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隨著水泥行業(yè)節(jié)能減排的需要，水泥企業(yè)對(duì)水泥包裝機(jī)精度的要求越來(lái)越高，因?yàn)樘岣咚啻乜刂扑?，減小袋重偏差會(huì)帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)效益。
1與回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)精度有關(guān)的幾個(gè)常識(shí)
1）袋裝水泥袋重的三個(gè)數(shù)值
目標(biāo)值即設(shè)定值；顯示值是儀表示值；實(shí)際值為電子秤的復(fù)檢值?，F(xiàn)實(shí)中目標(biāo)值絕對(duì)等于實(shí)際值是不存在的。
2）回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)屬于動(dòng)態(tài)計(jì)量器具，影響動(dòng)態(tài)計(jì)量的因素很多，不再只是電子稱重儀表和傳感器。
3）電子稱重儀表（以下簡(jiǎn)稱儀表）、稱重傳感器和秤架組成包裝機(jī)計(jì)量稱重系統(tǒng)；閘板、電動(dòng)機(jī)及其組成機(jī)構(gòu)是灌裝計(jì)量的控制系統(tǒng)。
4）一般水泥袋需用時(shí)7～10s完成50kg的灌裝，如按50000g/10s計(jì)算，則灌裝速度為500g/100ms，或5g/ms。
5）電子稱重儀表是包裝機(jī)稱重系統(tǒng)的核心部件，應(yīng)符合GB/T7724—2008《電子稱重儀表》標(biāo)準(zhǔn)要求，軟件上應(yīng)具備自動(dòng)零位跟蹤和掉袋自動(dòng)清零功能。
6）精度指標(biāo)要求符合JC/T818—2007《回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)》。
2影響回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)動(dòng)態(tài)計(jì)量精度的主要因素
2.1速度因素
儀表檢測(cè)到傳感器轉(zhuǎn)換的mV級(jí)信號(hào)，并判斷是否到達(dá)目標(biāo)設(shè)定值，發(fā)出程序指令控制外部電氣元件動(dòng)作，最終控制閘板機(jī)構(gòu)和灌裝電動(dòng)機(jī)停止供料，這些過(guò)程控制執(zhí)行需要一些時(shí)間，造成關(guān)斷延時(shí)，使顯示值和實(shí)際值大于目標(biāo)值，俗稱“過(guò)沖”。測(cè)試現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)大部分普通水泥包裝機(jī)發(fā)現(xiàn)：目標(biāo)設(shè)定值一般設(shè)定為49.5kg，灌裝后實(shí)際值最大約50.50kg。
因此水泥包裝機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和器件選型上應(yīng)盡可能選擇執(zhí)行速度快的，表1是兩種不同結(jié)構(gòu)的水泥包裝機(jī)的對(duì)比數(shù)據(jù)。

從表1中計(jì)算結(jié)果可得出：固態(tài)繼電器控制伺服電動(dòng)機(jī)直接拖動(dòng)扇形閘板的形式比通用繼電器控制氣缸拉動(dòng)直板型閘板的形式總共快118-30=88ms，質(zhì)量過(guò)沖小（590-150=440g）。
至于儀表的A/D采樣頻率，CPU運(yùn)行速度一般都在1～2ms及以下，基本上是可以忽略不計(jì)的。因此主要影響反應(yīng)速度的是外部的執(zhí)行元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
措施：如果發(fā)現(xiàn)袋重過(guò)沖大，則設(shè)定值應(yīng)小些；如果過(guò)沖小，設(shè)定值大些。這個(gè)措施有效的前提是包裝機(jī)出灰管處水泥流量恒定，才能夠單純靠加大或減少“過(guò)沖”，緩解精度偏差過(guò)大問(wèn)題。
2.2流量因素
單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)出灰管截面積的水泥質(zhì)量就是灌裝時(shí)水泥的流量。其他因素不變的前提下，包裝機(jī)倉(cāng)壓、水泥的密度和葉輪對(duì)水泥流化程度不同對(duì)流量有明顯影響：倉(cāng)壓和水泥密度大就會(huì)造成流量大。反之，流量小。包裝機(jī)主機(jī)頂部大蓋上都安裝有檢測(cè)倉(cāng)內(nèi)水泥高度的料位計(jì)，一般該高料位點(diǎn)距機(jī)倉(cāng)頂部300～500mm，倉(cāng)內(nèi)水泥大約2t左右，但該項(xiàng)技術(shù)只能保證倉(cāng)壓維持在一定范圍，不能解決水泥密度和葉輪對(duì)水泥流化時(shí)流量波動(dòng)的影響。該因素與上述速度因素相輔相成，同時(shí)對(duì)精度造成影響。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)大部分普通包裝機(jī)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)流量不穩(wěn)造成的精度偏差可以達(dá)到±500g。
措施：采用粗細(xì)流二次灌裝技術(shù)，可以減小流量不穩(wěn)對(duì)計(jì)量造成的誤差，簡(jiǎn)單說(shuō)就是袋重接近目標(biāo)值時(shí)，人為干預(yù)減少流量進(jìn)行細(xì)流填料，即便流量不穩(wěn)，也可以將偏差控制在很小的范圍。經(jīng)實(shí)踐測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在不影響產(chǎn)量前提下，細(xì)流灌裝控制在袋重45kg時(shí)開始比較好。如果包裝機(jī)閘板使用伺服電動(dòng)機(jī)控制（或是伺服閥氣缸），通過(guò)PID調(diào)節(jié)控制技術(shù)，從此點(diǎn)開始還能夠?qū)崿F(xiàn)袋重與閘板開度無(wú)級(jí)配合灌裝，可以使偏差更小。
2.3掉袋時(shí)跌落水泥和出灰管殘留水泥
灌裝完畢的水泥袋卸到接包機(jī)上，國(guó)內(nèi)大部分包裝機(jī)還停留靠水泥袋的自重壓迫出灰嘴落下掉袋的形式（出灰嘴以圖1中A點(diǎn)為軸轉(zhuǎn)動(dòng)），出灰膠管被擠壓回彈以及出灰嘴回位時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)，同時(shí)不可避免地漏出一些水泥來(lái)。另外，掉袋后，出灰膠管和出灰嘴中殘留的水泥質(zhì)量已經(jīng)計(jì)入單袋袋重中了，但是這些水泥不一定落入水泥袋中，可能落到水泥袋外，還可能殘留在出灰嘴和出灰膠管中。經(jīng)測(cè)試，這兩個(gè)部位可存留水泥約150g。

措施：活動(dòng)出灰嘴改成固定出灰嘴，出灰膠管就不會(huì)受到擠壓了，并將出灰嘴前端改成尖形，減少出灰嘴存灰量，配套的掉袋機(jī)構(gòu)（靠袋子自重形式）改成主動(dòng)推袋機(jī)構(gòu)，模擬人工將水泥袋緩送到接包機(jī)上，振動(dòng)小，一般使用氣缸和伺服電動(dòng)機(jī)都能完成此動(dòng)作。但伺服電動(dòng)機(jī)可以通過(guò)調(diào)節(jié)剛性度（速度位置增益參數(shù)）明顯減緩機(jī)構(gòu)的沖擊和振動(dòng)，減少掉袋振動(dòng)引起的水泥溢出量，同時(shí)在閘板后端出灰膠管及出灰嘴增加充氣裝置，使掉袋前盡可能將出灰膠管和嘴中殘留水泥吹入水泥袋中。
2.4閘板關(guān)閉不嚴(yán)和彈片調(diào)整不及時(shí)
閘板由于磨損或是卡到鐵渣，會(huì)關(guān)不嚴(yán)，同時(shí)由于灌裝電動(dòng)機(jī)會(huì)因慣性繼續(xù)帶動(dòng)葉輪的運(yùn)轉(zhuǎn)排出部分水泥，造成袋重超重。
使用彈片結(jié)構(gòu)的秤架由于長(zhǎng)期沖擊振動(dòng)影響，產(chǎn)生松動(dòng)，造成稱重波動(dòng)大，重復(fù)性差，影響稱重精度。
措施：利用振動(dòng)篩篩除雜物，同時(shí)改變傳統(tǒng)閘板結(jié)構(gòu)及控制元件，采用大扭矩（310N·M）徑向轉(zhuǎn)動(dòng)扇形閘板控制技術(shù)（見圖2），能切斷5～6mm鐵質(zhì)雜物，確保不出現(xiàn)閘板磨損和卡別等關(guān)不嚴(yán)的現(xiàn)象。

及時(shí)調(diào)整彈片，確保不卡、不別，連接螺絲緊固?；蚴墙Y(jié)構(gòu)上取消彈片機(jī)構(gòu)，使用懸臂梁傳感器直連型秤架（參見2.7節(jié)）。
2.5水泥編織袋質(zhì)量差
水泥編織袋質(zhì)量差會(huì)造成灌裝過(guò)程中漏灰，使得袋重偏輕；當(dāng)袋子跌落到接包機(jī)上時(shí)，或多或少的都會(huì)撒出一些水泥來(lái)。
措施：使用優(yōu)質(zhì)水泥編織袋。
2.6平穩(wěn)性
通過(guò)測(cè)試水泥包裝機(jī)發(fā)現(xiàn)：包裝機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的平穩(wěn)性對(duì)精度也有一定影響。
普通包裝機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)后由于回轉(zhuǎn)主軸的擺動(dòng)（主軸上下支撐不同心）造成包裝機(jī)回轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，產(chǎn)生振動(dòng)，造成同一水泥袋重在不同旋轉(zhuǎn)點(diǎn)質(zhì)量不同，如每隔120°，測(cè)試發(fā)現(xiàn)顯示誤差最大為100g。
措施：包裝機(jī)主軸設(shè)計(jì)使用上下兩盤軸承結(jié)構(gòu)(見圖3）；主軸在生產(chǎn)制作中提高加工等級(jí)；在安裝時(shí)保證包裝機(jī)主軸上下同心。

2.7離心力
測(cè)試傳統(tǒng)S型拉力傳感器，包裝機(jī)高速旋轉(zhuǎn)到6～7r/min時(shí)，水泥袋質(zhì)量顯示偏?。盒D(zhuǎn)起來(lái)時(shí)顯示50.00kg，包裝機(jī)停下來(lái)，袋重顯示50.15kg，最大差150g。旋轉(zhuǎn)工作的回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)不可避免地造成秤架上的水泥袋對(duì)S型拉力傳感器產(chǎn)生側(cè)向力，而S型傳感器只能線性地準(zhǔn)確稱量垂直于傳感器方向的力，實(shí)踐證明S型拉力傳感器對(duì)側(cè)向力的檢測(cè)線性非常差。
措施：改用懸臂梁傳感器(見圖4)，此種傳感器可測(cè)量剪切力引起的側(cè)向應(yīng)力，輸出信號(hào)不受測(cè)力點(diǎn)位置的影響，線性好、精度高，特別適合側(cè)、斜壓力和拉力，抗偏載（檢測(cè)側(cè)向力能力強(qiáng)），抗沖擊，另外該種結(jié)構(gòu)還能取消輔助支撐彈片。

2.8缺失檢測(cè)秤及其閉環(huán)稱重檢測(cè)系統(tǒng)
國(guó)外先進(jìn)的水泥生產(chǎn)線上都有檢測(cè)秤這一生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，掉袋后的水泥袋再經(jīng)過(guò)檢測(cè)秤重新稱重，偏差過(guò)大的經(jīng)破包機(jī)破碎循環(huán)。同時(shí)統(tǒng)計(jì)稱重?cái)?shù)據(jù)，判斷袋重趨勢(shì)，通過(guò)反饋控制水泥包裝機(jī)儀表實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)設(shè)定值，使水泥袋重曲線趨近于一條直線。而國(guó)內(nèi)水泥企業(yè)在包裝生產(chǎn)線上配套檢測(cè)秤的寥寥無(wú)幾。
個(gè)人對(duì)此環(huán)節(jié)的認(rèn)識(shí)如下：檢測(cè)秤反饋系統(tǒng)屬于滯后分析判斷，已經(jīng)出現(xiàn)不合格或是偏差大的水泥袋了，才開始補(bǔ)償；另外由于諸多因素還不能立即修改，如復(fù)檢時(shí)袋重偏差過(guò)大，若是由于袋子漏灰造成的，立即修改下一袋灌裝的設(shè)定值反而會(huì)造成偏差更大。只能是檢測(cè)若干袋重之后，發(fā)現(xiàn)同一個(gè)嘴袋重出現(xiàn)同向偏差趨勢(shì)時(shí)，才能適當(dāng)修改，這需要一個(gè)合理的算法。需要注意的是在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，袋重以檢測(cè)秤為基準(zhǔn)，但由于多個(gè)水泥包輸送線上連接不規(guī)則性，目前國(guó)內(nèi)外校正秤都沒(méi)有自動(dòng)除皮功能，因此生產(chǎn)過(guò)程中必須及時(shí)清理落灰，始終保持檢測(cè)秤零點(diǎn)穩(wěn)定。
所以說(shuō)檢測(cè)秤主要是能實(shí)時(shí)不斷地分析袋重趨勢(shì)，它對(duì)包裝機(jī)的精度控制起到監(jiān)視補(bǔ)充作用，關(guān)鍵是提高包裝機(jī)本身的動(dòng)態(tài)精度。
措施：適時(shí)增加檢測(cè)秤及其控制系統(tǒng)。
3總結(jié)
上述對(duì)水泥包裝機(jī)動(dòng)態(tài)計(jì)量精度產(chǎn)生不利影響的因素中1～5項(xiàng)對(duì)精度的影響程度大些，因素6～8項(xiàng)影響程度小些，并且因素4和5項(xiàng)如果措施得當(dāng)，維護(hù)到位是能減少和避免的。各水泥生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)各自的情況，結(jié)合不同結(jié)構(gòu)包裝機(jī)的自身特點(diǎn)，綜合考慮各方面因素，采取不同解決措施，及時(shí)維護(hù)、適當(dāng)改造或是更換計(jì)量精度更高的回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)，以期獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。
通過(guò)分析影響包裝機(jī)精度的因素，唐山忠義公司于2011年研制開發(fā)了BHYW8S型數(shù)控回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)，該機(jī)綜合采用上述多種有利措施：高速響應(yīng)伺服技術(shù)實(shí)現(xiàn)速度快、過(guò)沖小；PID調(diào)節(jié)無(wú)級(jí)閘板灌裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)流量無(wú)級(jí)調(diào)控；大扭矩徑向轉(zhuǎn)動(dòng)扇形閘板實(shí)現(xiàn)不卡、不堵、不漏；懸臂梁傳感器秤架結(jié)構(gòu)克服離心力影響；固定出灰管、出灰嘴及柔性推袋控制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)均衡落袋、減少對(duì)精度影響；主軸上下兩盤大軸承定位實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)減少對(duì)精度的影響。
該款包裝機(jī)于2013年12月在冀東水泥集團(tuán)唐山豐潤(rùn)公司安裝使用，運(yùn)行穩(wěn)定。通過(guò)水泥廠技術(shù)人員長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該型水泥包裝機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)均比以往有質(zhì)的飛越：由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使故障率比普通包裝機(jī)下降50%；揚(yáng)塵少，噪聲小，工作環(huán)境明顯改善。特別是動(dòng)態(tài)精度比以往國(guó)內(nèi)普通水泥包裝機(jī)提升一個(gè)檔次。具體數(shù)據(jù)對(duì)比見表2。

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