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一、問題的引出
（一）電子皮帶秤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用在我國(guó)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展其中：
（1）電子皮帶秤的承載器結(jié)構(gòu)，經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的刀口支撐式、十字簧片式、橡膠耳軸支撐式、懸臂式發(fā)展至如今的直接承重式承載器。
（2）電子皮帶秤秤架結(jié)構(gòu)，也從以前的單托輥、雙托輥、雙杠桿多托輥、直接承重式多托輥秤架結(jié)構(gòu)，發(fā)展至如今的雙秤臺(tái)冗余式和陣列式結(jié)構(gòu)。
（3）皮帶秤的準(zhǔn)確度，也提高到了0.2%級(jí)。
但是，上述結(jié)構(gòu)的電子皮帶秤，在小流量稱重的工況下，稱重區(qū)物料重量只占傳感器量程的極少部分，會(huì)影響到配料秤的流量控制精度。因此，傳統(tǒng)的直接承重式結(jié)構(gòu)的皮帶秤，不適合在小流量配料的工況下使用。
（二）傳統(tǒng)承載器結(jié)構(gòu)的缺陷與不足
傳統(tǒng)的單托輥直接承重式皮帶秤承載器，如圖1所示。
傳統(tǒng)的單托輥直接承重式皮帶秤承載器是把物料重量通過皮帶，托輥再經(jīng)支撐框架傳遞到稱
重傳感器。在很多小流量工況下，稱重框架重量是物料的幾倍，這樣傳感器的量程主要被承載器占用，物料重量變化相對(duì)于傳感器的量程來說只占很小部分，必然影響承載器靈敏度以及精度，而定量給料機(jī)承載器的靈敏度直接影響了系統(tǒng)控制精度。如果一味的減輕承載器重量，則會(huì)影響承載器剛性，也會(huì)影響稱量精度。

帶“平衡重”的杠桿式或十字簧片式承載器雖然能抵消大部分秤架重量，但力傳遞過程中會(huì)受到杠桿平衡重的干擾，在物料重量周期性波動(dòng)的場(chǎng)合會(huì)把物料波動(dòng)放大，直接造成控制器輸出波動(dòng)。
二、模塊化計(jì)量托輥簡(jiǎn)介
（一）模塊化計(jì)量托輥，獲得國(guó)家發(fā)明專利。模塊化計(jì)量托輥，是余姚市通用儀表有限公
司研發(fā)的專為平型托輥式皮帶輸送機(jī)進(jìn)行連續(xù)計(jì)量的電子皮帶秤承載器。模塊化計(jì)量托輥，獲得發(fā)明專利。
（二）模塊化計(jì)量托輥結(jié)構(gòu)
模塊化計(jì)量托輥結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

式軸銷傳感器，它的優(yōu)點(diǎn)在于傳感器受力點(diǎn)成內(nèi)偏方式，縮小了安裝位置。
（2）嵌入式安裝的模塊化計(jì)量托輥，可代替原皮帶機(jī)的上托輥，以適用于在皮帶機(jī)上直按安裝?？蓮V泛應(yīng)用于定量給料機(jī)，定量裝車秤等連續(xù)計(jì)量場(chǎng)合，也能對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定量給料機(jī)進(jìn)行改造。
（3）模塊化計(jì)量托輥的稱重傳感器直接支撐了計(jì)量托輥，不需要專門的托輥支撐架，具有直接承重式承載器的優(yōu)點(diǎn)，且重量減輕，力的傳遞更直接，準(zhǔn)確。運(yùn)行中，不需杠桿式承載器那樣的平衡配重，所以不存在承載器因“平衡重”產(chǎn)生的干擾。模塊化計(jì)量托輥省去了稱重框架這個(gè)環(huán)節(jié)，承載器的重量大幅度降低，特別在小流量的計(jì)量方面有很大優(yōu)勢(shì)。
（4）模塊化計(jì)量托輥，集成了稱重功能，所以使安裝也變得簡(jiǎn)單，并且?guī)в懈叨日{(diào)整機(jī)構(gòu)，比傳統(tǒng)的通過墊片調(diào)節(jié)精度更高，也更便捷。秤架的加工也變得簡(jiǎn)單。承載器安裝與托輥安裝方式相近，只需在框架上增加模塊化計(jì)量托輥的定位裝置即可，所以在安裝空間上也大大減少。
三、模塊化計(jì)量托輥在電子皮帶秤中的應(yīng)用
（一）可組成多承載器陣列式稱重
由于模塊化計(jì)量托輥安裝簡(jiǎn)單，就能簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)陣列式稱重。
陣列式稱重，是由多組承載器連續(xù)安裝，組成一組稱重陣列，每個(gè)陣列能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)數(shù)值采樣，通過各組陣列的采樣值比較，能實(shí)現(xiàn)皮帶秤故障監(jiān)測(cè)。
從近幾年皮帶秤的發(fā)展來看，陣列式稱重比傳統(tǒng)的多托輥承載器精度更高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性也更好。
（三）模塊化計(jì)量托輥的結(jié)構(gòu)應(yīng)用特點(diǎn)
（1）模塊化計(jì)量托輥，由兩只稱重傳感器，兩個(gè)調(diào)心軸承，托輥滾筒，傳感器支架及固定安裝
件組成。計(jì)量托輥專用稱重傳感器，設(shè)計(jì)為珀?duì)柖喑休d器陣列式稱重，大多應(yīng)用于大皮帶機(jī)計(jì)量秤場(chǎng)合。配料秤物料出料均勻，本身就有較高的計(jì)量精度，而且配料秤一般長(zhǎng)度也較短，只有很短的空間適合作為稱重段，傳統(tǒng)的直接承重式承載器若要組成陣列就需要較大的空間，杠桿式承載器需要的空間更大，所以很少采用陣列式稱重。
模塊化計(jì)量托輥的安裝空間與普通托輥的安
裝空間相當(dāng)，能容易實(shí)現(xiàn)兩組或多組計(jì)量托輥的安裝，實(shí)現(xiàn)配料秤陣列式計(jì)量，如圖3所示。

當(dāng)安裝兩組及兩組以上的計(jì)量托輥陣列時(shí)，單個(gè)模塊可以實(shí)現(xiàn)重量值獨(dú)立采樣，配合現(xiàn)在的雙通道皮帶秤積算儀表，就能實(shí)現(xiàn)承載器冗余功能：在某個(gè)稱重陣列故障的情況下能切換至另一組陣列繼續(xù)工作，不會(huì)因單個(gè)傳感器或單個(gè)陣列單元故障而影響皮帶秤甚至整條生產(chǎn)線的正常工作，這在某些需要連續(xù)工作的場(chǎng)合特別適用。
（二）可適應(yīng)實(shí)時(shí)除皮技術(shù)的應(yīng)用
實(shí)時(shí)除皮技術(shù)，是在下料區(qū)之前設(shè)立皮重稱量平臺(tái)，皮重秤實(shí)時(shí)檢測(cè)給料機(jī)皮重值，并通過皮重采樣值以及稱重采樣值的延遲擬合得出當(dāng)前的物料重量，主要應(yīng)用于配料場(chǎng)合。模塊化計(jì)量托輥本身就是一個(gè)稱重平臺(tái)，所以就能應(yīng)用于實(shí)時(shí)除皮技術(shù)。
現(xiàn)在速度測(cè)量基本都是通過安裝于尾部滾筒的編碼器進(jìn)行的，通過編碼器可以把皮帶周長(zhǎng)進(jìn)行脈沖量化，這樣就能通過皮重檢測(cè)區(qū)及稱量區(qū)的距離測(cè)量換算后根據(jù)脈沖數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)延遲。
以1024脈沖的編碼器以及190外徑的滾筒為例，一個(gè)脈沖之間的皮帶長(zhǎng)度僅為0.6mm，所以具有相當(dāng)高的延遲精度，使稱重值和皮重值實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度位置上的準(zhǔn)確匹配，經(jīng)過兩者的數(shù)據(jù)擬合后，就能得出當(dāng)前的物料準(zhǔn)確值。
實(shí)時(shí)除皮技術(shù)的應(yīng)用，能大幅度改善因皮帶粘料，皮帶偏載，以及溫度效應(yīng)等因素造成的零點(diǎn)波動(dòng)所引起的皮帶秤長(zhǎng)期穩(wěn)定性不好的問題。
機(jī)械上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)皮重檢測(cè)一般有兩種解決方案：
1、在皮帶運(yùn)行方向下料口之前增加專門的皮重檢測(cè)平臺(tái)，由于配料秤本身空間較少，所以必然需要大幅度增加給料機(jī)長(zhǎng)度
2、在原給料機(jī)下料區(qū)設(shè)立皮重檢測(cè)平臺(tái)，上方再增設(shè)一臺(tái)專門的進(jìn)料輸送機(jī)，這樣增加的皮帶機(jī)長(zhǎng)度雖然很小，但是會(huì)增加整體高度，即占用空間又增加給料機(jī)成本。
采用模塊化計(jì)量托輥就能很好的解決這方面的矛盾，由于不需要專門的稱重框架，只需在下料前增加一組計(jì)量托輥就行。這樣就能合理的利用給料機(jī)空間，不需要增加專門的給料輸送機(jī)；由于安裝位置就是原來托輥的空間，所以也不會(huì)妨礙到防跑偏裝置或內(nèi)清掃器的安裝。
（三）可適應(yīng)動(dòng)態(tài)零點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用
模塊化計(jì)量托輥由于相對(duì)于傳統(tǒng)的承載器重量更輕，所以在皮帶秤零點(diǎn)的檢測(cè)方面就更有優(yōu)勢(shì)。
傳統(tǒng)零點(diǎn)校準(zhǔn)與實(shí)際零點(diǎn)對(duì)比曲線，如圖4所示。

傳統(tǒng)的皮帶秤零點(diǎn)校準(zhǔn)方式為傳感器檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)皮帶運(yùn)行周期的皮重值，得出一個(gè)皮重平均值作為瞬時(shí)皮重值，工作時(shí)瞬時(shí)流量計(jì)算是通過承載器檢測(cè)的重量除去平均皮重值然后根據(jù)當(dāng)前速度得出的。
采用模塊化計(jì)量托輥采集零點(diǎn)時(shí)，傳感器只檢測(cè)托輥軸承，滾筒，及皮帶皮重值，特別在皮帶重量分布不均的情況下能更加準(zhǔn)確。
動(dòng)態(tài)零點(diǎn)校準(zhǔn)與實(shí)際零點(diǎn)對(duì)比曲線，如圖5所示。

動(dòng)態(tài)零點(diǎn)則是通過測(cè)速傳感器測(cè)量皮帶的運(yùn)行位置，不同位置對(duì)應(yīng)不同的零點(diǎn)，對(duì)于皮帶重量不均勻，寬窄不一，皮帶破損引起的零點(diǎn)波動(dòng)能一一記錄。儀表檢測(cè)的零點(diǎn)曲線與皮帶實(shí)際曲線非常接近。工作時(shí)瞬時(shí)流量計(jì)算除去的是瞬時(shí)
皮重值，對(duì)于整周期計(jì)量來說雖然作用不大，但對(duì)于要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)流量控制的配料場(chǎng)合就非常實(shí)用了，傳統(tǒng)除皮方式在物料相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下會(huì)因?yàn)槠ぶ刂底兓绊戇\(yùn)行速度，造成實(shí)際輸出流量波動(dòng)；采用動(dòng)態(tài)零點(diǎn)技術(shù)就能很好的解決這個(gè)問題，由于除去的是對(duì)應(yīng)皮帶位置的瞬時(shí)皮重值，皮帶重量的波動(dòng)對(duì)瞬時(shí)流量造成的影響減小，從而提高了實(shí)際流量的控制精度。
圖5動(dòng)態(tài)零點(diǎn)校準(zhǔn)與實(shí)際零點(diǎn)對(duì)比曲線
四、結(jié)束語
傳統(tǒng)的直接承重式結(jié)構(gòu)的皮帶秤，不適合在小流量工況下的計(jì)量使用。尤其是在很多小流量工況下，稱重框架重量就是物料的幾倍，這樣傳感器的量程主要被承載器占用，物料重量變化相對(duì)于傳感器的量程來說只占很小部分，必然影響承載器靈敏度以及精度。
模塊化計(jì)量托輥的稱重傳感器直接支撐了計(jì)量托輥，不需要專門的托輥支撐架，具有直接承重式承載器的優(yōu)點(diǎn)，力的傳遞直接，準(zhǔn)確，承載器的重量大大減輕。
嵌入式計(jì)量托輥模塊，可直接安裝于皮帶機(jī)架上替代承重托輥，安裝簡(jiǎn)便可方便實(shí)現(xiàn)兩組或多組計(jì)量托輥的安裝，實(shí)現(xiàn)配料秤陣列式計(jì)量。
模塊化計(jì)量托輥本身就是一個(gè)稱重平臺(tái)，所以就能應(yīng)用于實(shí)時(shí)除皮技術(shù)。模塊化計(jì)量托輥由于相對(duì)于傳統(tǒng)的承載器重量更輕，所以在皮帶秤零點(diǎn)的檢測(cè)方面就更有優(yōu)勢(shì)。
由上述應(yīng)用分析可看出，嵌入式計(jì)量托輥模塊，在電皮帶秤計(jì)量中，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
 

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