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定量給料機精度的影響因素及日常維護
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定量給料機精度的影響因素及日常維護


1 前言


定量給料機是工礦企業用于計量和配料的重要設備,關系到産品的産量和質量。影響定量給料計量精度的因素有很多,就産品本身而言,分為機械和電氣兩個部分;就使用角度而言,取決于定量給料機的選型、安裝位置和安裝質量以及日常維護使用和日常保養等幾個方面。

2 定量給料機工作原理 

定量給料機通過稱重秤架下的稱重傳感器對經過皮帶上的物料進行重量檢測,以确定皮帶上的物料重量;通過裝在尾部滾筒或旋轉設備上的數字式測速傳感器連續測量給料速度,該速度傳感器的脈沖輸出正比于皮帶速度;速度信号與重量信号一起送入皮帶給料機控制器,産生并顯示瞬時流量。給料控制器将該流量與設定流量進行比較,由控制器輸出信号控制變頻器帶動電機進行調速,實現定量給料的要求。

3 系統的組成


3.1 定量給料機的機械部分


定量給料機機械部分包括秤架(包括安裝支架)、手動挂碼校驗裝置、防跑偏裝置、頭部刮闆、内外清掃裝置、張緊裝置(包括自動張緊裝置)、配料秤的密封罩、支撐架、膠帶、托輥、輥筒、結構件(卸料漏鬥、拖料漏鬥及手動調節閥門等)及減速機。


3.2 定量給料機的電氣部分


定量給料機電氣部分包括稱重傳感器、速度傳感器、稱重控制器、變頻器、調速電機、現場轉換開關、現場開停按鈕及指示燈、接線盒及連接電纜(稱重傳感器、速度傳感器與控制器之間的連接)和通訊連接設施(控制器與上位機DCS之間的連接)。

 

(1)主動滾筒:主動滾筒由減速機電機拖動,進而帶動皮帶轉動。 


(2)從動滾筒:通過調節張緊滑座的螺絲,改變從動滾筒的位置,可以調節皮帶的張緊和跑偏。


(3)十字簧片:為秤體和稱量框架的支點。 


(4)張緊滑座:可用于調節皮帶張緊和跑偏的機構。


(5)稱量框架:給料機的傳力機構,将皮帶上的物料負荷信号均勻地傳輸至稱重傳感器。 


(6)自動張緊裝置(張緊滾輪):使皮帶保持一定的張緊度,并使皮重在很小的範圍内變化。 


(7)下料鬥:調節料鬥上的閘門開度和開口形狀,可改變皮帶上的料層厚度和形狀。 


(8)電機減速機:定量給料機的驅動裝置,有的帶有測速裝置,有的測速裝置安裝在從動輪上(我公司B線測速裝置在驅動裝置上,A線測速裝置安裝在從動輪上)。 


(9)稱重傳感器:将皮帶上的質量轉換成電信号傳輸給定量給料機的控制器。另外,秤體的上表面分布着許多小托輥,根據其功能分為承重托輥(在下料口位置)和稱重托輥(在出料口位置)。多數秤體上還裝有防跑偏裝置和内置、外置清掃裝置(用于清掃皮帶兩個面上粘附的物料)。

4 影響定量給料機計量精度的主要因素 

定量給料機本身的精度是由設備制造廠家決定的,除秤體的工藝制造水平外,定量給料機誤差主要表現為皮帶載荷(物料荷重)測量誤差,皮帶速度測量誤差,儀表轉換及控制運算誤差,日常維護中的零點變化、皮帶張力及變化、皮帶剛度不均、皮帶質量不均、水平力變化、物料不穩等所導緻的誤差。

4.1 現有稱重機構模型的兩種主要方式

(1)杠杆式(十字簧片作為杠杆支點,我公司A、B線所有定量給料機采用此模式)。杠杆式秤架秤體大,水平面方向的表面積大,大面積積灰易導緻零點誤差。 


(2)直接承重式(一般用四個傳感器,我公司混合材輸送計量,A、B線熟料輸送計量采用此模式)。直接承重式皮帶秤采用被稱為“三無”的直接承重式秤架結構,即無杠杆、無支點、無平衡配重,也就是沒有稱重承載器,不存在支點磨損問題;直接承重式秤架水平方向的表面積小,積灰量小,積灰引起的零點誤差小。 

4.2 稱重和測速傳感器精度等級誤差


稱重和測速傳感器精度等級高,則其計量精度就高;反之,則其計量精度就低。選備件時需注意:一般用于配料的場所選用精度等級要求不高的稱重和測速傳感器,而用于計量考核的場所選用精度等級要求較高的稱重和測速傳感器。

4.3 荷重和測速信号的放大和傳輸誤差


由電子元器件實現稱重和測速傳感器的信号轉換和傳輸,電子元器件各項參數的零點漂移及信号在傳輸過程中的衰減、幹擾等會影響計量設備的計量誤差。選用一塊質量高、控制精度高的計量控制儀表,對減少計量誤差至關重要。一般而言,進口儀表如申克、西門子等計量控制儀表其精度等級比國産儀表要高,但其價格也較貴。整體而言,與國産儀表相比,進口儀表性價比較高。 

4.4 皮帶速度測量誤差 


常用的皮帶速度檢測方式有以下三種: 

(1)在定量給料機主動輪的傳動軸上安裝齒輪盤脈沖測速傳感器(我公司 B 線定量給料機采用此模式),以脈沖個數來代表實際的皮帶速度V。 

(2)在定量給料機從動輪的傳動軸上安裝編碼測速傳感器(我公司A線定量給料機采用此模式),同樣以脈沖個數來代表實際的皮帶速度V。 

(3)取變頻器上的反饋速度來代表實際的皮帶速度V。 
   

第一類測速方式:由于受測速齒輪數量限制,其采樣間隙時間大,采樣脈沖個數少,同時由于安裝測速脈沖傳感器受距離測速齒輪的間隙、秤體震動、皮帶打滑等因素的影響,往往會造成采樣速度失真(測不到速度)或産生采樣誤差,因此此類測速誤差最大。 

第二類測速方式:在從動輪上安裝光栅編碼測速傳感器,其脈沖基數高,分辨率提高,速度精度大幅提高,但由于慢速運行時脈沖數相對滿量程變得很小,從而降低了速度計量精度,尤其是小流量或皮帶物料料層較厚時,這個問題顯得更加突出。相比定量給料機的變頻器工作情況,假定變頻器以全速 50Hz 運行時每秒有1 000個脈沖,其速度分辨率為0.1%;以 25Hz 運行時,則每秒有 500 個脈沖,其速度分辨率為 0.5%;以 5Hz 運行時每秒有100個脈沖,其速度分辨率為 1%。由此可見,隻有皮帶轉速比較高的定量給料機的測速精度比較高,如定量給料機在較低速度下運行,則測速傳感器的精度會明顯下降。第二類測速方式雖然有不足,但從動輪安裝編碼器測速克服了皮帶打滑、卡料等不易發現的問題,給中控操作人員提供了判斷的依據(中控操作人員發現定量給料機反饋為零時,應及時通知現場崗位進行檢查确認,定量給料機是否有皮帶打滑、卡料等現象)。 

第三類測速信号:由變頻器的反饋速度獲取,則速度分辨率全速運行時為 1/4 000(0.025%);以 25Hz 運行時,速度分辨率為 1/2 000(0.05%);以 5Hz 運行時,速度分辨率為 1/400(0.25%)。精度比使用編碼器測速高出一個數量級,可大大提高定量給料機的測速計量精度。另外,其不受測速傳感器損壞導緻配料秤無法控制的影響。不足是:由于直接從變頻器采樣,無法監測皮帶打滑和卡料造成的速度失真。 

兩全其美的辦法:用變頻器的反饋信号作為速度信号,同時用從動輪的測速信号作為監控信号,當變頻器和從動輪的測速信号有任意一個速度為“0”時,控制器按照皮帶速度為“0”處理數據,不記流量。同時,如果速度監控傳感器無脈沖信号,則可以判斷速度傳感器損壞或皮帶打滑、堵轉。這樣既提高了速度測量精度,又解決了現場故障檢測問題。

4.5 安裝使用維護對計量精度的影響 

4.5.1 秤體安裝對計量精度的影響 

定量給料機秤體應水平安裝,其水平度應<3/1 000,且安裝基礎應牢固。定量給料機對振動相當敏感,所以在日常維護中要消除振動,以減少振動對計量精度造成的影響。


4.5.2 皮帶及其張力對計量精度的影響 

皮帶的層數、覆蓋厚度、接頭方式及皮帶的均勻性将引起皮帶單位長度質量的變化,在定量給料機調零過程中,應在皮帶運行整數圈的情況下取皮帶質量的平均值以補償皮帶質量不均勻所引起的偏差。實際稱量時,物料的重力是通過皮帶間接傳到稱量框架上的,雖然皮帶張力是一個水平力,但它會對物料的重力測量産生幹擾。皮帶張緊度發生變化,标定零點自然會發生漂移,誤差就會變大。 


(1)若皮帶張力小且變化不大,則可以通過校零予以補償。 


(2)若皮帶張力較大(皮帶崩得過緊),則無法通過校零進行補償。 


(3)若皮帶張力變化較大(時大時小),則通過校零也不能補償。所以在日常維護中,通過調整張緊裝置盡量使皮帶張力保持在一個合适穩定的水平(自動調整張緊裝置不能随意拆除),并且在更換皮帶或定期檢修後,儀表維護人員應重新進行零點标定。 


4.5.3 物料紊動對計量精度的影響

當物料離開給料點後,相對皮帶來說,它需要經過一段行程才能穩定下來。這一段時間内,物料處于紊動狀态,即不穩定狀态。物料處于紊動狀态時不可能進行精确稱重,需要在物料離開給料點之後,預留一段長度的皮帶使物料紊動狀态停止,再留一個托輥間距的距離使之進一步穩定下來,然後再進行稱重。一般皮帶配料秤設計帶速<0.5m/s,穩定段長度一般≮1m,這就對物料給料點即下料鬥提出相應要求。 

下料鬥的安裝要求見圖2,進料鬥的法蘭中心應距離從動輪滾筒中心線 250mm(允許在 250~300mm 範圍内變動)。安裝後料鬥的下底面應距離皮帶面10~15mm。 

 

4.5.4 日常維護維修對計量精度的影響 


定量給料機要保持長期穩定性和計量精度,日常維護保養和維修非常重要。 

(1)機械部分注意事項:保證滾筒和托輥的潤滑良好;防止皮帶跑偏,保持皮帶軌迹運行理想;保持皮帶清潔;确保拉緊裝置工作正常;防止物料洩漏;防止皮帶劃傷和皲裂。其中,保持皮帶清潔非常重要,目的是保證定量給料機隻稱量真正的皮帶載荷,而不是連同粘結在皮帶上物料的荷重及物料洩漏在秤架上的荷重一起稱量。同時,洩漏物料如堆積或卡在皮帶與托輥間或傳感器之間,會嚴重影響計量精度。為了清除粘結在皮帶上的物料,皮帶内外側均設有刮料清掃器,堆積在秤架上的物料則由人工定期清掃。 

(2)電氣部分注意事項:日常維修必須在秤體上進行焊接時,不允許焊接電流通過定量給料機的稱重和測速傳感器,以免損壞傳感器;更換皮帶時,應注意旋起傳感器的保護支架,以免超負荷損壞稱重傳感器;皮帶長期運行時,其張力會産生變化,應定期去皮和進行實物标定。 

5 定量給料機的日常維護和維修注意事項


5.1 标定前的檢查和清掃

标定前應先檢查秤體是否清潔,皮帶是否粘料,皮帶張力是否恒定合适,皮帶有無跑偏,皮帶與托輥及稱重傳感器之間是否卡料,滾筒及每一個托輥是否靈活、運轉正常;電氣部分要重點檢測稱重傳感器是否已疲勞(在9V直流工作電壓激勵下,檢測零點時的直流輸出 mV 信号是否在正常範圍之内),測速傳感器是否工作正常。以上檢查正常後,方可進行标定工作。

5.2 日常維護内容及注意事項 


(1)稱量框架是秤體使用中需要維護的重點,應保持稱重傳感器壓頭及秤架的清潔,檢查其緊固螺栓是否松動,稱量架是否積料卡秤(圖 3),稱量托輥轉動是否靈活。應保持稱重傳感器、測速傳感器上的清潔,尤其是稱重段上的三根稱重托輥的清潔,以免影響整個計量精度。 

 

(2)皮帶、滾筒及托輥均易沾料,應酌情調整皮帶内外層清掃器橡膠闆與皮帶的間距,以消除沾料對計量準确度的影響(我公司配料秤大部分内、外層清掃器已拆除,這會影響定量給料機的計量精度)。


(3)皮帶長度及皮帶張力變化會影響稱重準确度,檢修人員更換給料皮帶後,應通過從動滾筒調整螺栓調節皮帶張力,計量人員應重新進行給料機标定。


(4)秤體支架不得随意搬動、踩踏,否則會造成稱重傳感器因過載疲勞而損壞,影響整個計量精度(我公司水泥磨配料站曾出現過因下料口堵塞放爆清堵,沖擊波造成稱重傳感器損壞的現象)。


(5)輸送及稱量托輥要靈活轉動,不能有卡滞現象,稱重托輥不得與秤體或皮帶有摩擦,否則會影響計量精度,甚至損壞電機和減速機(我公司水泥磨配料站曾出現過托輥磨損未及時更換或托輥與皮帶硬磨擦未及時處理現象,無錫開鎖從而影響計量精度)。 


(6)一般情況下,不得在秤體上從事電焊作業,如确需電焊作業,必須通知電氣人員将定量給料機控制器斷電,檢修人員應将接地線連接在靠近焊接部分,否則電流通過稱重傳感器,會對其造成損壞,從而影響整個計量精度(我公司秤體維護電焊時沒有做好以上保護措施,A、B線熟料輸送稱重傳感器先後因焊接問題受到損壞而失去正常稱重功能)。 


(7)定量給料機如需修補或更換皮帶時,崗位或機修人員必須通知電氣人員先将定量給料機控制器斷電,并将傳感器保護螺栓頂起,否則會因過載損壞稱重傳感器,從而影響整個計量精度(我公司秤體維護更換皮帶時沒有做好以上保護措施,從而造成稱重傳感器過疲勞而損傷)。


(8)定量給料機長期不用時,應将稱重傳感器保護螺栓稍稍支起,以免傳感器過載,同時将稱重傳感器控制器斷電,關閉漏鬥閘閥,将料送空,以免皮帶局部長期受壓而變形。 


(9)定量給料機的選型和設計是根據用戶的工藝要求、物料特性(比重)專門設計和選用的,如果用戶更換物料或改變給料速率範圍,應根據具體情況考慮是否可行,以免影響計量精度。當無法滿足配料和精度要求時,必須更換部件,如傳動裝置(電機減速機)、稱重傳感器(量程範圍)等。2011年4月,我公司因混合材品種變化,在水泥配料站無法配料時,進行過減速機的更換,主要是更改減速機的速比,通過改變皮帶速度來改變喂料量,以滿足配料和計量精度要求。


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