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一、概述

皮帶秤作為連續(xù)累計(jì)稱重的自動(dòng)衡器，應(yīng)用在輸送散狀物料的皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)中。據(jù)統(tǒng)計(jì)2011 年我國(guó)年產(chǎn)煤 35 億噸，進(jìn)口煤 2 億噸；年產(chǎn)礦石 13 億噸，進(jìn)口礦石 6.9 億噸。僅上述的兩種物料在生產(chǎn)和使用二個(gè)環(huán)節(jié)上均需經(jīng)過皮帶秤進(jìn)行計(jì)量，可見使用量之大。隨著國(guó)家節(jié)能降耗戰(zhàn)略的實(shí)施，煤炭作為主要能源的計(jì)量監(jiān)測(cè)管理倍受重視。同時(shí)，隨著煤炭、礦石價(jià)格的升高，它的計(jì)量準(zhǔn)確性和可靠性也愈加重要。皮帶秤自發(fā)展以來經(jīng)歷了機(jī)械式皮帶秤和電子式皮帶秤時(shí)期，現(xiàn)已開始進(jìn)入智能型皮帶秤時(shí)期。第一代皮帶秤是純機(jī)械式的，通過杠桿傳力，顯示為機(jī)械計(jì)數(shù)器；隨著電子工業(yè)的發(fā)展，應(yīng)變式稱重傳感器及微處理器的出現(xiàn)應(yīng)用，皮帶秤進(jìn)入第二代電子皮帶秤時(shí)期；新一代智能型皮帶秤是在電子皮帶秤的基礎(chǔ)上通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等技術(shù)大大提高了計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可線校準(zhǔn)，稱量與校準(zhǔn)一體化等技術(shù)增強(qiáng)了皮帶秤的耐久性。

目前，皮帶秤執(zhí)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)國(guó)際法制計(jì)量組織 OIML、R50 《連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器 （電子皮帶秤）》 國(guó)際建議 1997 年版，國(guó)際法制計(jì)量組織自動(dòng)衡器秘書處已開始研究討論修訂皮帶秤國(guó)際建議。該國(guó)際建議 2011 年 4CD 版已對(duì)外征求意見，皮帶秤技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了國(guó)際建議的發(fā)展。

 

二、皮帶秤裝置

皮帶秤裝置主要由稱重承載器 （稱重秤架）、位移傳感器和稱重儀表三部分組成，以下分別按三種主要部件進(jìn)行闡述。

（一） 皮帶秤稱重承載器 （稱重秤架）稱重承載器 （稱重秤架） 主要由稱重傳感器和支承托輥的鋼梁構(gòu)成，支承托輥將皮帶輸送機(jī)上的物料重量經(jīng)鋼梁傳遞給稱重傳感器，稱重傳感器將物料重量信號(hào)發(fā)送到稱重儀表。皮帶秤按稱重承載器分為秤架式皮帶秤和輸送機(jī)式皮帶秤，前者秤架作為輸送機(jī)的一部分，后者秤架包括一臺(tái)完整的輸送機(jī) （又稱稱重給料機(jī)），本文重點(diǎn)敘述前者秤架式皮帶秤。

根據(jù)國(guó)際法制計(jì)量組織 OIML R50 《連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器 （電子皮帶秤）》 2011 年 9 月 4CD 版，將稱重秤架分為三類：全懸浮式秤架、模塊式秤架和杠桿式秤架。

全懸浮式秤架：主要采用四個(gè)稱重傳感器，利用四點(diǎn)支撐二根縱梁，縱梁上安裝 3 組 ~8 組托輥，托輥數(shù)量愈多計(jì)量精度愈高。

模塊式秤架 （國(guó)內(nèi)又稱陣列式秤架）：主要采用一個(gè)或二個(gè)稱重傳感器與鋼架一起，支撐 1 組或 2 組托輥，構(gòu)成一個(gè)稱重單元。該稱重單元根據(jù)使用精度要求，可組成 1 組～16 組托輥秤架。

 

模塊式秤架主要優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)組合方便，根據(jù)其使用精度，托輥的配置數(shù)量不同，單托輥秤架誤差在 0.5%～2%之間，雙托輥誤差在 0.5%～1%之間，三托輥誤差在 0.5%～0.25%之間，四托輥秤誤差在±0.25%以上。對(duì)于 0.2 級(jí)皮帶秤稱重托輥數(shù)量在 6 組或 8 組以上，個(gè)別秤架托輥數(shù)量達(dá)到 16 組排成一陣列，又稱陣列式皮帶秤。

杠桿式秤架：主要采用一側(cè)支點(diǎn)，另一側(cè)由稱重傳感器支撐，此種秤架隨著稱重傳感器價(jià)格的降低應(yīng)用愈來愈少。

（二） 位移傳感器

位移傳感器檢測(cè)對(duì)應(yīng)皮帶長(zhǎng)度位移信息，將通過秤架上的物料長(zhǎng)度信息，送入稱重儀表，位移傳感器主要有磁阻脈沖式和光電脈沖式。位移傳感器近年來變化不大。

（三） 稱重儀表

稱重儀表是將來自稱重秤架上稱重傳感器的重量信號(hào)和位移傳感器的長(zhǎng)度信號(hào)進(jìn)行處理得到輸送物料累計(jì)重量。當(dāng)今電子技術(shù)基礎(chǔ)平臺(tái)的發(fā)展為皮帶秤儀表的設(shè)計(jì)開拓了廣闊的空間，CPU技術(shù)已經(jīng)從 8 位發(fā)展到 32 位，系統(tǒng)主頻也由十幾兆達(dá)到幾十兆甚至上百兆，AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換器也從 10位上升到 24 位。SOC （片上系統(tǒng)）、DSP （數(shù)字信號(hào)處理）、CPLD （可編程邏輯器件） 等新技術(shù)正逐步應(yīng)用到皮帶秤的儀表中。

稱重儀表主要有專用型儀表及通用整機(jī)型儀表。通用整機(jī)型儀表就是購買工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程序控制器等通用硬件平臺(tái)，通過該硬件平臺(tái)采集皮帶秤的稱重和速度等信號(hào)。專用型儀表主要基于微處理器開發(fā)的專用稱重儀表。

軟件是儀表的核心技術(shù)，由于儀表硬件平臺(tái)置的發(fā)展，實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)越來越多的應(yīng)用到皮帶秤儀表當(dāng)中，徹底改變了過去簡(jiǎn)單的軟件系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，大大提高了儀表系統(tǒng)功能和可靠性。數(shù)字濾波技術(shù)的采用消除了皮帶秤被測(cè)物料由沖擊運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的干擾，保證了皮帶秤的稱量精度。

某有限公司 （以下簡(jiǎn)稱“某公司”） 創(chuàng)新發(fā)明的“三組累計(jì)量稱重技術(shù)”通過儀表軟件完成測(cè)量方式的不同組合，實(shí)現(xiàn)多稱重傳感器皮帶秤某一稱重傳感器出現(xiàn)故障或異常時(shí)，皮帶秤仍然可以計(jì)量，提高了皮帶秤計(jì)量的可靠性。

 

三、皮帶秤校準(zhǔn)新技術(shù)

基于皮帶秤的稱重工作原理是物料在皮帶上，物料的重量經(jīng)過皮帶傳遞給秤架得到物料的重量，由于皮帶的張力，皮帶軟硬程度等因素，導(dǎo)致皮帶上物料重量不能真實(shí)傳遞給秤架。安裝在皮帶輸送機(jī)上的皮帶秤，由于每一條皮帶輸送機(jī)的長(zhǎng)度、寬度、速度、輸送量、安裝位置、震動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)工況等情況均不相同，導(dǎo)致每一條皮帶的張力、皮帶的軟硬程度等影響因素也不相同。這些影響因素又不能計(jì)算，只能通過物料校準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)償，也就是說安裝的每一臺(tái)皮帶秤必須針對(duì)安裝在那條皮帶輸送機(jī)上進(jìn)行個(gè)性化物料校準(zhǔn)補(bǔ)償，才能得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果?，F(xiàn)場(chǎng)皮帶輸送機(jī)受使用條件的限制，很難采用物料校準(zhǔn)方式對(duì)皮帶秤進(jìn)行校準(zhǔn)補(bǔ)償，往往采用掛碼、鏈碼、循環(huán)鏈碼等模擬方式進(jìn)行皮帶秤校準(zhǔn)補(bǔ)償，而這些模擬校準(zhǔn)方式和皮帶輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)皮帶上全部鋪滿物料，對(duì)皮帶的張力、皮帶的軟硬程度等因素補(bǔ)償差異較大。造成皮帶秤雖經(jīng)模擬校準(zhǔn)，稱重結(jié)果仍與實(shí)際稱重存在較大誤差。另外，皮帶輸送機(jī)在運(yùn)行過程中機(jī)械特性（尤其長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后） 的變化，改變初始校準(zhǔn)導(dǎo)致測(cè)量誤差變大，皮帶秤的長(zhǎng)期穩(wěn)定性不好。為了解決物料校準(zhǔn)不方便、不及時(shí)導(dǎo)致皮帶秤計(jì)量誤差大、長(zhǎng)期穩(wěn)定性差的問題，某公司研發(fā)出物料疊加自校準(zhǔn)技術(shù)。物料疊加自校準(zhǔn)技術(shù)，采用現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)取料，用較少的物料經(jīng)稱重后，在皮帶輸送機(jī)正常輸送過程中 （整條皮帶上鋪滿物料），隨時(shí)可對(duì)皮帶秤進(jìn)行校準(zhǔn)補(bǔ)償，校準(zhǔn)精度高，解決了現(xiàn)場(chǎng)不易實(shí)物校準(zhǔn)、不能及時(shí)校準(zhǔn)的難題。物料疊加自校準(zhǔn)技術(shù)工作原理。

 

某公司三橋物料疊加自校準(zhǔn)技術(shù)是在皮帶輸送機(jī)上安裝二組稱重秤架，二組稱重秤架之間裝有緩沖托輥組，其上方安裝稱重料斗。安裝在皮帶機(jī)上的刮板取料機(jī)在皮帶機(jī)輸送物料的過程中，根據(jù)稱重儀表設(shè)置定時(shí)取料，物料由螺旋輸送機(jī)送入稱重料斗。需要校準(zhǔn)時(shí)稱重儀表控制稱重料斗開門放料，此時(shí)第一組皮帶秤架稱量的是輸送物料重量，第二組皮帶秤架稱量的是輸送物料重量和稱重料斗放下的標(biāo)準(zhǔn)物料重量，基于第一組皮帶秤架與第二組皮帶秤架通過的輸送物料量 （不含稱重料斗的物料） 相同，稱重儀表將第二組皮帶秤架得到的重量減去第一組皮帶秤架得到的重量，得到稱重料斗放出的標(biāo)準(zhǔn)物料重量值，此標(biāo)準(zhǔn)物料重量值與稱重儀表自身顯示的物料重量值進(jìn)行比對(duì)，得出修正系數(shù)，按此修正系數(shù)修正稱重儀表量程使之顯示標(biāo)準(zhǔn)物料重量值。根據(jù)需要定時(shí)進(jìn)行比對(duì)、修正，使皮帶秤計(jì)量精度達(dá)到高穩(wěn)定及準(zhǔn)確的特性。此時(shí)皮帶輸送機(jī)全長(zhǎng)上鋪有物料，校準(zhǔn)工況接近于正常輸送時(shí)工況，校準(zhǔn)皮帶秤的準(zhǔn)確度最真實(shí)，從而實(shí)現(xiàn)低成本用少物料校準(zhǔn)取代了多物料校準(zhǔn)。

 

物料疊加自校準(zhǔn)皮帶秤的主要特點(diǎn)如下：

（1） 采用了自主研發(fā)少量的經(jīng)稱重物料與正常輸送物料疊加的自校準(zhǔn)技術(shù)，解決了現(xiàn)行皮帶秤實(shí)物校準(zhǔn)成本高、不易校準(zhǔn)的難題。

（2） 實(shí)時(shí)在線物料自校準(zhǔn)技術(shù)，可以在皮帶輸送機(jī)正常輸送物料運(yùn)行時(shí)自動(dòng)進(jìn)行物料自校準(zhǔn)，在技術(shù)上有效保證了皮帶秤長(zhǎng)期運(yùn)行的準(zhǔn)確度和耐久性。

（3） 兩臺(tái)皮帶秤實(shí)時(shí)比對(duì)，互為備用。當(dāng)其中一臺(tái)皮帶秤出現(xiàn)故障，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行報(bào)警，并用另一臺(tái)皮帶秤作為主計(jì)量秤繼續(xù)運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的可靠性。

 

四、新版 OIML R50 國(guó)際建議 （4CD- 2011年 9 月） 特點(diǎn)

（一） 產(chǎn)品的準(zhǔn)確度等級(jí)

在準(zhǔn)確度等級(jí)的劃分上，新版國(guó)際建議分為 4 個(gè)等級(jí)即 0.2、0.5、1.0、2.0 級(jí)，而現(xiàn)行的國(guó)標(biāo)和規(guī)程中只有 3 個(gè)等級(jí)，比新版國(guó)際建議少 0.2 這個(gè)等級(jí)。新版國(guó)際建議中 0.2 級(jí)的首次檢定和后續(xù)檢定自動(dòng)稱量的最大允許誤差為 0.1%，使用中檢驗(yàn)的最大允許誤差為 0.2%，影響因子試驗(yàn)的最大允許

誤差為 0.07%，最小累計(jì)載荷的累計(jì)分度值數(shù)為2000。

（二） 帶形修正裝置

新版國(guó)際建議中增加了帶形修正裝置，即在皮帶 （空載） 運(yùn)轉(zhuǎn)一圈期間，可以對(duì)承載器上變化的載荷進(jìn)行修正的裝置。此裝置利用已儲(chǔ)存好的皮帶 （空載） 運(yùn)轉(zhuǎn)一圈的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。該裝置用于皮帶秤零點(diǎn)的修正，可與自動(dòng)或半自動(dòng)調(diào)零裝置結(jié)合，也可以獨(dú)立于自動(dòng)或半自動(dòng)調(diào)零裝置運(yùn)行。

（三） 干擾試驗(yàn)

新版國(guó)際建議在抗干擾試驗(yàn)中比現(xiàn)行國(guó)標(biāo)和規(guī)程的要求要嚴(yán)酷的多。增加了交流供電電源電壓暫降和短時(shí)中斷抗擾度試驗(yàn)、浪涌 （沖擊） 抗擾度試驗(yàn)、射頻場(chǎng)感應(yīng)傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗(yàn)等，對(duì)原來的電快速瞬變脈沖群抗擾度和射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度試驗(yàn)要求也提高了。

（四） 耐久性

新版國(guó)際建議沒有對(duì)皮帶秤的耐久性試驗(yàn)提出具體的方法，它鼓勵(lì)各國(guó)可以在國(guó)家法規(guī)的約束下采取一些措施來確保耐久性，這些措施包括在型式評(píng)價(jià)、首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗(yàn)等各項(xiàng)試驗(yàn)中。由于影響皮帶秤耐久性的因素很多，耐久性試驗(yàn)至今在國(guó)際上還沒有形成一個(gè)共識(shí)的試驗(yàn)方法。

 

五、綜述

隨著傳感器技術(shù)和電子技術(shù)的快速發(fā)展，元器件成本的降低，皮帶秤受益非淺，先進(jìn)電子技術(shù)的采用使皮帶秤的可靠性、穩(wěn)定性得到提高，使用功能得到擴(kuò)展，進(jìn)一步滿足了用戶使用需求。如今，皮帶秤主要面臨三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：準(zhǔn)確度、耐久性、校準(zhǔn)方法，新一代智能型皮帶秤發(fā)展趨勢(shì)也主要是解決這三個(gè)問題。應(yīng)用于港口、礦山、電力等行業(yè)大型散料輸送皮帶機(jī)上的皮帶秤的使用效果并不理想，這主要和皮帶秤的適用條件有關(guān)，這些大型皮帶機(jī)的主要特點(diǎn)是：

（一） 流量大

一般運(yùn)輸煤炭的輸送流量達(dá)到 3000t/h~6000t/h，運(yùn)輸?shù)V石的流量更大，甚至超過 10000t/h，并且流量變化大，不均勻。

（二） 速度快

皮帶輸送機(jī)速度達(dá)到 3m/s~6m/s。

（三） 皮帶寬度大且長(zhǎng)度長(zhǎng)

輸送皮帶的寬度 1400mm~2200mm，皮帶周長(zhǎng)2000m 以上，有的甚至達(dá)到 10000m。

正是由于這些皮帶輸送機(jī)的上述三個(gè)特點(diǎn)加之沒有理想的物料校準(zhǔn)條件，使得安裝于其上的皮帶秤的準(zhǔn)確度難以達(dá)到 0.5 級(jí)和 1 級(jí)，即使達(dá)到

這個(gè)精度，皮帶秤的耐久性也很差，不能長(zhǎng)期地保持這個(gè)精度，有的甚至只能保持幾天，因此國(guó)際上的一種調(diào)查認(rèn)為的皮帶秤使用精度不會(huì)優(yōu)于±2%。

大型皮帶輸送機(jī)上的皮帶秤由于皮帶輸送量大一般無法安裝實(shí)物校準(zhǔn)裝置，使得皮帶秤的校準(zhǔn)難以溯源，這也是皮帶秤不被作為貿(mào)易結(jié)算的主要原因。目前散料的國(guó)際貿(mào)易結(jié)算還以水尺計(jì)重方式為主，而水尺法的計(jì)量準(zhǔn)確度取決于輪船的服役時(shí)間、原始體積測(cè)量的精度，觀察水尺時(shí)水面的波動(dòng)、水溫、水質(zhì)密度、壓艙水、輪船燃料和水消耗或補(bǔ)充等因素，變化范圍在 0.5%~2.0%，實(shí)際使用中由于人為因素的影響，水尺計(jì)重的誤差高達(dá) 5%。我國(guó)是一個(gè)資源貿(mào)易大國(guó)，計(jì)量不準(zhǔn)將導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失，市場(chǎng)迫切需要一種準(zhǔn)確度高、耐久性和可靠性強(qiáng)、校準(zhǔn)可溯源的皮帶秤，基于物料疊加自校準(zhǔn)技術(shù)的皮帶秤 （稱量與校準(zhǔn)一體化） 作為新一代智能型皮帶秤有效地解決了上述三個(gè)問題，為皮帶秤廣泛地適用于大型散料輸送皮帶機(jī)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著皮帶秤新技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，我國(guó)正從一個(gè)皮帶秤的生產(chǎn)大國(guó)走向皮帶秤的技術(shù)強(qiáng)國(guó)，只要不斷地創(chuàng)新，皮帶秤一定能夠取代水尺計(jì)重，成為大宗散料貿(mào)易結(jié)算的主要計(jì)量器具。

 

 

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