從料倉向皮帶上均勻供料，調(diào)節(jié)閘門開度，可改變皮帶上料層厚度。 
　　減速電機：皮帶秤的驅(qū)動裝置，帶有測速裝置，負(fù)責(zé)將角速度轉(zhuǎn)換為控制器可識別的速度信號。 
　　傳感器：將皮帶秤上重量轉(zhuǎn)換為電信號傳輸給控制器。 

　　另外，可以看到在秤體的上表面上，分布著很多與主動滾筒、從動滾筒平行的小托輥，根據(jù)功能又可分為稱量托輥、承重托輥。 

　　2、可靠性和穩(wěn)定性分析 

　　皮帶秤精度往往指控制精度和動態(tài)累計誤差，又分為長期精度和短期精度，而它們都建立在可靠性和穩(wěn)定性的前提下。在現(xiàn)代水泥工業(yè)生產(chǎn)中，計量設(shè)備的穩(wěn)定可靠的運行，是過程計量和配料控制的最基本要求。其中秤體結(jié)構(gòu)、傳動機構(gòu)、稱量機構(gòu)（傳感器的保護措施和過載能力）、電控儀表等都對皮帶秤的穩(wěn)定性和可靠性有著很大的影響。 

　　皮帶秤秤體結(jié)構(gòu)主要是指秤體的框架結(jié)構(gòu)、主、從動滾筒、支撐和計量托輥等。秤體的框架采用折彎成型框架結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)穩(wěn)定性能好。采用外球面自動調(diào)心密封軸承，適應(yīng)高粉塵惡劣環(huán)境。具有自動糾偏和重力自動張緊裝置，皮帶張力恒定。具有密閉式擋料板和卸料防塵罩，防止落料到皮帶和托輥之間影響計量，同時可減少粉塵污染，保護環(huán)境。主從滾筒為腰鼓型防止皮帶打滑。十字簧片型稱量框架結(jié)構(gòu)，不怕粉塵，長期穩(wěn)定可靠。皮帶內(nèi)側(cè)設(shè)有犁型清掃器，皮帶外側(cè)落料部設(shè)有防止物料沾帶的柔性刮料清掃器。這些措施保證了設(shè)備長期穩(wěn)定可靠運行。 

　　傳動機構(gòu)主要是指傳動用電機和減速機。目前一般采用一體化電機減速機，在高溫地區(qū)也有選用變頻電機的，以保證其傳動部件的可靠。 

　　稱量機構(gòu)是指秤體稱量物料所采用結(jié)構(gòu)和方式，它包括稱量框架、計量托輥、支點（簧片）、荷重傳感器等。TDGSK秤采用十字簧片框架式杠桿結(jié)構(gòu)，其最大的優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)簡潔、原理清晰、機構(gòu)穩(wěn)定可靠，稱重機構(gòu)帶有荷重傳感器保護裝置，并配有專門處理偏載情況下傳感器的信號輸出的信號處理器，以保證荷重采集信號的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。 

　　3、皮帶秤本身對精度影響的分析 

　　皮帶秤作為計量控制設(shè)備，其計量控制精度是設(shè)備的靈魂。影響皮帶秤精度的因素很多，如果對皮帶秤進行誤差分析并加以歸納，則能發(fā)現(xiàn)皮帶秤誤差主要表現(xiàn)為皮帶負(fù)荷（物料荷重）測量誤差、皮帶速度測量誤差、儀表轉(zhuǎn)換及運算誤差這三個方面。 

　　皮帶負(fù)荷測量誤差又主要表現(xiàn)為稱量機構(gòu)模型誤差、傳感器精度等級、荷重信號的放大和傳輸誤差這幾個方面。稱量機構(gòu)誤差就取決于各生產(chǎn)廠家采用的稱量機構(gòu)模型，材質(zhì)，加工精度等，尤其是稱量框架和傳感器壓頭的處理，這部分精度在皮帶秤系統(tǒng)中是誤差最大的環(huán)節(jié)，對最終系統(tǒng)精度影響最大。理論上TDGSK秤的杠桿式秤量機構(gòu)模型，其模型誤差小于0.2%，是目前皮帶式定量給料機中最理想也是最為實用的稱量模型。傳感器一般采用D1級，其精度達(dá)到0.025%，完全滿足其的誤差要求。荷重信號的放大和傳輸誤差是影響系統(tǒng)精度的另一個主要因素之一，因為荷重信號的放大和傳輸需要解決信號增益與漂移之間矛盾、信號傳輸（尤其是遠(yuǎn)距離傳輸）過程的衰減問題、信號傳輸過程的抗干擾問題。目前不論是進口儀表還是國內(nèi)上規(guī)模的正規(guī)生產(chǎn)廠家的儀表，基本上都能解決這一困擾皮帶秤精度和穩(wěn)定性的問題。 

　　首先采用現(xiàn)場固定式低增益放大技術(shù)，使得溫度漂移和時間漂移大幅減少，僅為通常運放的1/10左右，對系統(tǒng)的長期穩(wěn)定和準(zhǔn)確性上起到了關(guān)鍵性作用；其次采用了現(xiàn)場高精度V/I轉(zhuǎn)換和發(fā)/收兩端的二階有源濾波網(wǎng)絡(luò)，荷重信號以可帶700Ω的4-20mA恒流信號進行傳輸，從根本上解決了信號遠(yuǎn)距離傳輸?shù)乃p問題，兩端的二階有源濾波網(wǎng)絡(luò)使荷重信號可以從容排除諸如變頻器干擾、傳輸過程的磁電干擾、電源波動干擾和地面雜波干擾，綜合以上分析皮帶負(fù)荷測量誤差方面可以做到小于0.25%。 

　　皮帶速度測量誤差主要表現(xiàn)為測速脈沖在觸發(fā)計數(shù)器讀沿時的時序誤差（±1個脈沖）和測速脈沖傳輸時上升沿（或下降沿）產(chǎn)生的高頻毛刺誤觸發(fā)計數(shù)器帶來的測速誤差。系統(tǒng)綜合誤差不大于0.5%，故要求單位時間產(chǎn)生的脈沖數(shù)至少應(yīng)不低于200個脈沖?，F(xiàn)行皮帶秤測速一般采用電磁感應(yīng)開關(guān)（測速頭）或軸裝編碼器，測速頭通過檢測安裝在電機和減速機間測速齒輪測得，通過硬軟件辦法均可實現(xiàn)脈沖計數(shù)誤差小于0.05%，軸裝編碼器單位時間最大可產(chǎn)生20000個脈沖，它的脈沖計數(shù)精度更高。上述脈沖信號均采用濾波網(wǎng)絡(luò)，對高于測速頻率的高頻諧波能完全濾除。所以，綜合皮帶速度測量誤差在正常生產(chǎn)時的誤差不大于0.1%，非正常極低速時亦能保持在0.3%左右。 

　　儀表轉(zhuǎn)換及運算誤差的主要表現(xiàn)形式為A/D、D/A轉(zhuǎn)換誤差及儀表運算誤差這兩個方面。現(xiàn)行儀表的A/D、D/A為準(zhǔn)16位（實際為15位），最低也是12位，換算誤差為約為0.002%，儀表運算采用浮點運算，理論運算精度可達(dá)1/2^31，所以可以忽略不計。綜合儀表轉(zhuǎn)換及運算誤差小于0.01%。 

　　分析了以上系統(tǒng)的主要誤差，考慮到其它不可預(yù)見因素產(chǎn)生的誤差，系統(tǒng)綜合誤差如要做到小于0.5%，主要取決于秤體的工藝制造水平。目前，很多招標(biāo)場合，招標(biāo)方要求統(tǒng)一減速機，傳感器，儀表等配置后就開始比價。筆者認(rèn)為這樣做不妥，影響皮帶秤精度及長期可靠性穩(wěn)定性的最重要因素之一就是秤體，不同廠家生產(chǎn)的秤體質(zhì)量良莠不齊，性能差別很大。這樣比價，有失公平。 

　　4、其它對精度影響的分析 

　　皮帶秤的安裝條件和位置及維護保養(yǎng)也至關(guān)重要，不滿足這些條件，就很難達(dá)到甚至不可能達(dá)到皮帶秤的精確度要求。  

　　4.1 秤體安裝  

　　秤體安裝是否水平,其水平度應(yīng)不大于3/1000。秤體安裝基礎(chǔ)是否牢固，皮帶秤是對振動相當(dāng)敏感的設(shè)備，振動會影響到計量精度。它應(yīng)該與那些產(chǎn)生振動的設(shè)備隔離，如破碎機、錘式磨機、振動給料機、倉壁振動器等。  
當(dāng)皮帶秤是安裝在戶外時，為減少外部因素（風(fēng)雨）對稱量的不利影響，應(yīng)該裝有防護外罩，但外罩不應(yīng)影響秤的操作。 

　　4.2 皮帶及其張力  

　　作為計量的皮帶有較高的要求，皮帶的層數(shù)、覆蓋層厚度及接頭方式將引起皮帶單位長度重量的變化，在皮帶秤調(diào)零過程中，應(yīng)在皮帶運行整數(shù)圈的情況下取皮帶重量的平均值以補償皮帶重量不均勻所引起的偏差。但是，如果皮帶單位長度重量的變化太大，想得到好的零點參考值和高的稱量精確度就很困難。  

　　實際稱重時，物料的重力是通過皮帶間接傳到秤稱量框架上，皮帶張力雖然是一個水平力，與物料的重力不在同一個方向上，但它對物料的重力測量將產(chǎn)生干擾。如果皮帶張力小而且變化不大，就有可能通過校準(zhǔn)予以補償，而當(dāng)皮帶張力較大時，補償將有一定的難度，而對皮帶張力變化較大的地方，補償對皮帶張力變化的部分不起作用，這樣將對物料量測量帶來較大的誤差。實際使用過程中，通過調(diào)整張緊裝置盡量使皮帶張力保持在一個合適穩(wěn)定的水平，并且更換皮帶或定期檢修時，都要重新去皮。 

　　4.3 物料紊動  

　　當(dāng)物料離開給料點后，相對于皮帶來說，它需要經(jīng)過一段行程才能穩(wěn)定下來，這一段時間內(nèi)，物料是處于紊動狀態(tài)，即不穩(wěn)定狀態(tài)。物料處于紊動狀態(tài)時不可能進行精確的稱重，所以需要在物料離開給料點之后，預(yù)留一段長度的皮帶使物料紊動狀態(tài)停止，再留一個托輥間距的距離使之進一步穩(wěn)定下來，然后再進行稱重。一般配料皮帶秤設(shè)計帶速低于0.5 m/s，穩(wěn)定段長度一般不低于1米，這就對物料給料點即下料斗提出相應(yīng)的要求。下料斗安裝要求如右圖，進料斗的法蘭中心應(yīng)距從動滾筒中心線為250mm處（允許在250～300mm范圍內(nèi)變動）。安裝后料斗的下底面應(yīng)距皮帶面10～15mm，防止運轉(zhuǎn)時皮帶劃傷及向外散料。 

　　4.4維護  

　　皮帶秤按照要求安裝調(diào)試完成后，要保持其長期穩(wěn)定性和精度，維護保養(yǎng)非常重要。機械部分主要注意如下方面：  
　?、贊L筒和托輥的潤滑；  
　?、诒３制к壽E運行理想，即防止皮帶跑偏；  
　　③保持皮帶清潔；  
　　④拉緊裝置工作正常；  
　?、莘牢锪闲孤?。  

　　其中保持皮帶清潔和防物料泄漏是非常重要的，這樣可保證皮帶秤只稱量真正的物料荷重而不致將真正的物料荷重連物料粘結(jié)在皮帶上的荷重及物料泄漏在秤架上的荷重一起稱。同時，漏料如堆積在簧片處或卡在皮帶與托輥間會影響計量精度。為清除粘結(jié)在皮帶上的物料，皮帶內(nèi)外側(cè)均設(shè)有防止物料沾帶刮料清掃器。當(dāng)然堆積在秤架上的物料則可用人工定期清掃。  

　　電氣部分主要注意如下方面：  
　　①當(dāng)在秤附近焊接時，不允許焊接電流通過皮帶秤的傳感器；  
　?、诟鼡Q皮帶時，注意旋起傳感器的保護支架，以免損壞傳感器； 
　?、燮чL期運行，張力會有所變化，所以要定期去皮，實物標(biāo)定。 

　　5、結(jié)束語  

　　綜上所述，水泥廠配料皮帶秤的精度是由多方面因素決定的，單純統(tǒng)一皮帶秤減速機、傳感器、儀表而后進行比價是不全面的。各個廠家所生產(chǎn)皮帶秤本身的質(zhì)量千差萬別，前端信號的處理也不盡相同，由此帶來對精度的影響也有優(yōu)劣。當(dāng)然，皮帶秤的精度離不開業(yè)主的安裝及維護使用保養(yǎng)等方方面面，這些，從某種程度上講也體現(xiàn)設(shè)備制造廠家指導(dǎo)安裝調(diào)試及培訓(xùn)等售后服務(wù)的綜合水平。