图1 皮带秤称重力传递
当皮带上的物料通过皮带秤时,物料重量通过称重辊压在秤架上,秤架以耳轴为支点,将负荷传给传感器。设皮带带动物料运动到某一位置时,传感器上由于物料质量引起的力F可由下式表示:
F=c1c2q(x)cosδdx (式1)
式中:q(x)为在坐标为x(在此设x为沿皮带方向,称重辊处为x=0)处物料线密度,kg;即此处dx范围内物料质量为q(x)dx。
δ为皮带输送机的倾角,(° )。
c1为载荷分配系数,表示在x处质量为q(x)dx物料的重荷分配作用在称重辊上的为cq(x)dx。
c2为杠杆比系数,在此c2=L1/L2。
从A到B表示皮带秤两端沿皮带方向物料的一个区间,在此区间内的物料对称重辊的荷重有影响。
若是多称重辊和双秤架的皮带秤(悬浮式皮带秤除外),称重力的传递关系相应复杂一些,但原理相同。
在物料运行中,F随着q(x)变化而变化,所以称重传感器的测量输出值对应着皮带秤上物料重量。当它与由速度传感器输出的皮带速度积算后,即可得出物料的累计量。
用普通链码模拟实物物料对皮带秤进行检验时,在力的传递中为什么明显地增加附加不确定因素呢?
1)普通链码在检测中容易激发随机振动,干扰了称重传感器的工作输出。
普通链码检测装置如图2所示。
图2 普通链码示意图
皮带前进时,链码在皮带上滚动。链码两端用绳索固定于皮带机架上,且有一定的预张紧力。如图中预张紧力
F ≥ WLg sinδ (N)
式中:W为链码总质量,kg 。
链码形成了一个质量-弹簧系统。当有外界干扰时,就会产生振动。可能的外界干扰因素有:链码不同心引起的跳动、托辊不同心引起的跳动、皮带运动中的跳动和机架的振动等等。由于干扰因素的多元化,实际产生的振动是由不同频率、不同相位和方向合成的无规则随机振动。振动所产生的惯性力,特别是沿y方向的惯性力,将严重干扰传感器的工作输出。
图3 普通链码的位置效应
2)链码负荷的位置效应导致了称重力传递的不确定性。
从式1看出,除了均布载荷外,质量相同的物体若处于皮带的不同位置(x坐标),传感器的输出可能不同,此特性由式中的系数c来表征。物料随皮带运行时,其每一组元都要依次经过整个皮带秤的称量区域,即都要受到c的全过程影响。所以从物料质量到称重传感器输出再到皮带秤仪表的积算值的量值传递就有一个相对固定的关系。而普通链码却不同:它不随皮带运行,而且是辊状的,沿x方向对皮带施加的是等间隔的集中载荷,而不是均布载荷。当它放落的位置相对于皮带秤的称重辊有变化时,c的影响就会突现出来。从图3看出,当链码辊的位置有△x的位移时,各辊重量分担在称重辊上的载荷都会变化,因而带来传感器输出的变化。即质量量值的传递具有不确定性。我们在此称其为“位置效应”。若是多称重辊或是双秤架,位置效应可得到一定的补偿,但是不可能完全消除这种影响。从资料[1]提供的数据看出,用同一条普通链码,检验同一台皮带秤,其两组示值的算术平均值之差竟达到计算值的0.92%。可见其位置效应的严重。普通链码在检验中出现△x(即位置不确定)的原因有:
(1) 链码沿x 方向的振动引起链码辊在各自平衡位置前后振荡。
(2) 链码的蛇形运动引起链码辊位置变化。
(3) 链码安装状态的不确定或工作中受动态因素影响而使链码工作位置有了变动等。
3. 循环链码装置有什么不同(见图4)
图4 循环链码示意图
1)循环链码装置不会形成普通链码那样的质量-弹簧振动系统。因为循环链码运转的原因是落在皮带上的码块与皮带间摩擦力作用下,码块被皮带带动前进;循环链码是自然垂落在皮带上,整条链码处于柔性链索状态,链码总体上不会出现引起振动的弹性位移、弹性恢复力。因此在外界有干扰因素时,链码本身不会出现机械振动,不会出现普通链码可能引起的惯性干扰力。
2)循环链码是设计成质量均布的循环链,落在皮带上的链码对皮带施加的是沿x方向的均布载荷。由式1看出,此时q(x)为常数q,所以不管运转中哪一段链码在皮带秤上方,称重辊上分担的载荷始终是个定值:qc1dx,所以传感器受力F也为一个定值:
F=c2qcosδc1dx
这说明,链码质量到传感器负荷的传递关系是确定的,不存在普通链码由于集中载荷力点的变化而引起传感器输出变化的情况。
综合上述两点可看出,循环链码与普通链码相比,更为接近散装物料的工作状态,明显避免和减小了模拟试验装置本身在检验中带入的不确定因素。正因为循环链码装置有着较高的重复性,这就为提高它的检验准确度打下了必不可少的基础。
二、带驱动的循环链码装置在检定中存在的问题
近来从有关资料上看到出现了一种带驱动的循环链码装置,即循环链码在一驱动装置驱动下运转,并驱动装置与皮带机的测速传感器形成闭环,目的是想使循环链码与皮带速度保持同步。本人认为这种方式存在下述问题,分析如下:
1.循环链码带有驱动装置后将会引起皮带张力的无常变动,增加了检验示值的不确定性,从而降低了检验结果的的可信程度。
当循环链码带有驱动装置后,链码是同时处于两种驱动之下:循环链码本身驱动装置的驱动和皮带的驱动:
P1+P2= R
式中:P1为循环链码本身的驱动装置的驱动力;
P2为皮带驱动力,其值为循环链码放下前后,对应皮带上链码前端的皮带位置处(如图4中“A”所示位置)的张力增量,在此表示为:
P=△T
R 为循环链码平稳运转时的总阻力。
在正常的设计下,无论是循环链码本身的驱动装置或皮带机驱动装置,都有单独驱动链码稳定运转的潜力。循环链码在驱动装置的驱动下运行,如果链码的线速度略大于皮带线速度,则链码对皮带的摩擦力朝向皮带前进方向,即循环链码的驱动装置不仅驱动链码,还参与了对皮带机的驱动,即P2(即△T)可能出现负值。反之,如在循环链码本身的驱动装置下,链码的线速度略小于皮带线速度,则链码对皮带的摩擦力朝向阻碍皮带前进的方向,即皮带机不仅驱动链码,还会通过链码将力(力矩)作用到循环链码本身的驱动装置驱动轮上;即P2(即△T)可能超过R值。特别是在有速度反馈的闭环系统,链码的速度在不停地动态调整中,所以皮带秤称重辊处的皮带张力将因之不断振荡变化。
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