滑槽式动态称量方法试验研究

易　彪，郝建军（重庆理工大学机械工程学院，重庆400054）

滑槽式动态称量方法试验研究

易彪，郝建军
（重庆理工大学机械工程学院，重庆400054）

在固体散料称量所使用的秤体中，电子皮带秤的皮带容易磨损、跑偏、打滑，且溜槽式冲量秤在测量精度上很大程度依赖传感器的精度。针对以上问题，提出了一种新的滑槽式动态称量方法和装置，并进行了试验。结果表明：在满足称量的条件下，该方法和装置可以有效解决皮带秤的皮带磨损等问题和溜槽式冲量秤过分依靠高精度传感器的问题。

滑槽式；动态称量；试验

固体散料的连续称量广泛应用于钢厂、水泥厂、矿山企业等。由于固态散料称量的作业环境十分恶劣，能否长时间进行持续称量作业成为企业关注的重点，因此固态散料秤在工业生产中占有重要地位［1-2］。在固态散料秤中，电子皮带秤的应用最为广泛，但其不能在恶劣环境下作业，同时测量结果不可避免地受皮带张力、刚度、自重、倾斜度以及皮带跑偏等多种因素影响，因此为保证测量的准确性，需要精细的维护和频繁的校验，实际使用时操作十分繁琐［3-4］。现有的溜槽式冲量秤是应用在不能安装或不能使用称重给料机或皮带秤，且出现垂直落料情况下的理想称重设备，其机械结构比较简单，但称量过程中只使用了一个水平方向传感器，一旦传感器接受信号不准确就会得到错误的称量值。该装置的测量原理是利用传感器接收波纹弹簧板在水平方向上传递出来的力并将其转换为电信号，所以称量结果很大程度上依靠波纹弹簧板的性能。而波纹弹簧板受热胀冷缩的影响，导致传感器接受的信号不准确，从而使称量结果在稳定性和可靠性方面会有所欠缺［5］。针对以上问题，笔者提出了一种滑槽式动态称量方法和装置，不仅可以应用在皮带秤所不能应用的恶劣环境中，同时也可以在溜槽式冲量秤所应用的场所下正常作业。试验结果表明：该装置解决了因电子皮带秤的皮带受力引起的维护问题，提升了连续作业时间，且在一定程度上改善了溜槽式冲量秤使用单一传感器带来的过分依赖波纹弹簧板和传感器本身性能的弊端，实现了较为准确的称量［7-11］。新型滑槽式装置具有结构简便、应用范围广、测量结果较精确、制造成本较低等优点。

1　试验原理和测量参数

本试验主要是通过分析水平方向和竖直方向传感器受力情况来得到测量参照物体的瞬时流量和累计流量。试验简易模型见图1。

图1　简易模型

物料从下料口顺着导料槽滑下，经过测量槽时，传感器开始工作，直到物料全部流入出料槽进入装料容器中，称量结束。

取单一颗粒作为研究对象，当其从下料处下滑时初速度视为0；当物料经过下料槽到达测量槽时的初始端速度为v1=，此时加速度a= g sinα-ug cosα。所以在物料进入测量槽时任意时刻的速度为

当颗粒进入测量槽时，其受力分析简图见图2。

图2　受力分析简图

水平方向力分析：

式（13）中：u为摩擦因数；Δt为采样间隔；α为测量槽倾斜角度；G自重为竖直传感器上面的测量部分自重；s为下料槽的长度；l为测量槽的长度；F竖直传感器和F水平传感器分别为竖直方向2个传感器采集的数值以及水平方向传感器采集的数值。

由于l，s，α是给定值，u可以通过反复试验得到，v1的值根据已知条件计算可以确定，采样间隔Δt和采样频率n是给定值，所以累计流量可以通过水平和竖直传感器的值来确定。

2　试验装置

试验装置放置在一块定位钢板之上，其目的是保证称量过程是在一个水平面上完成。采用三段式的结构，分别为下料段、称量段、出料段。物料运行的承重槽均置于可调节底座上。可调底座用于调节装置的高度和改变槽口的倾斜角度，便于分析在不同下料角度情况下的试验结果。竖直传感器固定在称量底座之下，水平传感器用薄片与测量部分通过夹具相连接。薄片是用来保持测量部分的平衡和对水平方向传感器进行信号传送。在试验时，为了尽量减小物料在槽间受力的突变，3个槽的角度必须保持一致，且底座高度连接起来须是线性的。装置整体实物见图3，称重段传感器细节见图4。

图3　装置整体实物

图4　称重段传感器细节

3　试验步骤及结果分析

3.1试验步骤

1）在对试验台进行组装后，对传感器进行标定。在经过大量的重复传感器空称后，确保传感器的稳定性和线性重复性不会影响试验数据的准确性。

2）软件调试。确保在测量过程中程序的正确性，使得到的数据准确、可靠。

3）对不同类型的固态散料进行分类：细沙、小颗红碎石，颗粒大小≤2 mm；大颗粒红碎石，2 mm≤颗粒大小≤20 mm。

4）为确定在相同条件下不同物料对测量结果是否有影响，对准备的各物料进行分组重复测量，以下的每组测量次数均为10次一组。

5）由于很难准确地掌握下料速度的具体数值，在未确定下料速度是否对实验测量精度有影响的情况下，下料速度大致划分为快速下料、常速下料、慢速下料进行试验。

6）为确定湿度对测量的影响，对湿度分别为3%，5%，7%，9%的4组物料进行试验。

7）对干燥的红碎石、含大石块干燥的红碎石、湿度为3%的红碎石、含大石块湿度为3%的红碎石4组物料进行测量。

8）对湿度为3%的红碎石、含大石块和湿度为3%的红碎石、湿度为5%的红碎石、含大石块和湿度为5%的红碎石4组物料进行测量。

3.2数据分析

对测量后得到的试验数据进行分析，结果见图5。由于传感器在工作时候会有蠕动和零点漂移，所以在试验之前需要对传感器进行标定以保证测量值的准确传递。在对试验数据进行处理时进行滤波，去除不合理值。

由图5（a）可知：在相同下料情况下细沙的测量误差最小，小颗粒的红碎石居中、大颗粒的红碎石误差最大。鉴于在钢厂的实际应用中小颗粒固态散料占主要部分，所以，试验步骤5）～8）均是采用小颗粒红碎石作为样本进行数据采集。

由图5（b）可知：在相同条件下，常速下料可得到最高测量精度值，下料速度离常速越远则测量精度越小，故试验均是在小颗粒红碎石常速下料时进行。

由图5（c）可知：对于不同湿度的物料测量误差值有明显差异，测量误差和湿度成正比关系；湿度超过10%，物料会严重粘附在测量槽上，导致试验无法进行。

由图5（d）和（e）可知：无论是干燥散料还是湿度散料，只要其中含有大石块都会对测量误差产生比较大的影响；大石块对干燥物料的影响大于对湿度物料的影响；大石块对湿度物料的影响是随着物料的湿度比例变化的。

图5　试验数据分析结果

3.3误差分析

物料在流过导料槽时会有少部分粘附在上面，在采集数据时候导致这些物料的质量重复累积计量；较湿的散料在下料时候摩擦力会增大，速度会变小，导致远离最佳下料速度；在称量少量散料过程中，由于测量时间短，传感器工作时间短，蠕动和零点漂移影响会相对变小；如散料中含有大石块，当物料从导料槽进入测量槽时会撞击测量槽，导致输出电信号出现突变；固态散料的最佳下料速度的确定比较困难。

4　结论

1）实验测量的精度都在±3%以内。

2）在同质量的散料进行称量时，干的散料比湿的散料精度高。

3）物料含大石块或者湿度物料的称量精度明显降低。

4）固体散装物料在一定湿度范围内，散料中大石块对测量误差精度的影响大于散料湿度的影响，在超出一定湿度范围时，测量无法进行。

5）不同固体散料的测量误差精度值不同，固态散料在下料速度为常速时测量精度值比较高，测量结果比较准确，而远离常速时测量误差会递增。

试验结果表明：该新型滑槽式动态称装置的测量误差精度可以满足实际生产的要求。该装置采用3个传感器，分别测量水平和竖直方向的承重受力，改善了测量数据的稳定性和可靠性，结构更加简单，维护更加简洁，设备成本更小，应用的场合更加广阔，且测量精度更高。本研究提出了一种新型的动态称量方法，具有实际应用价值，同时也为动态称量的发展提供了新的思路。

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（责任编辑刘舸）

Experimental Study of Dynam ic W eighing M ethod of Chute Type

YIBiao，HAO Jian-jun
（College of Mechanical Engineering，Chongqing University of Technology，Chongqing 400054，China）

In the current used scales in the solid powderweighing，the existing electronic belt scale's belt is easy to wear，be off tracking and skid and the chute type impulse scales depends a great extent on sensors in themeasurement accuracy.To solve these problems，this paper put forward a new chute type dynamic weighingmethod and the device and tested it.The results show that the problem of belt wear and the problem that the chute type impulse scales depends a greatextenton sensors in themeasurement accuracy can be avoided，and also it can achieve the purpose ofweighing at the same time. Key words：gravity chute；dynamic weighing；test

TH122

A

1674-8425（2015）05-0041-05

10.3969/j.issn.1674-8425（z）.2015.05.008

2015-03-15

重庆市科技研发基地能力提升项目（cstc2014pt-gc60003）

易彪（1988—），男，湖南人，硕士研究生，主要从事机械电子工程研究；郝建军（1963—），男，山西人，副教授，主要从事机电一体化研究。

易彪，郝建军.滑槽式动态称量方法试验研究［J］.重庆理工大学学报：自然科学版，2015（5）：41-45.

format：YIBiao，HAO Jian-jun.Experimental Study of Dynamic Weighing Method of Chute Type［J］.Journal of Chongqing University of Technology：Natural Science，2015（5）：41-45.