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1概述

失重秤（Loss-in-weightfeeder）是一種定量稱重給料設(shè)備，從用途上講，失重秤用于動(dòng)態(tài)連續(xù)稱重過(guò)程，可以對(duì)需要連續(xù)給料的物料進(jìn)行稱重和定量控制，并有物料瞬時(shí)流量和累計(jì)流量顯示。從原理上講，它是一種靜態(tài)稱重設(shè)備，采用的是靜態(tài)料倉(cāng)秤的稱重技術(shù)，用稱重傳感器對(duì)料倉(cāng)進(jìn)行稱重。但在失重秤的控制器里，要對(duì)料倉(cāng)秤單位時(shí)間失去的重量運(yùn)算，以得到物料的瞬時(shí)流量。

當(dāng)稱重料倉(cāng)料空需要加料時(shí)，可打開裝料閥裝料，當(dāng)?shù)竭_(dá)最高料位時(shí)，裝料閥關(guān)閉，稱重料倉(cāng)由失重秤支承。為使稱量準(zhǔn)確，稱重料倉(cāng)的上部和下部都是通過(guò)柔性入口或出口連接，以使前后設(shè)備及其中物料的重量不加在稱重料倉(cāng)上。每次循環(huán)由2個(gè)周期組成：當(dāng)稱重料倉(cāng)為空料倉(cāng)時(shí)，打開裝料閥裝料，稱重料倉(cāng)物料重量不斷增加，當(dāng)t1時(shí)刻到達(dá)最高料位時(shí)，裝料閥關(guān)閉，螺旋輸送機(jī)開始卸料，此時(shí)失重秤開始工作；一段時(shí)間后，當(dāng)稱重料倉(cāng)物料重量不斷減少并在t2時(shí)刻到達(dá)最低料位時(shí)，裝料閥重新打開，t1~t2這段時(shí)間為重力式給料周期；一段時(shí)間后，當(dāng)稱重料倉(cāng)物料重量不斷增加并在t3時(shí)刻再一次到達(dá)最高料位時(shí)，裝料閥關(guān)閉，t2~t3這段時(shí)間為重新裝料周期，如此周而復(fù)始。在重力式給料周期，按瞬時(shí)流量控制螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到穩(wěn)定給料；在重新裝料周期，螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速維持本周期開始前一刻的轉(zhuǎn)速不變，以恒體積流量控制方式給料。由于失重秤將動(dòng)態(tài)稱重和靜態(tài)稱重結(jié)合，將間斷給料和連續(xù)出料結(jié)合，結(jié)構(gòu)易于密封，適用于水泥、石灰粉、煤粉、食品、藥劑等微細(xì)物料的稱重和配料控制，可達(dá)到較高的稱重精度和控制精度。

2失重秤運(yùn)行參數(shù)設(shè)計(jì)的重要性

在設(shè)計(jì)失重秤時(shí)，需要考慮裝料頻率、重新裝料體積、稱重料倉(cāng)容積、重新裝料速度等運(yùn)行參數(shù)，否則失重秤無(wú)法正常工作。以某用戶現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備改造向制造廠訂購(gòu)失重秤為例，訂購(gòu)時(shí)僅采購(gòu)100kg稱重傳感器3臺(tái)，待投運(yùn)后，發(fā)現(xiàn)零點(diǎn)不穩(wěn)定，流量有時(shí)候無(wú)顯示等故障。造廠制家派人到現(xiàn)場(chǎng)后才了解到用戶物料為硼酸，密度1510kg/m3，最大流量?jī)H為36kg/h，常用流量為21kg/h~24kg/h。流量這樣小，料倉(cāng)選用了3臺(tái)100kg稱重傳感器支撐，分析料倉(cāng)容量很大，這是選型不合理的問(wèn)題，另一個(gè)問(wèn)題是安裝時(shí)料倉(cāng)與有震動(dòng)源的設(shè)備相連。我們可按下文中推薦的經(jīng)驗(yàn)法則“在最大給料量時(shí)的重新裝料頻率選擇為15次/h至20次/h”來(lái)核算，則每次重新裝料重量為36/15~36/20，即1.8kg~2.4kg，每個(gè)稱重傳感器承受的物料重量不足1kg，有效量程大致在0.5%~1%。一般稱重傳感器的有效量程至少應(yīng)該在10%~30%或更大一點(diǎn)，才能保證較為準(zhǔn)確的稱重。按物料重2.4kg加上料倉(cāng)和出料設(shè)備（如螺旋輸送機(jī)）的重量，總重大約在10kg左右，如使用3個(gè)稱重傳感器，則每個(gè)稱重傳感器的量程可選5kg~10kg。即原來(lái)訂貨的100kg傳感器量程大了10倍~20倍，由此造成失重秤的穩(wěn)定性差，稱量精度低。這一個(gè)例子說(shuō)明，失重秤的設(shè)計(jì)也需要遵循設(shè)計(jì)規(guī)則，不能不經(jīng)計(jì)算就決定失重秤的設(shè)備和運(yùn)行參數(shù)。

3失重秤運(yùn)行參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1裝料頻率計(jì)算

那么裝料頻率多少合適呢？對(duì)失重秤來(lái)說(shuō)，每次循環(huán)中重力式給料周期時(shí)間占比（時(shí)間占比=重力式給料周期時(shí)間/重新裝料周期時(shí)間）越大越好，通常應(yīng)大于10∶1。這是因?yàn)橹亓κ浇o料周期的精度要遠(yuǎn)高于重新裝料周期，重力式給料周期時(shí)間占比越大，失重秤的整體精度越高。量時(shí)每小時(shí)的循環(huán)次數(shù)表示，即次/h。由于前提是以每小時(shí)最大給料量為基準(zhǔn)，那么單位時(shí)間（例如每秒）的給料量時(shí)一個(gè)定值。循環(huán)次數(shù)越少，每次裝料量就越多，稱重料倉(cāng)的容積和重量就越大，使用大量程的稱重傳感器作失重運(yùn)算的精度就越低；循環(huán)次數(shù)越多，每次裝料量就越少，稱重料倉(cāng)的容積和重量就越小，使用小量程的稱重傳感器作失重運(yùn)算的精度就越高。但循環(huán)次數(shù)過(guò)多，裝料設(shè)備啟停頻繁，失重秤的控制器在重力式給料周期和重新裝料周期之間頻繁切換也不好。推薦的重新裝料頻率如表1，但重點(diǎn)推薦的是中間的3個(gè)裝料頻率。作為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)法則，大部分的失重式給料系統(tǒng)，特別是對(duì)粉末料和流動(dòng)性差的的顆粒料，在最大給料量時(shí)的重新裝料頻率選擇為15至20次/小時(shí)。給料量小于最大給料量時(shí)，重新裝料頻率減低，這樣在重力式給料周期時(shí)間占比就更大，更有利于提高精度。作為經(jīng)驗(yàn)法則的例外，一些給料流量特別低的應(yīng)用，雖然料倉(cāng)容積非常小，但仍然可以儲(chǔ)存供一個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間加料的物料，重新裝料的時(shí)間超過(guò)1h。如下例：最大給料流量2kg/h物料堆比重803kg/m3最大體積給料流量2/803=0.0025m3/h如果料倉(cāng)容積為0.01m3（大體相當(dāng)于250mm×250mm×250mm這樣一個(gè)立方體料倉(cāng)的大?。銐?h~3h的物料用量，每次加料量又在10kg以下，因此不需要自動(dòng)裝料，人工裝料即可滿足生產(chǎn)要求，但其流量控制精度稍低。

3.2重新裝料體積計(jì)算

選擇了重新裝料頻率，就可以計(jì)算重新裝料的體積和總的給料體積。以某失重秤為例：最大給料流量270kg/h物料體積密度480kg/m3最大體積給料流量270/480=0.562m3/h在最大給料速度下，重新裝料的頻率選擇為15次/h重新裝料體積計(jì)算公式：重新裝料體積=最大給料量（kg/h）÷容重（kg/m）3÷重新裝料頻率（重新裝料次數(shù)/h）（式1）在本例中，重新裝料體積=270÷480÷15=0.0375m3

3.3稱重料倉(cāng)容積計(jì)算

設(shè)計(jì)的稱重料倉(cāng)容積肯定要大于計(jì)算出來(lái)的重新裝料體積，這是因?yàn)橐紤]開始重新裝料時(shí)稱重料倉(cāng)不可避免會(huì)有一些“殘余物料”和料倉(cāng)頂部存在不可能裝滿的“自由空間”，如果各占20%，則將重新裝料體積除以0.6，就可以得到需要的料倉(cāng)容積了，而最終選用的稱重料倉(cāng)容量還應(yīng)根據(jù)定型的料倉(cāng)容量圓整。重新裝料體積計(jì)算公式：稱重料倉(cāng)容積=重新裝料體積÷k式中：k是料倉(cāng)計(jì)算余量系數(shù)，可取0.4~0.7，推薦取0.6。在本例中，稱重料倉(cāng)容積=0.0375÷0.6=0.0625m3如果定型料倉(cāng)容量有0.6m3、0.8m3、1.0m3等規(guī)格，應(yīng)向上圓整到0.08m3，稱重料倉(cāng)容積就選擇0.08m3。

3.4重新裝料速度計(jì)算

由于失重秤在重新裝料周期采用的是低精度的定容積方式給料，所以要求給料機(jī)重新裝料速度快（一般應(yīng)控制在5s~20s）。重新裝料速度計(jì)算公式：

重新裝料速度=[重新裝料體積（m3）÷重新裝料時(shí)間（s）×60（s/min）]+[最大體積給料流量（m3/h）÷60（min/h）（式]2）式2中重新裝料速度由2項(xiàng)組成，第一項(xiàng)是按重新裝料體積所需裝料速度，第二項(xiàng)則常常被很多人忽略，它表示的是在裝料同一時(shí)間的卸料速度，它需要在重新裝料時(shí)多補(bǔ)充這一部分物料。在本例中，重新裝料體積：0.0375m3重新裝料時(shí)間選為：8s最大體積給料流量：0.562m3/h則：重新裝料速度=（0.0375÷8×60）+（0.562÷60）=0.281+0.009=0.289m3/min重新裝料速度也可以根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)直接由最大給料速度計(jì)算：最大體積給料流量：270/0.48=0.562m3/h重新裝料速度換算成小時(shí)流量：0.289×60=17.34m3/h重新裝料速度=17.34/0.562=30.85計(jì)算結(jié)果表示，重新裝料速度約等于30倍最大給料速度，也就是說(shuō)，可參照這一計(jì)算結(jié)果，在其他失重秤重新裝料速度計(jì)算時(shí)按25~40倍最大給料速度反算出來(lái)。

4幾個(gè)應(yīng)用例

4.1德國(guó)食品公司失重秤

德國(guó)貝爾（Bel）食品公司生產(chǎn)各種食品原料和配料，用于烘焙食品、糖果、乳制品等。生產(chǎn)過(guò)程中，提供準(zhǔn)確的和連續(xù)的面粉配料是至關(guān)重要的，配料量1t/h~4t/h，稱量容器容量為200kg物料，每3min~12min重新裝料一次（裝料頻率為5次/h~20次/h）。

4.2馬鋼新區(qū)燒結(jié)機(jī)失重秤

馬鋼新區(qū)2×360m3燒結(jié)機(jī)生石灰失重秤，給料流量20t/h~50t/h，采用3臺(tái)2.5t稱重傳感器支撐，每5min~10min重新裝料一次（裝料頻率為6次/h~12次/h）。根據(jù)最大給料流量和重新裝料間隔的數(shù)據(jù)分析，每次重新裝料重量約400kg，料倉(cāng)容量約為1t~2t。

5結(jié)束語(yǔ)

作為一種較新型的定量稱重給料設(shè)備，失重秤近年來(lái)在食品、制藥、化工、冶金等行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越多，但在設(shè)計(jì)選用時(shí)如何確定運(yùn)行參數(shù)卻很少有資料介紹，作者將國(guó)外的資料與國(guó)內(nèi)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)結(jié)合，列出了一個(gè)完整的計(jì)算實(shí)例，可供制造廠家和用戶設(shè)計(jì)失重秤時(shí)參考。

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