攪拌設備瀝青秤結構形式及標定方法研究

劉世清+趙平安+李壯

摘要：以瀝青計量系統的瀝青秤為研究對象，對比分析了增量秤和減量秤的工作原理和加熱方式，建立了減量秤浮力系數的計算公式，提出了增量秤和減量秤的標定方法及其標定過程中的注意事項，并結合某一級公路進行了試驗驗證。結果表明：經過標定的瀝青秤可以提高瀝青計量系統的準確性，可以保證瀝青混合料的質量符合設計要求。

關鍵詞：攪拌設備；增量秤；減量秤；浮力系數

中圖分類號：U415.52文獻標志碼：B

Research on Structure and Calibration of Asphalt Weighing Scales of Asphalt Mixing Plant

LIU Shiqing1， ZHAO Pingan2， LI Zhuang2

（1. Eighth Branch for Highway Project Management of Inner Mongolia Highway Construction and Development

Co.， Ltd.， Hohhot 010051， Inner Mongolia， China； 2. Key Laboratory of Road Construction Technology and

Equipment of Ministry of Education， Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China）

Abstract： By taking the asphalt weighing scales as the subject of study， the working principle and the heating method of the incremental scale and the reduction scale were compared， and the calculation formula of buoyancy coefficient was established. Methods and matters that need attention in the calibration process were proposed. The results of tests on a firstgraded highway show that the calibrated asphalt scales can improve the accuracy of the asphalt metering system and ensure the quality of the asphalt mixture to meet the design requirements.

Key words： mixing plant； incremental scale； reduction scale； buoyancy coefficient

0引言

間歇式瀝青混合料攪拌設備中物料的計量方式主要為稱重式計量。稱重式計量的工作原理是：用電子傳感器測量計量桶內物料的質量并轉換成模擬信號，進而轉化為數字信號輸出到顯示屏上。計量秤包括骨料秤、瀝青秤、粉料秤，本文主要對瀝青秤進行研究。在瀝青混合料生產過程中，瀝青含量是關鍵的控制技術指標之一，瀝青含量的多少直接影響瀝青路面的質量[13]。瀝青含量偏多時，路面容易產生車轍、擁包、乏油等病害；瀝青含量偏少時，路面容易發生網裂、松散等病害。因此，準確計量瀝青含量是生產符合設計要求的瀝青混合料的關鍵環節之一[46]。交通行業標準《強制間歇式瀝青混合料攪拌設備》（JT/T 270—2002）規定：靜態瀝青配料計量準確度指標為±

025%，動態瀝青配料計量準確度指標為±2%。許多學者、從業人員對提高瀝青秤計量準確度和降低配料誤差作了大量研究。李玉平對稱量電路進行了改造，提高了瀝青秤的稱量精度和穩定性[7]；劉武斌等認為采用二次稱量方式可有效減少瀝青的飛料，從而減小配料誤差[810]；余建輝認為瀝青供料閥門設計為大小閥或者采用兩節氣缸實現二次關門，可減少瀝青沖量帶來的誤差[11]；劉洪海等認為采用負反饋的方法對落料誤差進行修正，可將配料誤差控制在允許范圍內[1217]。由于缺乏理論依據和指導方法，在工程實踐中，從業人員很少在攪拌設備工作前對稱量系統進行檢驗和校核。針對瀝青秤結構的多樣化，本文從不同結構的瀝青秤及其標定時應采取的相應方法進行分析，以提高瀝青稱量系統的準確性。

1瀝青秤結構分析與比較

根據瀝青秤的結構和工作原理的不同，可將其分為增量秤和減量秤。增量秤結構和實物見圖1、2，其工作原理為：當攪拌設備配料時，若拌和一鍋混合料需要的瀝青質量為P，增量秤則稱量同等質量的瀝青，然后通過出油管從計量桶底部抽走全部瀝青。增量秤的出油管位于計量桶下方，因而不受浮力的影響。減量秤的結構和實物見圖3、4，其工作原理為：當攪拌設備配料時，若拌和一鍋混合料需要的瀝青質量為P，通過進油管向計量桶加入質量為Q的瀝青（Q>P），吸油管通過泵從計量桶內抽瀝青，直到計量桶中剩余瀝青的質量為L（L=Q-P）時，泵停止工作。由于減量秤的吸油管和導熱油管都浸入計量桶的瀝青中，瀝青對管道又有一定的浮力作用，導致實際質量與控制室表顯質量不一致，需考慮浮力修正系數。

所示，當瀝青計量系統采用減量秤配料時，瀝青液面始終高于a位置，即始終保持吸油管管口沉浸在瀝青中，吸油管和導熱油管受到計量桶內瀝青的浮力作用，將產生反作用力到減量秤的傳感器上，從而影響稱量的準確度。瀝青初始高度在c位置時，瀝青質量為Mc，浮力為fc；瀝青稱量終了高度處于b位置時，瀝青質量為Mb，浮力為fb；定義浮力系數γ為被抽走瀝青的實際質量與其表顯質量之比endprint

γ=MgF（1）

F=Mg+f（2）

f=ρgv（3）

Me=Mc-Mb（4）

Me=ρ（s1-s2-2s3）h（5）

fc-fb=ρg（s2+2s3）h（6）

式中：F為稱量傳感器的受力（N）；M為瀝青質量（kg）；g為重力加速度（m·s-2）；f為管道所受的浮力（N）；ρ為瀝青的密度（kg·m-3）；v為管道浸入瀝青所占的體積（m3）；Me為被抽走的瀝青質量；h為Me部分瀝青占據計量桶的高度（m）；s1為計量桶的底面積（m2）；s2為吸油管的橫截面積（m2）；s3為導熱油管的面積（m2）。

將式（2）～（6）代入式（1），可得

γ=s1-s2-2s3s1（7）

由式（7）可知，浮力系數的大小與瀝青液面高度、瀝青密度等無關，只取決于浸入瀝青中管道的截面積與計量桶底面積的比值，比值越大，γ越小，實際的瀝青質量與表顯質量之間的偏差越大。當瀝青計量桶和管道為規則的等截面時，浮力系數為定值。在管道面積不變的情況下，瀝青拌和站設計人員可適當增大計量桶的底面積，從而使浮力系數減小，降低浮力對減量秤計量準確度的影響。

為了確保瀝青在計量桶中維持規定的溫度，在瀝青稱量系統設置了加熱裝置。其加熱方式有2種：利用電加熱器加熱瀝青；在計量桶底部布置蛇形導熱油管，通過導熱油利用熱傳導機理循環加熱瀝青，從而保證瀝青溫度達到所需要求。若減量秤利用電加熱器加熱瀝青，便不存在導熱油管對浮力系數的影響，則浮力系數為

γ=s1-s2s1（8）

2瀝青秤標定方法

由于增量秤和減量秤的結構和工作原理不同，需要采用不同的標定方法保證瀝青秤的準確度。標定是指使用標準的計量儀器校準所使用儀器的精度。通常在施工現場采用四級標準砝碼校準瀝青秤，校準完成后使其靜態計量準確度符合要求。取不小于瀝青秤量程的80%進行標定工作，按式（9）計算相對誤差，若|δ|≤0.25%則該瀝青秤符合生產要求。

δ=m1-m2m1（9）

式中：m1為實際質量，m2為表顯質量。

2.1增量秤標定方法

（1）在操作界面直接進行清零。

（2）在瀝青秤上均勻放置質量為D（不小于瀝青秤量程的80%）砝碼，將數值輸入標定界面，使標定狀態下表顯質量等于實際質量。

（3）從瀝青秤上取下質量為D/2砝碼，從操作界面上讀取瀝青秤示數，計算相對誤差δ。

（4）取下所有砝碼，觀察零點。

（5）在操作界面上對秤清零后加上質量為D/2砝碼，得到瀝青秤顯示值和實際值，計算相對誤差δ。

（6）加上質量為D/2砝碼，讀取終值并計算相對誤差δ。

若|δ|≤0.25%，表明瀝青秤滿足規范要求，否則應對設備進行檢查并重新標定。為了減小偶然誤差，整個檢驗過程需重復多次，按式（10）取均值。

δ[KG*3]-=∑ni=1δin（10）

式中：δ[KG*3]-為誤差平均值；δi為第i次的相對誤差，i=0，…，n。

2.2減量秤標定方法

（1）在瀝青秤上均勻放置3個20 kg砝碼作為稱底（代替沒過吸油管管口的瀝青質量），清零。

（2）在瀝青秤上均勻放置質量為D的（不小于瀝青秤量程的80%）砝碼，由于減量秤自身結構因素，在工作時存在浮力系數α（α<1），將質量D乘以α得到B，將B輸入標定界面，即在該狀態下表顯質量等于瀝青的實際質量。

（3）從瀝青秤上取下質量為D/2的砝碼，從操作界面上讀取瀝青秤示數，瀝青秤實際稱重為D/2乘以α得到的數值，計算相對誤差δ；再取下全部砝碼，觀察零點。

（4）在操作界面上對秤清零后加上質量為D/2的砝碼，得到瀝青秤顯示值和實際值，計算相對誤差δ。

（5）再加上質量為D/2的砝碼，讀取終值并計算相對誤差δ。

若|δ|≤025%，表明瀝青秤滿足規范要求，否則應對設備進行檢查并重新標定。為了減小偶然誤差，整個檢驗過程需重復多次，按式（10）取均值。

為了保證標定的準確性，應當注意如下事項：在進行清零工作前，應檢查瀝青秤軟連接是否恰當，周圍有無異物干擾；對于減量秤（新樣機除外）在清零前應檢查計量桶里是否含有殘余瀝青，由于殘余瀝青會使計量桶與導熱油管粘連在一起，必須將其排出使導熱油管和計量桶完全分離，或者加熱殘余瀝青使計量桶與導熱油管處于自由狀態；在計量桶上放置砝碼時，動作要輕緩，擺放均勻，盡可能對稱放置；標定時注意環境因素的干擾，在風速很小、計量秤顯示數值穩定時方可標定；多次檢驗誤差較大，可能存在傳感器損壞、安裝不當、線路連接不當等問題，應要求技術人員及時檢查，排除故障后重新標定。

3試驗驗證

結合工程實踐，對某一級公路其中一標段的4000型瀝青混合料攪拌設備進行標定，該攪拌設備的瀝青稱量系統為減量秤，浮力系數γ為0945 5，采用四級標準砝碼標定，試驗數據見表1。

對攪拌設備的瀝青秤完成標定后，得出|δ[KG*3]-|≤025%，可以確認瀝青稱量系統計量誤差符合規范要求。在攤鋪200 m試驗路段時，工作人員進行現場取樣，測試油石比符合設計要求。

4結語

從工作原理和加熱方式2方面對比分析了增量秤和減量秤2種瀝青秤，進而引入了減量秤的浮力系數。浮力系數僅與計量桶的底面積和浸入瀝青中的管道截面積有關，與瀝青的黏度、溫度和密度等特性無關。當瀝青計量桶和管道為規則的等截面時，浮力系數為定值。在管道面積不變的情況下，瀝青拌和站設計人員可適當增大計量桶的底面積，使浮力系數減小，降低浮力對減量秤計量準確度的影響。針對不同的瀝青秤，提出了相應的標定方法及標定過程中的注意事項。endprint

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[責任編輯：黨卓鈺]endprint