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一、引言
目前,某鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司有廠級(jí)計(jì)量皮帶秤及內(nèi)部工藝皮帶秤,廠級(jí)計(jì)量皮帶秤應(yīng)用于焦化作業(yè)部、煉鐵作業(yè)部、煉鋼作業(yè)部的上料及產(chǎn)品計(jì)量中,其中煤炭、球團(tuán)、燒結(jié)礦、白灰等散裝物料計(jì)量過程中均采用雙傳感器皮帶秤,經(jīng)過兩年的使用、觀察,皮帶秤的使用過程中存在許多問題,并且發(fā)現(xiàn)皮帶秤的應(yīng)用現(xiàn)場影響因素很多,諸如皮帶的速度、跑偏、皮帶的彈性模量隨溫度和使用的時(shí)間的變化、稱重段及其前后托輥組的運(yùn)行狀況、秤架的結(jié)構(gòu)及安裝調(diào)試的技術(shù)手段,以及皮帶秤的校準(zhǔn)方法、維護(hù)管理等,都對(duì)皮帶秤的準(zhǔn)確度產(chǎn)生不同程度的影響。因此,許多電子皮帶秤在現(xiàn)場運(yùn)行過程中達(dá)不到生產(chǎn)廠家所保證的準(zhǔn)確度。
電子皮帶秤的計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性問題,以及校準(zhǔn)及誤差分析還存在許多問題。
二、電子皮帶秤在計(jì)量過程中存在的問題
(一)國內(nèi)皮帶輸送機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的制定沒有考慮計(jì)量的技術(shù)要求,如稱重段及前后的托輥組的運(yùn)行狀況、皮帶的張力變化、秤架安裝點(diǎn)的工藝環(huán)境等。
(二)電子皮帶秤的校準(zhǔn)方法(85﹪以上的用戶沒有條件做實(shí)物校準(zhǔn),模擬載荷又無法找出與實(shí)物的對(duì)應(yīng)關(guān)系)。
(三)料流的變化對(duì)動(dòng)態(tài)線性的影響(即可使用利用二次儀表的多點(diǎn)線性校正功能來修正,也難以提供多種重復(fù)料流的標(biāo)準(zhǔn)量)。
(四)電子皮帶秤在運(yùn)行過程中計(jì)量是否準(zhǔn)確,只有通過事后實(shí)物校準(zhǔn)才能判定。
(五)電子皮帶秤的管理與維護(hù)(缺少免維護(hù)的設(shè)計(jì)和支持管理、維護(hù)的技術(shù)平臺(tái))。
三、電子皮帶秤的校準(zhǔn)存在的問題
維護(hù)皮帶秤稱量準(zhǔn)確度,必須定期對(duì)皮帶秤
進(jìn)行校準(zhǔn),目前國內(nèi)外的校準(zhǔn)方法有以下幾種。
(一)實(shí)物校準(zhǔn)
用靜態(tài)稱量實(shí)物的結(jié)果來檢驗(yàn)皮帶秤,提供唯一真實(shí)的精度測(cè)量,尤其適用于重復(fù)測(cè)量中。
(二)鏈碼校準(zhǔn)
當(dāng)與真實(shí)的物料相等的測(cè)試重量施加于皮帶之上時(shí),它會(huì)提供一個(gè)真實(shí)的皮帶載荷模擬值。具備極佳的重復(fù)性測(cè)試。
(三)掛碼校準(zhǔn)
提供精確的模擬作為精度的測(cè)量,低成本、便于操作、配有裝卸設(shè)備、重復(fù)性測(cè)量。
(四)電子校準(zhǔn)
盡管實(shí)物校準(zhǔn)是置信度最高的方法,但實(shí)物校準(zhǔn)投資較大,并存在校準(zhǔn)時(shí)間長、費(fèi)力、物料多次被轉(zhuǎn)運(yùn)等諸多問題,特別是85%的現(xiàn)場無法滿足實(shí)物校準(zhǔn)的工藝條件。而且模擬載荷檢驗(yàn)多是在空皮帶的狀況下進(jìn)行,只能模擬皮帶機(jī)整個(gè)輸送面上某一段實(shí)物輸送狀態(tài),產(chǎn)生了實(shí)際生產(chǎn)過程中皮帶及整個(gè)輸送面上分布散裝物料是大的皮帶張力以及皮帶跳動(dòng)的變化情況。因此,模擬載荷試驗(yàn)與實(shí)物檢驗(yàn)相比較仍存在一定的誤差,特別是每條皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行狀況各不相同,無法求出與實(shí)物檢驗(yàn)之間的固定的關(guān)系。因此每臺(tái)電子皮帶秤必須定期采用實(shí)物或者模擬載荷檢驗(yàn)裝置對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)修正后才能使用,但皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行狀況發(fā)生變化后還要進(jìn)行校準(zhǔn)。
四、縮小電子皮帶秤誤差的方法
電子皮帶秤實(shí)時(shí)對(duì)散裝物料自動(dòng)連續(xù)式累計(jì)計(jì)量,通過皮帶輸送的物料,其累計(jì)重量的表達(dá)傳感器如果采用非接觸式測(cè)量裝置可以得到較高的
測(cè)量準(zhǔn)確度。
對(duì)于重量的測(cè)量常常會(huì)受到多種因素的影響和干擾,一般包括動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的影響。
(一)動(dòng)態(tài)影響
物料對(duì)皮帶的沖擊、秤架的剛性、秤架支點(diǎn)摩擦和皮帶運(yùn)行中的跳動(dòng)等因素,都會(huì)對(duì)計(jì)量杠桿的重心、力點(diǎn)帶來沖擊力矩,對(duì)傳感器輸出帶來頻率響應(yīng),稱重誤差與杠杠的振動(dòng)、傳感器的振動(dòng)的狀態(tài)密切相關(guān)。
(二)靜態(tài)影響
稱重傳感器上的受力與皮帶稱量段平均載荷q(t),作用在計(jì)量杠桿上的托輥數(shù)n,稱量段長度L,皮帶機(jī)的傾斜角度茲,皮帶張力T,皮帶槽架的彈性模型E,皮帶槽截面慣性矩I,稱重托輥與臨近托輥之間的直線度D/L有關(guān)。如下式:
稱量誤差啄:正比于T、E、I、D/L
反比于n、q、L、cos
電子皮帶秤的運(yùn)行過程中,可盡量避免誤差因素:
(1)皮帶秤的稱重誤差與皮帶安裝角度的余弦函數(shù)值成反比,斜坡角度越大,余弦函數(shù)值越大,則誤差越大。皮帶稱重框架應(yīng)盡量安裝在斜坡角度較小的皮帶機(jī)上,以減少測(cè)量誤差。
(2)皮帶的跑偏對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響很大。
圖1
Q(t)=k q(t)·v(t)dt (1)
其中:Q(t)——物料的累計(jì)重量;
q(t)——稱重傳感器測(cè)量皮帶單位長度的載荷重量;
v(t)——皮帶運(yùn)行的瞬時(shí)速度;k——與皮帶傾斜角度等有關(guān)的系數(shù)。
由于皮帶秤在正常運(yùn)行狀態(tài)下,皮帶上的散裝物料是不均勻的,皮帶機(jī)的帶速也是波動(dòng)的,所以從理論上講q(t)與v(t)都是瞬時(shí)值,而且t段時(shí)間內(nèi)的輸送量則用積分值來表示。q(t)通過稱重傳感器來測(cè)量,v(t)通過測(cè)速傳感器來測(cè)量,測(cè)速
設(shè)α=30毅,F(xiàn)左-F右=20%F,摩擦系數(shù)=0.15,
則跑偏誤差=20%×0.15×sin30毅=1.5%
皮帶不一定都在跑偏的狀態(tài)下運(yùn)行,皮帶橫移引起的稱重誤差,還取決橫移發(fā)生的時(shí)間與整個(gè)物料輸送的時(shí)間比。如皮帶跑偏在檢定規(guī)程要求之內(nèi),可忽略皮帶橫移的影響。
(三)校準(zhǔn)誤差
(1)校準(zhǔn)方法引起的誤差
(2)校準(zhǔn)對(duì)皮帶秤和皮帶輸送系統(tǒng)的工作狀態(tài),存在著皮帶張力、皮帶跳動(dòng)等方面的差異。掛碼、鏈碼校準(zhǔn)只能用于檢查皮帶秤線性的好壞,但都存在一定的稱重誤差,一般模擬載荷校準(zhǔn)誤差率3‰,實(shí)物校準(zhǔn)的誤差率在1‰內(nèi)。
(四)皮帶秤運(yùn)行環(huán)境的誤差因素
皮帶秤的運(yùn)行環(huán)境的影響因素主要有溫度、濕度、風(fēng)、震動(dòng)、電磁干擾等。溫度一般影響到冬季散裝物料傳輸過程中因溫度過低造成散裝物料的粘連、結(jié)塊等,濕度的影響可在皮帶啟動(dòng)時(shí),通過調(diào)整皮帶秤的零點(diǎn)來消除,皮帶秤環(huán)境誤差≤2‰。通過對(duì)皮帶秤的自身運(yùn)行條件改變皮帶秤的誤差精度。
(1)準(zhǔn)確度高
國際法制計(jì)量組織(OIML)R50和皮帶秤國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T7721-2008)中最高準(zhǔn)確度等級(jí)均為0.5%,而皮帶秤在《QPS皮帶秤全性能測(cè)試系統(tǒng)》上多次測(cè)試的結(jié)果,還是在SA/ICS-ZL陣列式皮帶秤型式試驗(yàn)或用戶使用中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均達(dá)到0.2%級(jí)準(zhǔn)確度等級(jí)。
(2)耐久性指標(biāo)
通過皮帶秤性能的長期穩(wěn)定性(即耐久性)問題引起了國際、國內(nèi)業(yè)界及用戶的極大重視。耐久性指標(biāo)的高低是皮帶秤能否用于商貿(mào)級(jí)計(jì)量的關(guān)鍵。針對(duì)皮帶秤耐久性指標(biāo)的影響因子—皮帶張力、非垂直力、振動(dòng)等因素,在《QPS皮帶秤全性能測(cè)試系統(tǒng)》上模擬皮帶張力變化、速度變化、增加水平力、模擬振動(dòng)情況下,其準(zhǔn)確度指標(biāo)均能滿足要求。
(3)信號(hào)處理系統(tǒng)的特點(diǎn)
1)張力二次補(bǔ)償
陣列式皮帶秤中,張力對(duì)陣列內(nèi)部單元無影響,但是對(duì)進(jìn)出口單元仍有影響。信號(hào)處理系統(tǒng)通過對(duì)相同載荷在不同稱重單元產(chǎn)生的信號(hào)差異對(duì)首尾單元進(jìn)行修正,進(jìn)一步提高了陣列式皮帶秤的準(zhǔn)確度。
2)國內(nèi)率先對(duì)皮帶秤現(xiàn)場儀表和稱重傳感器
進(jìn)行溫度補(bǔ)償
溫度對(duì)衡器準(zhǔn)確度與耐久性的影響往往不被用戶重視,也常常被制造廠有意或無意地忽略。因?yàn)楹馄鳈z定時(shí)是不會(huì)有太大溫差的,但實(shí)際使用時(shí)溫度變化所造成的影響還是不容忽視的。特別是傳感器靈敏系數(shù)的溫度系數(shù),對(duì)皮帶秤的耐久性指標(biāo)尤為關(guān)鍵。皮帶秤使用現(xiàn)場的溫度季節(jié)變化會(huì)在30~40攝氏度,由溫度變化引入的誤差是造成多數(shù)電子衡器耐久性指標(biāo)差的重要因素之一。
(4)制造、安裝和維護(hù)簡單、輕松
在相關(guān)理論的支持下,陣列式皮帶秤無需為了追求剛度而將秤架設(shè)計(jì)制造得非常的笨重,稱重單元采用薄板折彎件,安裝輕松、獨(dú)立的稱重單元,節(jié)約大量的人力、物力,通過頻繁地維護(hù)、調(diào)整方能保持性能指標(biāo)。
(5)增加冗余系統(tǒng)熱備份,確保計(jì)量不間斷
皮帶秤可配備有冗余計(jì)量系統(tǒng),冗余系統(tǒng)由獨(dú)立的稱重單元和儀表組成,處于不間斷地?zé)醾錉顟B(tài)。冗余系統(tǒng)隨動(dòng)跟隨主計(jì)量系統(tǒng),確保系統(tǒng)的計(jì)量準(zhǔn)確度和作業(yè)的連續(xù)性。
上述條件均能夠提高皮帶秤的實(shí)際運(yùn)行精度,降低皮帶秤的計(jì)量誤差,在日常工作中,檢測(cè)皮帶秤的零點(diǎn)示值的變化,使皮帶自重的不均勻性、空載皮帶的張力變化及托輥出事直線度等誤差源造成的影響,限制在檢定誤差限的1/5之內(nèi)。校準(zhǔn)零值穩(wěn)定性則可以進(jìn)一步把誤差源的影響縮小。
五、結(jié)束語
皮帶秤使用效果除了秤的隨機(jī)誤差,主要是系統(tǒng)誤差造成的,使用環(huán)境惡劣對(duì)稱重有較大的影響,皮帶張力的變化是使用皮帶秤好壞的關(guān)鍵因素,秤體維護(hù)人員技術(shù)素質(zhì)的提高,是皮帶秤運(yùn)行正常的保證,系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性是保證皮帶秤計(jì)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定準(zhǔn)確的前提條件。
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