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調(diào)速定量給料秤作為固體物料的連續(xù)動(dòng)態(tài)給料計(jì)量、定量和配料給料控制設(shè)備,隨著工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化和企業(yè)技術(shù)管理現(xiàn)代化,在塊、粒、粉體物料的定量給料和配料控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。雖其工作原理與電子皮帶秤基本相同,但其結(jié)構(gòu)、配置、應(yīng)用場(chǎng)合和設(shè)計(jì)參數(shù)有較大區(qū)別,概括地介紹了秤體、給料方式、皮帶速度、稱重控制器和測(cè)速機(jī)構(gòu)等部分選用組合要點(diǎn),供設(shè)計(jì)和選用參考。

0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。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)。

1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(0.5t/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、獨(dú)創(chuàng)的內(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)性極好的!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)料斗出料口閘門開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)性極好的!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、合理的閘門開口尺寸,有效地克服了上述問題,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、1000、1200、1400、1600和1800mm等。如果皮帶過寬,可能導(dǎo)致出料層過薄、出料不均勻穩(wěn)定、線負(fù)荷過小、皮帶剛度相對(duì)較大,造成稱重計(jì)量不準(zhǔn)?；蛘邘龠^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。皮帶過窄會(huì)導(dǎo)致帶速過快、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:1700、2000、2500、2700、3500、4000、5000mm,甚至到8000mm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1000mm以下時(shí),主從滾筒中心距應(yīng)在2000~2700mm間選取;帶寬在1200mm以上時(shí),可在2000~3500mm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、表面平整無折痕的環(huán)形無接頭皮帶。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。但速度過慢會(huì)導(dǎo)致減速比過大、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,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開度決定,并由人工操作確定。出料口開度越大,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)中都盡量把閘門開得較大,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)中只通過調(diào)節(jié)皮帶速度來調(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6~60Hz范圍調(diào)節(jié),但50Hz以上為恒功率變轉(zhuǎn)矩運(yùn)行,頻率過低時(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50~10Hz,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50~20Hz,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。

6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)用最廣泛。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)比買新表還高,從而可能給使用維護(hù)帶來長(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)口名牌儀表尚也必要,但必須做好備份,并謹(jǐn)防假冒產(chǎn)品。

7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)1~3000r/min,開關(guān)頻率可達(dá)5000Hz,只要齒盤設(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)3000~6000r/min,響應(yīng)頻率可達(dá)1~100kHz,輸出無干擾方波脈沖信號(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2500Hz左右,有的知名公司名牌控制器輸入頻率才400Hz,測(cè)速傳感器輸出頻率如超過此數(shù)據(jù)不但沒有實(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。

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