咨詢電話
ENGLISH0755-88840386發(fā)布時間:2020-01-10 10:09:03 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
0 引 言
作為考核衡器產(chǎn)品長期穩(wěn)定性的性能指標(biāo)——耐久性,在連續(xù)累計自動衡器的電子皮帶秤產(chǎn)品中如何來考核一直是國內(nèi)外有爭議的話題。本文的目的是通過影響電子皮帶秤耐久性誤差的理論分析,介紹國內(nèi)外對于電子皮帶秤耐久性問題的不同看法,歸納電子皮帶秤在耐久性試驗問題上所具有的共同點,試圖找出電子皮帶秤耐久性試驗的合理方法,并提出基于我國在國際上所具有優(yōu)勢的傾向性意見。
1 OIML R50國際建議對耐久性試驗的定義
1)耐久性誤差(Durability Error):使用一段時間后衡器呈現(xiàn)的固有誤差與其初始固有誤差間的差值。
2)耐久性試驗 : 為驗證被測衡器在經(jīng)過規(guī)定的使用周期后能否保持其性能特征的一種試驗。
3)國際建議 OIMLR50-2009 3CD 稿對電子皮帶秤的耐久性試驗的要求:“耐久性試驗應(yīng)該以現(xiàn)場試驗的方式,在完整安裝的皮帶秤進(jìn)行,在首次試驗和最終試驗之間,應(yīng)運行至少六個月的時間”。
4)國際建議 OIMLR50-2014(E)耐久性的要求:耐久性——由于電子元件磨損、性能衰退而產(chǎn)生的耐久性誤差不得超過自動稱重最大允許誤差的絕對值。皮帶秤的計量控制可以與國家相關(guān)規(guī)定一致,包括:型式評價、首次檢定、 后續(xù)檢定、使用中檢驗。試驗應(yīng)由法定計量部門統(tǒng)一實施,形成一個統(tǒng)一的程序。型式批準(zhǔn)和首次檢定應(yīng)分別以 OIML 國際建議 D19和 D20 作為指導(dǎo)原則。皮帶秤耐久性的重要性已經(jīng)得到共識,可以在國家法規(guī)的約束下采取一些措施來確保耐久性,這些措施包括上述四項評檢內(nèi)容與耐久性要求一致。
2 OIML R50國際建議關(guān)于耐久性測試的討論
1)國際建議 OIMLR50-2009 4CD 稿對電子皮帶秤的耐久性試驗的要求討論如下:
(1)型式批準(zhǔn)時的耐久性試驗如果不能進(jìn)行實際的試驗,就不能在實驗室確認(rèn)合理時間內(nèi)的耐久性。但是皮帶秤系統(tǒng)的尺寸,包括稱重部分、皮帶和傳送機(jī)構(gòu),以及操作方法和動態(tài)負(fù)荷似乎使這種試驗難以進(jìn)行。
建議:試驗應(yīng)與當(dāng)前的型式批準(zhǔn)程序一致。
問題:很難開發(fā)試驗對實際安裝條件進(jìn)行復(fù)制或模擬,并且又不需要太多的試驗投資。設(shè)備的量程一般超過用于非自動衡器試驗使用的耐久性試驗設(shè)備的 100 kg 極限?,F(xiàn)場操作包括振動、皮帶拉緊及灰塵的附加影響。
(2) 在型式批準(zhǔn)時進(jìn)行現(xiàn)場耐久性試驗已建議需要進(jìn)行現(xiàn)場耐久性試驗,作為型式批準(zhǔn)過程的組成部分。這包括安裝在現(xiàn)場的樣機(jī)試驗,以及在此樣機(jī)操作一段時間或特定輸送量后重新進(jìn)行試驗。這兩次試驗之間的性能變化應(yīng)在規(guī)定的極限內(nèi)。
2) 國際法制計量組織 OIML-TC9/SC2 于 2011年 4 月中旬在英國國家計量院召開了 OIMLR50 國際建議研討會,關(guān)于電子皮帶秤的耐久性試驗是本次國際會議研討的重點,最終形成的意見是:
R50-2009 第三次修改稿中對耐久性試驗的要求還難以實現(xiàn),但皮帶秤耐久性十分重要并應(yīng)予考核,各國自行采取方法進(jìn)行管理,鼓勵各國進(jìn)行耐久性測試方法的進(jìn)一步研究。在本次會議上首次聽到的中國企業(yè)代表關(guān)于“由實驗室完成物料試驗”的意見引起國際上極大的關(guān)注 , 會議組織者表示在今后會就此問題進(jìn)一步展開討論。
會議通過了澳大利亞的提案:
(1)后續(xù)計量控制可依據(jù)國家規(guī)章執(zhí)行。此處建議在后續(xù)計量控制中加入對后續(xù)檢定和使用中檢查的周期進(jìn)行審查的機(jī)制。審查方法可參照 ILAC-G24/OIML D10(2007)“測量儀器校準(zhǔn)周期確認(rèn)指南”中第三條款。以此給予制造商生產(chǎn)的在安裝和使用時耐久性好的儀器的鼓勵,同時對不耐久的儀器予以懲罰。若發(fā)現(xiàn)某形式的衡器缺乏應(yīng)有的耐久性,可做出取消該衡器型式批準(zhǔn)的行為。
(2)在“計量控制”條款中加入以下內(nèi)容:“皮帶秤耐久性的重要性是公認(rèn)的。目前為止無法對如何保證耐久性達(dá)成共識??筛鶕?jù)國際計量規(guī)定保證耐久性的方法,其中可包括對以上四項的評估” 。TC9/SC2 指出在后續(xù)工作中可能包括開發(fā)制訂耐久性的測量和試驗的規(guī)程和指南。若有對耐久性進(jìn)行規(guī)定的方法,鼓勵成員國對其進(jìn)行記錄,并提供細(xì)節(jié)給 TC9/SC2,以便對該領(lǐng)域中未來工作的開展給予指導(dǎo)。
澳大利亞和英國的提案指出:
“如果評價是按型式評價做出的,應(yīng)承認(rèn)并考慮耐久性(的缺失)可能是特定裝置的一個特征。所以僅當(dāng)耐久性不合格已經(jīng)明顯成為此型式設(shè)備的一個特征時,才有正當(dāng)理由決定不對此衡器做型式鑒定”。
“如果發(fā)現(xiàn)安裝在特定地點的一臺衡器耐久性不合格,可能需采取一些措施將該衡器停止使用。如果發(fā)現(xiàn)耐久性不合格是此型式設(shè)備的一個特征時(與安裝情況無關(guān)的耐久性不合格),則需考慮撤消此型式鑒定”。
3 中國對耐久性測試的討論
中國衡器協(xié)會與全國衡器計量技術(shù)委員會于2011 年聯(lián)合召開了關(guān)于 OIML R50 國際建議有關(guān)耐久性測試的研討會,并由中國衡器協(xié)會與全國衡器計量技術(shù)委員會聯(lián)合牽頭對外宣布成立“中國皮帶秤耐久性研討工作組”。準(zhǔn)備對皮帶秤的耐久性做進(jìn)一步的試驗與研討。會議達(dá)成較為一致的意見認(rèn)為耐久性試驗在型式評價時做,由實驗室完成物料試驗,而不是無皮帶的模擬試驗。而且實驗室試驗項目必須從嚴(yán),要考慮模擬各種現(xiàn)場的嚴(yán)酷條件,現(xiàn)場不考慮做耐久性試驗,僅做首次檢定的物料測試。2015 年由全國衡器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會會同中國皮帶秤耐久性研討工作組為如何在國家標(biāo)準(zhǔn)中體現(xiàn)耐久性指標(biāo)進(jìn)行了專題研討。
最后會議形成了如下意見:
(1)本次國家標(biāo)準(zhǔn)修訂的檢驗規(guī)則的條款中包含耐久性試驗。
(2)實驗室物料模擬試驗方法和現(xiàn)場物料試驗方法并存,完善試驗方法和數(shù)據(jù)。
(3)采用美國 44 號手冊中的部分條款,對部分條款進(jìn)行試驗驗證。
(4)對于采用雙秤稱重單元皮帶秤,零點累計誤差和雙秤之間的物料偏差應(yīng)不超過相應(yīng)要求的數(shù)值。對于采用單稱重通道皮帶秤,零點累計誤差和鏈碼試驗誤差不超過相應(yīng)要求數(shù)值。
4 影響電子皮帶秤耐久性稱量誤差的主要因素
既然皮帶秤的耐久性合格與否是考核該產(chǎn)品稱量誤差是否穩(wěn)定不變的一個重要指標(biāo),那么首先應(yīng)該了解影響皮帶秤耐久性稱量誤差的幾個因素。
4.1 電子皮帶秤的誤差分析
美國某公司 F.S.Hyer 博士于 20 世紀(jì) 60 年代根據(jù)應(yīng)變能量法在國際上首先提出了物料作用于皮帶秤上的力 p 的三項公式 [2]:
· (1)
式(1)可以簡化寫成:
· ?。?)
式中:n —— 托輥數(shù);
q —— 垂直于皮帶的線載荷;
L —— 托輥間距;
θ —— 皮帶輸送機(jī)傾角;
K —— 皮帶剛度系數(shù);
D —— 稱重托輥與鄰近托輥之間的非準(zhǔn)直性;
T —— 皮帶張力
最后得出對于全懸浮式多托輥的皮帶秤的稱量段的相對誤差公式:
(3)
對于單杠桿多托輥的皮帶秤的稱量段的相對誤差公式:由上述幾個公式可以看出由于秤架結(jié)構(gòu)引起的相對誤差具有共性的影響因子,主要有皮帶張力、皮帶的剛度系數(shù)(與 L、T、E、I 和 θ 相關(guān))、稱重托輥與鄰近托輥之間的非準(zhǔn)直性、托輥間距。而皮帶張力與皮帶的剛度系數(shù)的變化又可稱為皮帶效應(yīng)。其中張力變化,是所有因素的源頭,由于張力變化,將影響準(zhǔn)直性,影響測速,使皮帶伸長從而因線重量變化引起稱重誤差。對于整體秤來說,影響稱量誤差的還有影響因子(零點、溫度、濕度、電壓)和電氣干擾(電壓瞬間跌落、靜電、電磁輻射、浪涌)等。下面主要從皮帶秤的張力、動態(tài)分析兩個最重要的因素進(jìn)行分析。
4.2 電子皮帶秤的張力分析
既然皮帶張力對于機(jī)械結(jié)構(gòu)的影響而言是最主要的,那么再來分析一下具體的張力影響因素。
1)美國 CEMA(輸送機(jī)制造商協(xié)會)關(guān)于皮帶張力的計算方法驅(qū)動皮帶輸送機(jī)傳動滾筒的總阻力,即有效張力 Te 是由以下幾個分力組成:
(1)上運或下運物料所產(chǎn)生的重力;
(2)輸送機(jī)以設(shè)計能力運行時,各部件與驅(qū)動裝置及所有附屬裝置的摩擦力;
(3)輸送過程中物料的摩擦力;
(4)物料向輸送機(jī)給料時,連續(xù)加速物料所需的力。
驅(qū)動或制動輸送機(jī)傳動滾筒所需的皮帶有效張力 Te 的計算公式 [3]:
Te = LKt
(Kx + KyWb + 0.015Wb) + Wm(Lky±H)
+ Tp + Tm + Tac (5)
式中:Te —— 皮帶有效張力;
L —— 皮帶輸送機(jī)長度;
Kt —— 環(huán)境溫度校正系數(shù),根據(jù)不同的使用溫度查圖表得到;
Kx —— 用于計算托輥摩擦阻力和輸送帶與托輥間的摩擦阻力的系數(shù)
Kx = 0.000 68(Wb + Wm) = Ai
Si
(6)
式中:Wb —— 單位長度輸送帶的重量,當(dāng)不能確定輸送帶的實際重量時,可用輸送帶平均重量作為估算值,可查表得到。
Wm —— 輸送帶上單位長度的物料重量,計算公式如下:
Wm = 33.33V
Q
式中:Q —— 物料的輸送流量;
V —— 設(shè)計的輸送帶速;
Ai —— 系數(shù),根據(jù)不同的托輥直徑,查表或由輸送機(jī)廠家提供;
Si—— 槽形托輥組間距;
Ky —— 用于計算輸送帶和物料經(jīng)過托輥時,承載段輸送帶和物料的綜合彎曲阻力系數(shù)查表得出。
對于回程段取定值 Ky = 0.015;
H —— 物料提升或下降高度;
Tp —— 輸送帶繞在滾筒上的彎曲阻力和所有滾筒在軸承上的轉(zhuǎn)動阻力在輸送帶上產(chǎn)生的張力;
Tm —— 提升或下降物料所需的力在輸送帶上產(chǎn)生的張力:
Tm = ±H ×Wm
Tac —— 輸送帶附屬裝置所產(chǎn)生的總張力,計算如下:
Tac = Tsb + Tpl + Ttr + Tbc
式中:Tsb —— 導(dǎo)料槽摩擦產(chǎn)生阻力在輸送帶上產(chǎn)生的張力;
Tpl —— 犂式卸料器的摩擦阻力在輸送帶上產(chǎn)生的張力;
Ttr —— 卸料器等產(chǎn)生附加摩擦阻力和輸送帶經(jīng)過滾筒產(chǎn)生的彎曲阻力在輸送帶上產(chǎn)生的張力;
Tbc —— 輸送帶各種清掃裝置(例如刮板)所需的力產(chǎn)生的輸送帶張力由上述皮帶運行時輸送帶張力的各分量的疊加可以計算出傳動滾筒上總的有效張力 Te。通過上述各種參數(shù)的計算或查表,可以看出影響皮帶張力的各種因素。
從以上分析可以看出,如何減少托輥摩擦、輸送帶彎曲、物料重量彎曲、物料落差、滾筒阻力、速度變化及各種附屬裝置所造成的張力變化從而帶來的耐久性稱量誤差,是皮帶秤生產(chǎn)廠在耐久性改進(jìn)方案設(shè)計的皮帶張力因素中需要重點考慮的課題。
4.3 電子皮帶秤動態(tài)分析方法
由式(3)中的電子皮帶秤的誤差分析公式可以看到,影響皮帶秤誤差除了皮帶張力外,剛度是第二大因素。如何處理剛度問題是較為棘手的課題。在包括電子皮帶秤的輸送機(jī)系統(tǒng)中,可以認(rèn)為是一個多自由度的振動力學(xué)模型。要研究系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特征,必須建立系統(tǒng)動態(tài)方程。在皮帶秤的動態(tài)分析中,筆者認(rèn)為可以分兩步來研究。首先是考慮將皮帶秤作為一個獨立的動態(tài)力學(xué)方程,先關(guān)注秤本身小系統(tǒng)的自振頻率,則根據(jù)無阻尼固有頻率的基本計算公式:
ωn
2
= k
m
式中:ωn —— 系統(tǒng)無阻尼固有頻率
k —— 系統(tǒng)剛度;
m —— 系統(tǒng)質(zhì)量
而根據(jù)自控理論得知系統(tǒng)的有阻尼固有頻率與相位角、系統(tǒng)阻尼比、系統(tǒng)振動衰減系數(shù)、輸出響應(yīng)等因素有關(guān)。要想提高動態(tài)響應(yīng)特性,必須要系統(tǒng)振動衰減加快,而衰減主要取決于振動衰減系數(shù),振動衰減系數(shù)又與系統(tǒng)阻尼比和無阻尼固有頻率存在正相關(guān)關(guān)系,所以增加系統(tǒng)阻尼以及提高系統(tǒng)無阻尼固有頻率是關(guān)鍵。從上面公式可看出,當(dāng)系統(tǒng)的質(zhì)量不變而剛度增加時,系統(tǒng)的固有頻率提高,即相當(dāng)于縮短了系統(tǒng)瞬態(tài)振動周期,從而提高動態(tài)計量準(zhǔn)確度。具體措施就是提高系統(tǒng)中各部件的結(jié)構(gòu)支承剛度,增加系統(tǒng)總剛度。隨著計算機(jī)應(yīng)用的廣泛普及和快速傅里葉變換方法的成熟,相關(guān)理論可提供各種動態(tài)波形分析信息。頻率信號的高低頻率,周期信號采用傅里葉級數(shù)來分解頻率分量;而非周期信號則采用傅里葉積分進(jìn)行分解;對于隨機(jī)振動則可通過自相關(guān)函數(shù)的傅里葉變換得到頻域信息。在電子皮帶秤的動態(tài)分析中,作為第二步,必須分析包括皮帶輸送機(jī)在內(nèi)的隨機(jī)振動的激勵和響應(yīng)。引入隨機(jī)振動的譜密度分析,從而指導(dǎo)系統(tǒng)振動計算響應(yīng),從更科學(xué)的層面找出影響系統(tǒng)動態(tài)特性的因素,優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計,進(jìn)一步提高系統(tǒng)動態(tài)計量準(zhǔn)確度。
5 電子皮帶秤耐久性試驗方案比較
2015 年 10 月中國皮帶秤耐久性研討工作組在耐久性指標(biāo)的專題研討會上關(guān)于“實驗室物料模擬試驗方法和現(xiàn)場物料試驗方法并存”的結(jié)論雖然比較靈活,但如何體現(xiàn)試驗既公正又不浪費人力和物力是目前仍然困擾我國皮帶秤行業(yè)的難題。
5.1 建立模擬現(xiàn)場實驗室對皮帶秤系統(tǒng)進(jìn)行耐久性試驗
優(yōu)點:以型式批準(zhǔn)為目的的耐久性樣機(jī)試驗是在取得市場準(zhǔn)入資格之前,如果條件許可在獲得認(rèn)可的實驗室進(jìn)行。此方法無需在用戶現(xiàn)場就能對安裝在實驗室的輸送機(jī)上實際運行的皮帶秤進(jìn)行試驗。
其次是將所有的不同生產(chǎn)廠家、不同結(jié)構(gòu)的皮帶秤都在同一個實驗室輸送機(jī)上進(jìn)行測試,具備了相同的使用環(huán)境測試條件。因此相對于分別在不同的用戶現(xiàn)場條件下完成耐久性測試,其可比性與公正性優(yōu)于后者。當(dāng)然實驗室的運行工況是較為關(guān)鍵的因素,考慮各種現(xiàn)場可能出現(xiàn)的惡劣工況分別進(jìn)行測試,可使試驗結(jié)果比較接近不同的現(xiàn)場要求。
缺點:最主要的問題是完全模仿現(xiàn)場工況仍是個需要進(jìn)一步研究的課題。然而直至目前,關(guān)于影響皮帶秤使用準(zhǔn)確度的影響因子,包括不確定度的評估僅停留在理論分析層次。如何抓住影響耐久性的主要矛盾是解決問題的根本。其次是具體的、可操作的實驗室耐久性試驗方案還需要不同的實際用戶現(xiàn)場的一致性認(rèn)證。
5.2 將皮帶秤安裝在用戶現(xiàn)場進(jìn)行耐久性試驗
優(yōu)點:能真實反映某一個特定用戶現(xiàn)場的實際運行對于耐久性考核的要求。
缺點:最主要的問題是如果耐久性試驗僅針對某一特定現(xiàn)場(特定的環(huán)境條件及特定的使用頻率等條件)具有局限性,在不同的現(xiàn)場進(jìn)行測試可能會得出完全不同的測試結(jié)果。筆者認(rèn)為如果型式評價測試在某一個用戶現(xiàn)場來完成,由于特定條件、特定時間的限制,因此缺乏可比的公正與通用的原則。第二個問題是現(xiàn)場用戶在耐久性試驗過程中配合的程度。一般皮帶秤在現(xiàn)場投入使用后,要在固定的時間間隔投入大量的人力和物力進(jìn)行物料試驗,談何容易。如果為了減少浪費人力和物力,在現(xiàn)場不采用實際使用的物料進(jìn)行測試,或者采用局部的物料試驗,其正確性與科學(xué)論證又會受到挑戰(zhàn)。目前此方案又可分為兩種實施方案。其一,是完全按照 OIML R50 中規(guī)定的物料試驗方法進(jìn)行耐久性測試。當(dāng)然此方法有法可依,是無可非議的,但缺點也是顯而易見的。其二,是目前我國一些皮帶秤生產(chǎn)廠各自提出的現(xiàn)場耐久性試驗方案,目的是簡化 OIML R50 中規(guī)定的物料試驗方法來實施耐久性測試,兩種方法各有特色。其中應(yīng)該指出的是,對于如何提高用戶現(xiàn)場皮帶秤使用中的穩(wěn)定性,各生產(chǎn)廠都在努力采取各種不同的包括實時校正的措施,但這僅是保障皮帶秤穩(wěn)定使用的技術(shù)手段,不是統(tǒng)一的測試方法。但是有一點是必須明確的,無論何種方法,需要有各種不同用戶現(xiàn)場(不同行業(yè),不同使用工況,不同使用頻率)的,不同時間段(包括 24 h 和春夏秋冬季節(jié))的驗證數(shù)據(jù)。而且測試方法需要得到大多數(shù)皮帶秤生產(chǎn)廠家的認(rèn)可,否則可能會出現(xiàn)所謂的貿(mào)易壁壘,不利于通用性及公平競爭的原則。
6 耐久性試驗方法的建議
2015 年 10 月由全國衡器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會會同中國皮帶秤耐久性研討工作組在耐久性測試方案上雖然有所共識,但此共識內(nèi)容在具體實施中仍然有大量的工作要做,而且真要照此模棱兩可的共識內(nèi)容,操作上會帶來很多問題,可謂任重道遠(yuǎn)。筆者認(rèn)為,目前在皮帶秤的耐久性試驗的問題上,應(yīng)該站在如何發(fā)揮我國自主創(chuàng)新的技術(shù)優(yōu)勢上。當(dāng)前,中國在型式評價的連續(xù)累計自動衡器的物料測試水平及條件已具備了國際領(lǐng)先的水平。我國的山東省計量科學(xué)研究院和江蘇省計量科學(xué)研究院都相繼建立起國家級的連續(xù)累計自動衡器物料測試中心,如何發(fā)揮我國在電子皮帶秤物料測試中的作用,讓國際上在連續(xù)累計自動衡器的型式評價的耐久性測試都吸引到中國進(jìn)行,提高中國在皮帶秤產(chǎn)品在耐久性試驗上的話語權(quán)與主導(dǎo)權(quán)是我們應(yīng)該思考的問題。所以筆者還是偏向于指定比較完善的模擬現(xiàn)場實驗室對皮帶秤系統(tǒng)進(jìn)行耐久性試驗的方案。
7 結(jié)語
鑒于目前我國在模擬現(xiàn)場實驗室進(jìn)行耐久性試驗的方案還不夠成熟,特別對于影響皮帶秤耐久性誤差的理論與實踐機(jī)理還不夠完善,這要靠我國皮帶秤同行的共同努力,特別是發(fā)揮我國皮帶秤耐久性研討工作組的作用,打破企業(yè)隔閡,找出影響皮帶秤耐久性的影響因子的測試方法與測試項目,通過不同企業(yè)、不同結(jié)構(gòu)、不同環(huán)境條件的反復(fù)比較與認(rèn)證,共同完善實驗室對皮帶秤系統(tǒng)進(jìn)行耐久性試驗的方案。將國際上的皮帶秤系統(tǒng)型式評價的耐久性試驗真正吸引到中國而攜手協(xié)作、共同奮斗。
參考文獻(xiàn)
[1] 國際法制計量組織 OIML R50 4CD-2011連續(xù)累計自動衡器(皮帶秤)[S].巴黎:2011.
[2] 施漢謙,宋文敏.電子秤技術(shù)[M].北京:中國計量出版社,1991.
[3] 宋偉剛.通用帶式輸送機(jī)設(shè)計[M] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.
Discussion for durability and test of electronic belt-conveyer scale
Chen Risheng1,Lu Taoqin1,Zhu Jun2
(1. Shanghai Yamato Scale Co.,Ltd.;2. Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology)
Abstract: This paper based on definition of durability and test of electronic belt-conveyer scale, and analytical calculation durability errorof electronic belt-conveyer in theory, and stated discussion process about durability test method of electronic belt-conveyer scale in domestic and international, and offered a suggestion.
Key words: electronic belt-conveyer scale; durability; durability test
本文源于網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載,如有侵權(quán),請聯(lián)系刪除