滑槽式動態稱量方法試驗研究

易　彪，郝建軍（重慶理工大學機械工程學院，重慶400054）

滑槽式動態稱量方法試驗研究

易彪，郝建軍
（重慶理工大學機械工程學院，重慶400054）

在固體散料稱量所使用的秤體中，電子皮帶秤的皮帶容易磨損、跑偏、打滑，且溜槽式沖量秤在測量精度上很大程度依賴傳感器的精度。針對以上問題，提出了一種新的滑槽式動態稱量方法和裝置，并進行了試驗。結果表明：在滿足稱量的條件下，該方法和裝置可以有效解決皮帶秤的皮帶磨損等問題和溜槽式沖量秤過分依靠高精度傳感器的問題。

滑槽式；動態稱量；試驗

固體散料的連續稱量廣泛應用于鋼廠、水泥廠、礦山企業等。由于固態散料稱量的作業環境十分惡劣，能否長時間進行持續稱量作業成為企業關注的重點，因此固態散料秤在工業生產中占有重要地位［1-2］。在固態散料秤中，電子皮帶秤的應用最為廣泛，但其不能在惡劣環境下作業，同時測量結果不可避免地受皮帶張力、剛度、自重、傾斜度以及皮帶跑偏等多種因素影響，因此為保證測量的準確性，需要精細的維護和頻繁的校驗，實際使用時操作十分繁瑣［3-4］。現有的溜槽式沖量秤是應用在不能安裝或不能使用稱重給料機或皮帶秤，且出現垂直落料情況下的理想稱重設備，其機械結構比較簡單，但稱量過程中只使用了一個水平方向傳感器，一旦傳感器接受信號不準確就會得到錯誤的稱量值。該裝置的測量原理是利用傳感器接收波紋彈簧板在水平方向上傳遞出來的力并將其轉換為電信號，所以稱量結果很大程度上依靠波紋彈簧板的性能。而波紋彈簧板受熱脹冷縮的影響，導致傳感器接受的信號不準確，從而使稱量結果在穩定性和可靠性方面會有所欠缺［5］。針對以上問題，筆者提出了一種滑槽式動態稱量方法和裝置，不僅可以應用在皮帶秤所不能應用的惡劣環境中，同時也可以在溜槽式沖量秤所應用的場所下正常作業。試驗結果表明：該裝置解決了因電子皮帶秤的皮帶受力引起的維護問題，提升了連續作業時間，且在一定程度上改善了溜槽式沖量秤使用單一傳感器帶來的過分依賴波紋彈簧板和傳感器本身性能的弊端，實現了較為準確的稱量［7-11］。新型滑槽式裝置具有結構簡便、應用范圍廣、測量結果較精確、制造成本較低等優點。

1　試驗原理和測量參數

本試驗主要是通過分析水平方向和豎直方向傳感器受力情況來得到測量參照物體的瞬時流量和累計流量。試驗簡易模型見圖1。

圖1　簡易模型

物料從下料口順著導料槽滑下，經過測量槽時，傳感器開始工作，直到物料全部流入出料槽進入裝料容器中，稱量結束。

取單一顆粒作為研究對象，當其從下料處下滑時初速度視為0；當物料經過下料槽到達測量槽時的初始端速度為v1=，此時加速度a= g sinα-ug cosα。所以在物料進入測量槽時任意時刻的速度為

當顆粒進入測量槽時，其受力分析簡圖見圖2。

圖2　受力分析簡圖

水平方向力分析：

式（13）中：u為摩擦因數；Δt為采樣間隔；α為測量槽傾斜角度；G自重為豎直傳感器上面的測量部分自重；s為下料槽的長度；l為測量槽的長度；F豎直傳感器和F水平傳感器分別為豎直方向2個傳感器采集的數值以及水平方向傳感器采集的數值。

由于l，s，α是給定值，u可以通過反復試驗得到，v1的值根據已知條件計算可以確定，采樣間隔Δt和采樣頻率n是給定值，所以累計流量可以通過水平和豎直傳感器的值來確定。

2　試驗裝置

試驗裝置放置在一塊定位鋼板之上，其目的是保證稱量過程是在一個水平面上完成。采用三段式的結構，分別為下料段、稱量段、出料段。物料運行的承重槽均置于可調節底座上。可調底座用于調節裝置的高度和改變槽口的傾斜角度，便于分析在不同下料角度情況下的試驗結果。豎直傳感器固定在稱量底座之下，水平傳感器用薄片與測量部分通過夾具相連接。薄片是用來保持測量部分的平衡和對水平方向傳感器進行信號傳送。在試驗時，為了盡量減小物料在槽間受力的突變，3個槽的角度必須保持一致，且底座高度連接起來須是線性的。裝置整體實物見圖3，稱重段傳感器細節見圖4。

圖3　裝置整體實物

圖4　稱重段傳感器細節

3　試驗步驟及結果分析

3.1試驗步驟

1）在對試驗臺進行組裝后，對傳感器進行標定。在經過大量的重復傳感器空稱后，確保傳感器的穩定性和線性重復性不會影響試驗數據的準確性。

2）軟件調試。確保在測量過程中程序的正確性，使得到的數據準確、可靠。

3）對不同類型的固態散料進行分類：細沙、小顆紅碎石，顆粒大小≤2 mm；大顆粒紅碎石，2 mm≤顆粒大小≤20 mm。

4）為確定在相同條件下不同物料對測量結果是否有影響，對準備的各物料進行分組重復測量，以下的每組測量次數均為10次一組。

5）由于很難準確地掌握下料速度的具體數值，在未確定下料速度是否對實驗測量精度有影響的情況下，下料速度大致劃分為快速下料、常速下料、慢速下料進行試驗。

6）為確定濕度對測量的影響，對濕度分別為3%，5%，7%，9%的4組物料進行試驗。

7）對干燥的紅碎石、含大石塊干燥的紅碎石、濕度為3%的紅碎石、含大石塊濕度為3%的紅碎石4組物料進行測量。

8）對濕度為3%的紅碎石、含大石塊和濕度為3%的紅碎石、濕度為5%的紅碎石、含大石塊和濕度為5%的紅碎石4組物料進行測量。

3.2數據分析

對測量后得到的試驗數據進行分析，結果見圖5。由于傳感器在工作時候會有蠕動和零點漂移，所以在試驗之前需要對傳感器進行標定以保證測量值的準確傳遞。在對試驗數據進行處理時進行濾波，去除不合理值。

由圖5（a）可知：在相同下料情況下細沙的測量誤差最小，小顆粒的紅碎石居中、大顆粒的紅碎石誤差最大。鑒于在鋼廠的實際應用中小顆粒固態散料占主要部分，所以，試驗步驟5）～8）均是采用小顆粒紅碎石作為樣本進行數據采集。

由圖5（b）可知：在相同條件下，常速下料可得到最高測量精度值，下料速度離常速越遠則測量精度越小，故試驗均是在小顆粒紅碎石常速下料時進行。

由圖5（c）可知：對于不同濕度的物料測量誤差值有明顯差異，測量誤差和濕度成正比關系；濕度超過10%，物料會嚴重粘附在測量槽上，導致試驗無法進行。

由圖5（d）和（e）可知：無論是干燥散料還是濕度散料，只要其中含有大石塊都會對測量誤差產生比較大的影響；大石塊對干燥物料的影響大于對濕度物料的影響；大石塊對濕度物料的影響是隨著物料的濕度比例變化的。

圖5　試驗數據分析結果

3.3誤差分析

物料在流過導料槽時會有少部分粘附在上面，在采集數據時候導致這些物料的質量重復累積計量；較濕的散料在下料時候摩擦力會增大，速度會變小，導致遠離最佳下料速度；在稱量少量散料過程中，由于測量時間短，傳感器工作時間短，蠕動和零點漂移影響會相對變小；如散料中含有大石塊，當物料從導料槽進入測量槽時會撞擊測量槽，導致輸出電信號出現突變；固態散料的最佳下料速度的確定比較困難。

4　結論

1）實驗測量的精度都在±3%以內。

2）在同質量的散料進行稱量時，干的散料比濕的散料精度高。

3）物料含大石塊或者濕度物料的稱量精度明顯降低。

4）固體散裝物料在一定濕度范圍內，散料中大石塊對測量誤差精度的影響大于散料濕度的影響，在超出一定濕度范圍時，測量無法進行。

5）不同固體散料的測量誤差精度值不同，固態散料在下料速度為常速時測量精度值比較高，測量結果比較準確，而遠離常速時測量誤差會遞增。

試驗結果表明：該新型滑槽式動態稱裝置的測量誤差精度可以滿足實際生產的要求。該裝置采用3個傳感器，分別測量水平和豎直方向的承重受力，改善了測量數據的穩定性和可靠性，結構更加簡單，維護更加簡潔，設備成本更小，應用的場合更加廣闊，且測量精度更高。本研究提出了一種新型的動態稱量方法，具有實際應用價值，同時也為動態稱量的發展提供了新的思路。

［1］方原柏.國產電子皮帶秤的歷史回顧（2）［J］.衡器，2009（2）：50-54.

［2］賀洪江，黃爾烈.水泥生產配料的危機控制系統［J］.自動化儀表，2000，14（4）：42-44.

［3］張志康，梁漫春，楊潔.激光皮帶秤及其應用前景［J］.潔凈煤技術，2006，12（1）：85-88.

［4］胡夕嵐.提高電子皮帶秤使用精度的方法［J］.華中電力，2007，20（2）：51-54.

［5］李毛毛，劉明剛，王金林.怎樣保證滑槽式沖板流量計的計量精度［J］.衡器，2011，40（2）：26-29.

［6］李金海，曹鎖勝.衡器計量［M］.北京：中國計量出版社出版，2010：270-271.

［7］許俊龍.一種分布式自動稱量配料系統的研究［D］.杭州：浙江大學，2012.

［8］劉亞斌.全懸浮式散料電子皮帶秤研究與應用［D］.昆明：昆明理工大學，2005.

［9］姚文高.皮帶秤的標定誤差分析［J］.電力科學與工程，2008，24（5）：32-35，41.

［10］方東.ICS型電子皮帶秤在煙草制絲線中的應用技術研究［D］.合肥：合肥工業大學，2006.

［11］金云英，陳祖述，金蕾.電子皮帶秤重量信號處理及應用［J］.自動化與儀器儀表，2012（5）：118-119.

（責任編輯劉舸）

Experimental Study of Dynam ic W eighing M ethod of Chute Type

YIBiao，HAO Jian-jun
（College of Mechanical Engineering，Chongqing University of Technology，Chongqing 400054，China）

In the current used scales in the solid powderweighing，the existing electronic belt scale's belt is easy to wear，be off tracking and skid and the chute type impulse scales depends a great extent on sensors in themeasurement accuracy.To solve these problems，this paper put forward a new chute type dynamic weighingmethod and the device and tested it.The results show that the problem of belt wear and the problem that the chute type impulse scales depends a greatextenton sensors in themeasurement accuracy can be avoided，and also it can achieve the purpose ofweighing at the same time. Key words：gravity chute；dynamic weighing；test

TH122

A

1674-8425（2015）05-0041-05

10.3969/j.issn.1674-8425（z）.2015.05.008

2015-03-15

重慶市科技研發基地能力提升項目（cstc2014pt-gc60003）

易彪（1988—），男，湖南人，碩士研究生，主要從事機械電子工程研究；郝建軍（1963—），男，山西人，副教授，主要從事機電一體化研究。

易彪，郝建軍.滑槽式動態稱量方法試驗研究［J］.重慶理工大學學報：自然科學版，2015（5）：41-45.

format：YIBiao，HAO Jian-jun.Experimental Study of Dynamic Weighing Method of Chute Type［J］.Journal of Chongqing University of Technology：Natural Science，2015（5）：41-45.