引言

    調速定量給料秤(即定量給料機或稱重給料機,俗稱配料皮帶秤等)是集給料輸送、稱重計量和定量控制為一體的機電一體化設備, 是散狀塊、粒、粉狀物料的連續給料計量、定量給料和配料控制的常用生產設備。廣泛地應用于建材、冶金、化工、電力、輕工等各生產部門。系統主要由預給料裝置和進料斗、秤體、稱重及測速傳感器、稱重控制器和變頻調速器等部分組成。各部分既是一個有機的整體, 又可獨立選配組合。根據生產實際條件和檔次要求, 科學合理地選配組合,無疑是達到經濟、實用、準確、可靠, 獲得理想使用效果及效益的條件和基礎。

    秤體是基礎

    秤體是定量給料秤系統的基礎和關鍵部分。尤其在測量精度方面, 傳感器、控制器等電氣系統的綜合精度達到0. 10%和0. 05%已是一般水平, 但秤體的稱重測量部分尚難達到如此高的精度, 可見保障和提高定量給料秤精度的關鍵和難點主要在于秤體, 長期穩定可靠性也主要在秤體。我國相繼引進了日本、美國和德國等世界知名公司的技術和產品, 其中德國申克公司的DEL /DEM 型定量給料秤(機)性能較好。本公司的定量給料秤就是在引進消化申克公司技術基礎上, 同時吸收國外和自身幾十年研發應用技術經驗二次設計開發的新一代產品。秤架結構簡單輕小、剛度大、積灰面小, 具有彈性減震支點、高靈敏度單托輥秤架、美觀的大剛度箱型框架和擋料板, 軸裝直聯減速電機, 穩固可靠。對輕質物料( 0. 5 t /m3 以下)為了保證足夠的測量精度可采用多托輥和適當長度稱量段, 同時皮帶等相關部件需做適應性調整。

    除具有申克秤的特點外, 內窄外寬梯形截面進料斗、內置軸承、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、超重靈活的張緊調偏機構等, 都優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、運行穩定可靠、計量準確的原因, 深得國內外用戶的好評。2給料方式的選擇

    定量給料秤的給料方式有兩種: 一是不設預給料裝置, 由定量給料秤皮帶直接從供料倉下的進料斗閘門把物料拖出, 即所謂拖料給料方式; 另一種是設置預給料裝置。由其把供料倉中物料給入秤體皮帶進行計量并送給下一環節, 即預給料的給料方式。對于塊、粒狀和流動性較差的粉體物料, 一般多采用拖料給料方式; 對于皮帶不易正常拖出的粘濕性物料, 或流動性好的!傾瀉性粉體物料, 需采用預給料的給料方式。顯然, 拖料給料方式更簡單可靠, 設備和使用成本低,不存在預給料造成的控制滯后等問題, 所以, 閉環控制系統更簡單、穩定、可靠, 應優先選用。但是, 有的企業擔心倉壓和物料性質影響拖料給料困難, 尤其早期設計的給料計量系統, 習慣采用圓盤給料機、板式給料機等做預給料裝置。但大量實踐證明, 只要滿足上述拖料給料條件, 選用拖料給料方式會更加可靠, 更為理想。3進料斗的設計選配

    定量給料秤的進料斗大體可分為三種: # 用于自由流動的塊、粒、粉狀物料的普通進料斗, 如本公司的TK型進料斗。該種進料斗應用廣泛, 其直接安裝在料倉下料口與秤體皮帶之間, 通過皮帶運行把倉下料斗中物料拖出, 由進料斗出料口閘門開度大小控制料流厚度; 振動料斗, 主要用于出料不暢的粘濕性物料,如申克公司的V型料斗。其可以自動控制間歇或連續振動, 以保證連續均勻下料, 皮帶再把物料運送到下一個環節。由于物料粘滯特性較復雜, 應用方式必須相適應, 采用并不太多; % 導流料斗, 主要用于流動性好的!傾瀉性粉粒狀物料, 如本公司的TF 型進料斗。導流料斗縱向較長, 內設多道柔性擋料板, 以防止沖料、跑料和揚塵, 并對料流控制整形, 以使料流更均勻穩定, 料流厚度主要由預給料裝置控制。進料斗的結構雖然簡單, 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。筆者設計的TK 型料斗, 采用前寬后窄的梯形截面和鍥形傾斜底邊結構, 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型導流進料斗采用獨有柔性密封和擋料板結構, 確保不沖料、不跑料、不漏料、不揚塵, 料流形狀均齊穩定,為保證系統正常穩定運行和計量精度提供良好基礎。4秤體規格的選定

    秤體是系統的基礎和關鍵環節。秤體規格的選配既要嚴格根據物料的瞬時流量大小、容重、粒度和流動等特性, 也要考慮系統工藝設備的配置要求, 做到系統匹配綜合協調合理。切忌片面追求局部合理而造成設備規格配置更大的不合理, 從而給長期生產運行和維護帶來一定的影響。

    代表定量給料秤規格的特征參數是皮帶寬度和主從滾筒中心距。皮帶寬度需根據物料的瞬時流量、容重、粒度和流動特性等條件選取, 同時應符合輸送帶國家標準分級規格, 如: 650、800、1 000、1 200、1 400、1 600和1 800mm 等。如果皮帶過寬, 可能導致出料層過薄、出料不均勻穩定、線負荷過小、皮帶剛度相對較大, 造成稱重計量不準?；蛘邘龠^慢、給料脈動不均勻、控制靈敏度下降、控制精度降低, 并使秤體、減速電機加大加重。皮帶過窄會導致帶速過快、運行平穩性變差、料倉出料口偏小, 甚至造成向外撒落物料、跑料等弊病。

    主從滾筒中心距的標準尺寸有: 1 700、2 000、2 500、2 700、3 500、4 000、5 000mm, 甚至到8 000mm等。但對于稱量段長度為500mm左右的單托輥秤架, 皮帶寬度在1 000mm以下時, 主從滾筒中心距應在2 000~ 2 700mm間選取; 帶寬在1 200mm以上時, 可在2 000~ 3 500mm間選取, 此稱為!基本規格。若皮帶較寬或用于粉體物料, 應適當長一些, 否則, 以短為佳。顯然, 秤體過長, 不僅增加設備和使用費用, 也給搬運、安裝、維護增加麻煩, 更重要的是給運行穩定可靠性帶來不利影響, 尤其物料到稱重區時間拉長, 這種長滯后反饋控制, 在料流波動變化時, 給控制穩定性和精度帶來十分不利的影響, 因此, 除非設備布置的特殊需要, 一般應盡量選用!基本規格長度, 而且在同一生產線中, 盡量使長度規格統一。另外, 也盡量避免采用2m以下的規格, 因為秤體長度過短, 可能導致稱量段長度縮短, 從而對保證計量精度不利。總之, 避免超常規格, 盡量采用!基本規格。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、厚度和均一的質量, 并且是尺寸準確、表面平整無折痕的環形無接頭皮帶。要求厚度誤差& 0. 3mm, 寬度誤差& 0. 3%, 雙邊環長偏差& 0. 2%, 從而保證測力靈敏、張力和零點比較穩定。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。平面帶適用于流動性一般的塊、粒狀物料和流動性較差的粉狀物料, 是應用最多的一種。對于流動性很好的粉、粒狀物料或容易發生撒落物料的場合應采用擋邊帶。但應注意: 擋邊帶相對剛性大, 對測量精度不利, 而且拆裝較麻煩費力, 價格較高, 所以, 只在必要場合采用。平面帶和擋邊帶均可做成普通帶或耐熱帶。但耐熱帶相對耐磨性、抗沖擊性差, 價格較高。只有物料溫度達80~ 200 時才選用。不論哪種帶, 均需采用制作精良優質膠帶。

    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、出料均勻順暢、運行平穩、皮帶張力穩定。尤其對于稱量段不長的單托輥秤架, 有利于采樣測量穩定準確。較厚的料層, 有利于出料均勻順暢, 能適應較大粒度物料, 從而可獲得較高的稱重計量精度。但速度過慢會導致減速比過大、設備成本增加, 控制滯后時間加長, 甚至出料脈動斷續, 從而影響控制精度。可見, 并非速度越慢越好。據筆者經驗, 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,大流量亦應在0. 80m / s以下, 否則應采用更寬的皮帶或較長稱量段的雙托輥秤架等措施。

    定量給料秤流量的調節范圍一般標稱10(1, 甚至更大。其既可以通過調節皮帶(即料流)速度, 亦可以調節料層厚度(即負荷)實現。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象, 較大的線負荷也有利于保證測重精度和運行穩定, 所以, 在實際生產中都盡量把閘門開得較大, 并一經確定就不再隨便調整。即使調整料層厚度,一般也僅能在2(1的范圍調節。在實際生產中只通過調節皮帶速度來調節給料速率, 即調節變頻器的工作頻率。變頻器的工作頻率可在6~ 60H z范圍調節, 但50H z以上為恒功率變轉矩運行, 頻率過低時轉矩也會下降, 造成運行不穩定, 所以, 一般實際的工作頻率范圍均設定在50~ 10H z, 即調速范圍為5(1。為了保證長期在較佳狀態運行, 最好工作在50~ 20 H z, 即理想的調速范圍為2. 5(1左右, 因此, 設定的調速范圍在滿足使用要求條件下, 應盡量小, 不切實際地給定過大調節范圍可能導致工作狀態不佳, 甚至不能正常運行。如果確實需要較大的調速范圍, 應與供貨商商定合理的技術方案。

    稱重控制器是穩定的關鍵

    稱重控制器接收一次檢測單元的負荷速度等信號, 進行處理、顯示、運算和調節控制等功能, 是實現連續計量和定量給料控制的!指揮部, 所以, 它的技術質量水平和穩定可靠性是達到理想效果的關鍵。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境的單機控制器, 以專用模塊和PLC為硬環境的單機控制器和以工業PC機或PLC為硬環境的機組控制器, 并以前兩種應用廣泛。其中又可分為國外知名公司產品和國產產品。國外知名公司的進口儀表,技術功能強、穩定可靠性高, 但價格很高(是國產同類稱重儀表的3~ 4倍以上), 供貨周期長, 質保時間短, 不提供調試服務, 維修時間長且不便, 有時維修費比買新表還高,從而可能給使用維護帶來長期麻煩和困難。另一方面,近幾年國產儀表技術質量有顯著提高, 并且出現技術質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外同類產品已差距不大, 長期生產使用表明, 在功能和穩定可靠性等方面完全滿足使用要求, 如本公司的HL820控制器, 具有物美價廉、技術服務快捷周到, 確保長期使用無后顧之憂。當然, 國產儀表廠家多, 產品技術質量差異很大,需要認真考察了解和選擇。對于大型企業的關鍵生產環節, 采用進口儀表尚也必要, 但必須做好備份, 并謹防假冒產品。

    測速和測速傳感器

    調速定量給料秤的料流速度測量, 是基于物料與皮帶同步運行為條件。即物料與皮帶相對靜止, 所以,皮帶速度就等于料流速度。

    定量給料秤皮帶速度的測量方式主要有以下幾種:# 測量拖動電動機的轉數。皮帶速度完全取決于電機轉數, 所以電機轉數即可代表皮帶亦即料流的速度。電動機的轉數相對較高, 所以大多采用簡單、經濟、可靠的電感開關傳感器, 也有少數廠家采用底線旋轉編碼器等傳感器。

    電機轉數測量又可分為在電機尾端出軸測量和在減速電機中間的電機輸出軸端測量, 并以尾端測量方式居多。但尾端恰在風扇通風處, 環境較惡劣, 振動較大, 穩固可靠性較差。而安裝在電機輸出軸端, 簡便、安全、穩固可靠, 環境條件好, 更為理想, 但需采用專用減速電機。

    測量主從滾筒轉數。其基于滾筒與皮帶同步運行, 滾筒轉數即代表皮帶速度。由于滾筒一般轉數較低, 常常采用編碼測速傳感器, 但也有采用電感測速傳感器等。這種方式應注意保證測速傳感器與滾筒的同軸度和防止振動, 基座須穩固, 維護應方便。為了防止皮帶打滑影響, 一般測速傳感器多安裝在從動滾筒軸上, 但如果不存在打滑問題, 安裝在主從滾筒軸均一樣, 而且, 正常良好的運行情況下不允許有打滑現象。% 直接測皮帶速度。其也分兩種方式, 一種是配置電感或編碼器測速傳感器的滾輪測速機構, 壓在回程的皮帶上, 皮帶帶動滾輪同步運行。這種方式用于電子皮帶秤上較多, 而定量給料秤系統較少用。這種測速方式要注意防止滾輪粘料、與皮帶打滑和跳動, 必須保證與皮帶同步運行。另一種是在皮帶中預埋感應片, 采用電感開關和計算機測控(一般在控制器中設有測量計數功能)。此種方式測速較準確, 影響因素很少, 但需用特制膠帶, 稱重控制器需設有測速功能方可。

    測速傳感器的種類較多。如交直流測速發電機、電感式、電容式、磁電式、光電式和旋轉編碼式等。但目前實際常用的主要是電感開關和旋轉編碼器兩種,也有采用速度頻率反饋等。

    電感開關傳感器, 體積小、結構簡單、穩定性高、安裝簡便、對環境適應性強、信號穩定、測量精度較高、價格便宜。特別是在減速電機中部電機輸出軸處安裝更安全可靠, 是目前采用較多的一種。電感傳感器的測量轉數可達1~ 3 000 r/m in, 開關頻率可達5 000H z, 只要齒盤設計安裝滿足要求, 可以滿足各種使用條件要求。

    旋轉編碼傳感器是高精度測速元件, 其容許轉數可達3 000~ 6 000 r/m in, 響應頻率可達1~ 100 kH z, 輸出無干擾方波脈沖信號, 但價格較高, 除電機內置式外, 安裝也稍麻煩, 多用在低轉數測速環節。選用測速傳感器時常常有個誤區: 即過分片面地注意傳感器本身的測量精度, 從而導致系統不匹配而浪費, 甚至可靠性變差。首先應根據定量給料秤的使用精度選配, 測速系統誤差不大于定量給料秤計量誤差的1 /3即可, 再高將失去實際價值。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2 500 H z左右,有的知名公司控制器輸入頻率才400 H z, 測速傳感器輸出頻率如超過此數據不但沒有實際價值,反而要增加麻煩, 所以, 必須根據定量給料秤的使用精度、稱重控制器允許輸入頻率和電動機最高轉數等條件選配測速傳感器, 切勿單純片面追求測速傳感器本身的過高精度, 應以滿足使用要求為準。另外, 實踐表明, 測速傳感器的安裝方式、位置和穩固性十分重要, 是保證長期穩定可靠運行的重要條件。