技术丨定量给料机精度的影响因素及日常维护

1前言  


定量给料机是工矿企业用于计量和配料的重要设备，关系到产品的产量和质量。影响定量给料计量精度的因素有很多，就产品本身而言，分为机械和电气两个部分；就使用角度而言，取决于定量给料机的选型、安装位置和安装质量以及日常维护使用和日常保养等几个方面。  


2定量给料机工作原理  


定量给料机通过称重秤架下的称重传感器对经过皮带上的物料进行重量检测，以确定皮带上的物料重量；通过装在尾部滚筒或旋转设备上的数字式测速传感器连续测量给料速度，该速度传感器的脉冲输出正比于皮带速度；速度信号与重量信号一起送入皮带给料机控制器，产生并显示瞬时流量。给料控制器将该流量与设定流量进行比较，由控制器输出信号控制变频器带动电机进行调速，实现定量给料的要求。  


3系统的组成  


3.1定量给料机的机械部分  


定量给料机机械部分包括秤架（包括安装支架）、手动挂码校验装置、防跑偏装置、头部刮板、内外清扫装置、张紧装置（包括自动张紧装置）、配料秤的密封罩、支撑架、胶带、托辊、辊筒、结构件（卸料漏斗、拖料漏斗及手动调节阀门等）及减速机。  


3.2定量给料机的电气部分  


定量给料机电气部分包括称重传感器、速度传感器、称重控制器、变频器、调速电机、现场转换开关、现场开停按钮及指示灯、接线盒及连接电缆（称重传感器、速度传感器与控制器之间的连接）和通讯连接设施（控制器与上位机DCS之间的连接）。图1为定量给料机的结构和功能示意图。  


（1）主动滚筒：主动滚筒由减速机电机拖动，进而带动皮带转动。  


（2）从动滚筒：通过调节张紧滑座的螺丝，改变从动滚筒的位置，可以调节皮带的张紧和跑偏。  


（3）十字簧片：为秤体和称量框架的支点。  


（4）张紧滑座：可用于调节皮带张紧和跑偏的机构。  


（5）称量框架：给料机的传力机构，将皮带上的物料负荷信号均匀地传输至称重传感器。  


（6）自动张紧装置（张紧滚轮）：使皮带保持一定的张紧度，并使皮重在很小的范围内变化。  


（7）下料斗：调节料斗上的闸门开度和开口形状，可改变皮带上的料层厚度和形状。  


（8）电机减速机：定量给料机的驱动装置，有的带有测速装置，有的测速装置安装在从动轮上（我公司B线测速装置在驱动装置上，A线测速装置安装在从动轮上）。  


（9）称重传感器：将皮带上的质量转换成电信号传输给定量给料机的控制器。另外，秤体的上表面分布着许多小托辊，根据其功能分为承重托辊（在下料口位置）和称重托辊（在出料口位置）。多数秤体上还装有防跑偏装置和内置、外置清扫装置（用于清扫皮带两个面上粘附的物料）。  


4影响定量给料机计量精度的主要因素  


定量给料机本身的精度是由设备制造厂家决定的，除秤体的工艺制造水平外，定量给料机误差主要表现为皮带载荷（物料荷重）测量误差，皮带速度测量误差，仪表转换及控制运算误差，日常维护中的零点变化、皮带张力及变化、皮带刚度不均、皮带质量不均、水平力变化、物料不稳等所导致的误差。  


4.1现有称重机构模型的两种主要方式  


（1）杠杆式（十字簧片作为杠杆支点，我公司A、B线所有定量给料机采用此模式）。杠杆式秤架秤体大，水平面方向的表面积大，大面积积灰易导致零点误差。  


（2）直接承重式（一般用四个传感器，我公司混合材输送计量，A、B线熟料输送计量采用此模式）。直接承重式皮带秤采用被称为“三无”的直接承重式秤架结构，即无杠杆、无支点、无平衡配重，也就是没有称重承载器，不存在支点磨损问题；直接承重式秤架水平方向的表面积小，积灰量小，积灰引起的零点误差小。  


4.2称重和测速传感器精度等级误差  


称重和测速传感器精度等级高，则其计量精度就高；反之，则其计量精度就低。选备件时需注意：一般用于配料的场所选用精度等级要求不高的称重和测速传感器，而用于计量考核的场所选用精度等级要求较高的称重和测速传感器。  


4.3荷重和测速信号的放大和传输误差  


由电子元器件实现称重和测速传感器的信号转换和传输，电子元器件各项参数的零点漂移及信号在传输过程中的衰减、干扰等会影响计量设备的计量误差。选用一块质量高、控制精度高的计量控制仪表，对减少计量误差至关重要。一般而言，进口仪表如申克、西门子等计量控制仪表其精度等级比国产仪表要高，但其价格也较贵。整体而言，与国产仪表相比，进口仪表性价比较高。  


4.4皮带速度测量误差  


常用的皮带速度检测方式有以下三种：  


（1）在定量给料机主动轮的传动轴上安装齿轮盘脉冲测速传感器（我公司B线定量给料机采用此模式），以脉冲个数来代表实际的皮带速度V。  


（2）在定量给料机从动轮的传动轴上安装编码测速传感器（我公司A线定量给料机采用此模式），同样以脉冲个数来代表实际的皮带速度V。  


（3）取变频器上的反馈速度来代表实际的皮带速度V。  


第一类测速方式：由于受测速齿轮数量限制，其采样间隙时间大，采样脉冲个数少，同时由于安装测速脉冲传感器受距离测速齿轮的间隙、秤体震动、皮带打滑等因素的影响，往往会造成采样速度失真（测不到速度）或产生采样误差，因此此类测速误差较大。  


第二类测速方式：在从动轮上安装光栅编码测速传感器，其脉冲基数高，分辨率提高，速度精度大幅提高，但由于慢速运行时脉冲数相对满量程变得很小，从而降低了速度计量精度，尤其是小流量或皮带物料料层较厚时，这个问题显得更加**。相比定量给料机的变频器工作情况，假定变频器以全速50Hz运行时每秒有1000个脉冲，其速度分辨率为0.1%；以25Hz运行时，则每秒有500个脉冲，其速度分辨率为0.5%；以5Hz运行时每秒有100个脉冲，其速度分辨率为1%。由此可见，只有皮带转速比较高的定量给料机的测速精度比较高，如定量给料机在较低速度下运行，则测速传感器的精度会明显下降。第二类测速方式虽然有不足，但从动轮安装编码器测速克服了皮带打滑、卡料等不易发现的问题，给中控操作人员提供了判断的依据（中控操作人员发现定量给料机反馈为零时，应及时通知现场岗位进行检查确认，定量给料机是否有皮带打滑、卡料等现象）。  


第三类测速信号：由变频器的反馈速度获取，则速度分辨率全速运行时为1/4000（0.025%）；以25Hz运行时，速度分辨率为1/2000（0.05%）；以5Hz运行时，速度分辨率为1/400（0.25%）。精度比使用编码器测速高出一个数量级，可大大提高定量给料机的测速计量精度。另外，其不受测速传感器损坏导致配料秤无法控制的影响。不足是：由于直接从变频器采样，无法监测皮带打滑和卡料造成的速度失真。  


两全其美的办法：用变频器的反馈信号作为速度信号，同时用从动轮的测速信号作为监控信号，当变频器和从动轮的测速信号有任意一个速度为“0”时，控制器按照皮带速度为“0”处理数据，不记流量。同时，如果速度监控传感器无脉冲信号，则可以判断速度传感器损坏或皮带打滑、堵转。这样既提高了速度测量精度，又解决了现场故障检测问题。  


4.5安装使用维护对计量精度的影响  


4.5.1秤体安装对计量精度的影响  


定量给料机秤体应水平安装，其水平度应<3/1000，且安装基础应牢固。定量给料机对振动相当敏感，所以在日常维护中要消除振动，以减少振动对计量精度造成的影响。  


4.5.2皮带及其张力对计量精度的影响  


皮带的层数、覆盖厚度、接头方式及皮带的均匀性将引起皮带单位长度质量的变化，在定量给料机调零过程中，应在皮带运行整数圈的情况下取皮带质量的平均值以补偿皮带质量不均匀所引起的偏差。实际称量时，物料的重力是通过皮带间接传到称量框架上的，虽然皮带张力是一个水平力，但它会对物料的重力测量产生干扰。皮带张紧度发生变化，标定零点自然会发生漂移，误差就会变大。  


（1）若皮带张力小且变化不大，则可以通过校零予以补偿。  


（2）若皮带张力较大（皮带崩得过紧），则无法通过校零进行补偿。  


（3）若皮带张力变化较大（时大时小），则通过校零也不能补偿。所以在日常维护中，通过调整张紧装置尽量使皮带张力保持在一个合适稳定的水平（自动调整张紧装置不能随意拆除），并且在更换皮带或定期检修后，仪表维护人员应重新进行零点标定。  


4.5.3物料紊动对计量精度的影响  


当物料离开给料点后，相对皮带来说，它需要经过一段行程才能稳定下来。这一段时间内，物料处于紊动状态，即不稳定状态。物料处于紊动状态时不可能进行精确称重，需要在物料离开给料点之后，预留一段长度的皮带使物料紊动状态停止，再留一个托辊间距的距离使之进一步稳定下来，然后再进行称重。一般皮带配料秤设计带速<0.5m/s，稳定段长度一般≮1m，这就对物料给料点即下料斗提出相应要求。  


下料斗的安装要求见图2，进料斗的法兰中心应距离从动轮滚筒中心线250mm（允许在250~300mm范围内变动）。安装后料斗的下底面应距离皮带面10~15mm。  


4.5.4日常维护维修对计量精度的影响  


定量给料机要保持长期稳定性和计量精度，日常维护保养和维修非常重要。  


（1）机械部分注意事项：保证滚筒和托辊的润滑良好；防止皮带跑偏，保持皮带轨迹运行理想；保持皮带清洁；确保拉紧装置工作正常；防止物料泄漏；防止皮带划伤和皲裂。其中，保持皮带清洁非常重要，目的是保证定量给料机只称量真正的皮带载荷，而不是连同粘结在皮带上物料的荷重及物料泄漏在秤架上的荷重一起称量。同时，泄漏物料如堆积或卡在皮带与托辊间或传感器之间，会严重影响计量精度。为了清除粘结在皮带上的物料，皮带内外侧均设有刮料清扫器，堆积在秤架上的物料则由人工定期清扫。  


（2）电气部分注意事项：日常维修必须在秤体上进行焊接时，不允许焊接电流通过定量给料机的称重和测速传感器，以免损坏传感器；更换皮带时，应注意旋起传感器的保护支架，以免**负荷损坏称重传感器；皮带长期运行时，其张力会产生变化，应定期去皮和进行实物标定。  


5定量给料机的日常维护和维修注意事项  


5.1标定前的检查和清扫  


标定前应先检查秤体是否清洁，皮带是否粘料，皮带张力是否恒定合适，皮带有无跑偏，皮带与托辊及称重传感器之间是否卡料，滚筒及每一个托辊是否灵活、运转正常；电气部分要重点检测称重传感器是否已疲劳（在9V直流工作电压激励下，检测零点时的直流输出mV信号是否在正常范围之内），测速传感器是否工作正常。以上检查正常后，方可进行标定工作。  


5.2日常维护内容及注意事项  


（1）称量框架是秤体使用中需要维护的重点，应保持称重传感器压头及秤架的清洁，检查其紧固螺栓是否松动，称量架是否积料卡秤（图3），称量托辊转动是否灵活。应保持称重传感器、测速传感器上的清洁，尤其是称重段上的三根称重托辊的清洁，以免影响整个计量精度。  


（2）皮带、滚筒及托辊均易沾料，应酌情调整皮带内外层清扫器橡胶板与皮带的间距，以消除沾料对计量准确度的影响（我公司配料秤大部分内、外层清扫器已拆除，这会影响定量给料机的计量精度）。  


（3）皮带长度及皮带张力变化会影响称重准确度，检修人员更换给料皮带后，应通过从动滚筒调整螺栓调节皮带张力，计量人员应重新进行给料机标定。  


（4）秤体支架不得随意搬动、踩踏，否则会造成称重传感器因过载疲劳而损坏，影响整个计量精度（我公司水泥磨配料站曾出现过因下料口堵塞放爆清堵，冲击波造成称重传感器损坏的现象）。  


（5）输送及称量托辊要灵活转动，不能有卡滞现象，称重托辊不得与秤体或皮带有摩擦，否则会影响计量精度，甚至损坏电机和减速机（我公司水泥磨配料站曾出现过托辊磨损未及时更换或托辊与皮带硬磨擦未及时处理现象，从而影响计量精度）。  


（6）一般情况下，不得在秤体上从事电焊作业，如确需电焊作业，必须通知电气人员将定量给料机控制器断电，检修人员应将接地线连接在靠近焊接部分，否则电流通过称重传感器，会对其造成损坏，从而影响整个计量精度（我公司秤体维护电焊时没有做好以上保护措施，A、B线熟料输送称重传感器先后因焊接问题受到损坏而失去正常称重功能）。  


（7）定量给料机如需修补或更换皮带时，岗位或机修人员必须通知电气人员先将定量给料机控制器断电，并将传感器保护螺栓**起，否则会因过载损坏称重传感器，从而影响整个计量精度（我公司秤体维护更换皮带时没有做好以上保护措施，从而造成称重传感器过疲劳而损伤）。  


（8）定量给料机长期不用时，应将称重传感器保护螺栓稍稍支起，以免传感器过载，同时将称重传感器控制器断电，关闭漏斗闸阀，将料送空，以免皮带局部长期受压而变形。  


（9）定量给料机的选型和设计是根据用户的工艺要求、物料特性（比重）专门设计和选用的，如果用户更换物料或改变给料速率范围，应根据具体情况考虑是否可行，以免影响计量精度。当无法满足配料和精度要求时，必须更换部件，如传动装置（电机减速机）、称重传感器（量程范围）等。2011年4月，我公司因混合材品种变化，在水泥配料站无法配料时，进行过减速机的更换，主要是更改减速机的速比，通过改变皮带速度来改变喂料量，以满足配料和计量精度要求。  




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