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失重秤是在靜態(tài)秤計(jì)量基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的以微處理機(jī)為核心的自動(dòng)化控制裝置,廣泛用于冶金、建材、化工等行業(yè)的典型生產(chǎn)工藝的配料,例如粉料、顆粒料、片料、球料等的計(jì)量配送。它分為兩種工作方式,一種是批次配料,特點(diǎn)是間隙式喂料,誤差控制在 0. 1% 左右; 另一種是用于流量控制的連續(xù)式配料,誤差一般控制在 0. 2% ~ 0. 5% 之間,可以控制一定的物料流速向下游裝置添加規(guī)定質(zhì)量的物料,用于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程。筆者以連續(xù)喂料方式的德國(guó)申克失重稱(chēng)為例,著重介紹失重秤的結(jié)構(gòu)原理、日常維護(hù)和故障檢修。
1 失重秤結(jié)構(gòu)、失重秤工作原理和控制流程
1. 1 失重秤結(jié)構(gòu)
失重秤一般由載荷傳感器、機(jī)架、攪拌裝置( 電機(jī)) 、計(jì)量倉(cāng)、螺旋下料器( 電機(jī)) 、支架鎖緊裝置 、軟連接、稱(chēng)重控制器等部分組成。如圖( 1) 所示:
載荷傳感器是失重秤的核心部件,多采用堅(jiān)固的高分辨電阻應(yīng)變片傳感器,其構(gòu)造為一標(biāo)準(zhǔn)電橋形式,其中一個(gè)橋臂使用應(yīng)變電阻片粘貼于鋼性材料上,當(dāng)受力時(shí),加入標(biāo)準(zhǔn)橋壓后,電橋輸出電壓隨橋臂電阻變化成正比。該失重秤采用兩只傳感器,將載荷轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)傳輸給控制系統(tǒng)。
1. 1. 1 機(jī) 架
機(jī)架是其它組件與裝置的支撐體架,稱(chēng)重傳感器安裝在上面。
1. 1. 2 攪拌裝置( 電機(jī))
主要用于對(duì)流動(dòng)性差的物料進(jìn)行輔助卸料,一般由簡(jiǎn)易的帶螺旋葉片或釘齒的破拱臂機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成,通過(guò)破拱臂的旋轉(zhuǎn),避免物料的架橋或粘結(jié)現(xiàn)象。
1. 1. 3 計(jì)量倉(cāng)
計(jì)量倉(cāng)是稱(chēng)重物料的承載體,材料選取要根據(jù)物料的特性而定,其容積按照在最大輸料流量工藝下 3 min 的喂料量選定。
1. 1. 4 螺旋下料器( 電機(jī))
螺旋給料機(jī)比其它的封閉式出料裝置更為優(yōu)越,它既能均勻地輸送物料,也可以防止粉狀物料的飛揚(yáng)與噴射,采用變頻技術(shù)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)下料速度進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。
1. 1. 5 稱(chēng)重控制器
計(jì)量控制裝置由智能型稱(chēng)量?jī)x表和自動(dòng)控制系統(tǒng)組成,用于對(duì)各種參數(shù)的設(shè)定、報(bào)警信息的查看以及失重稱(chēng)的控制和核定等。
1. 1. 6 軟連接
失重秤的進(jìn)、出料口一般應(yīng)采用氣密封軟連接,以保證儲(chǔ)料罐和后接設(shè)備的連接不妨礙稱(chēng)重。
1. 2 失重秤工作原理和過(guò)程
失重秤通過(guò)安裝在托架底部的兩只應(yīng)變電阻式稱(chēng)重傳感器來(lái)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)計(jì)量倉(cāng)物料質(zhì)量的損失,將實(shí)際下料流量與設(shè)定流量進(jìn)行比較,用變頻器控制螺旋出料電機(jī)的轉(zhuǎn)速,使下料流量與設(shè)定值相符。失重秤工作分 2 個(gè)階段:
a) 加料階段: 當(dāng)計(jì)量倉(cāng)物料質(zhì)量低于控制器設(shè)定的下限時(shí),控制器發(fā)出指令,打開(kāi)儲(chǔ)料罐下端的控制閥,物料進(jìn)入計(jì)量倉(cāng)。此時(shí)無(wú)法通過(guò)傳感器測(cè)得流率,控制器工作在容積狀態(tài),即開(kāi)環(huán)控制狀態(tài),保持變頻調(diào)速電機(jī)速度和填充前一致,由于填充過(guò)程很短,對(duì)控制精度影響很小;
b) 稱(chēng)重階段: 當(dāng)填充到倉(cāng)重上限時(shí),控制器輸出信號(hào)關(guān)閉控制閥,計(jì)量倉(cāng)停止加料,進(jìn)入稱(chēng)重控制狀態(tài),即閉環(huán)控制狀態(tài),單位時(shí)間傳感器檢測(cè)的倉(cāng)重減小量即為物料流率,通過(guò)與流率設(shè)定值比較對(duì)電機(jī)進(jìn)行變頻速度控制,此階段控制精度較高,當(dāng)倉(cāng)重低于下限值,重復(fù)上述過(guò)程。 2 失重秤的日常維護(hù)( 以申克稱(chēng)為例)
失重秤是自動(dòng)化計(jì)量精確程度較高的配料設(shè)備,從原理上不受秤體與給料機(jī)構(gòu)的機(jī)械變化影響,兼有靜態(tài)秤和動(dòng)態(tài)秤的特點(diǎn)。因此,在連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行一段時(shí)間( 3 個(gè)月) 后,有必要進(jìn)行一系列精細(xì)化維護(hù)和保養(yǎng)。
2. 1 靜態(tài)維護(hù)
首先檢查與失重秤相連接的軟連接,如有破損、老化等現(xiàn)象更換之。根據(jù)秤體標(biāo)牌的最大量程,準(zhǔn)備相 應(yīng) 砝 碼,能 夠 標(biāo) 定 最 大 量 程 的 25% 、50% 、75% 、100% 。
2. 1. 1 去皮重校準(zhǔn)
2. 1. 3 最大量程調(diào)整
逐一加砝碼至滿量程,觀察控制器校秤畫(huà)面的顯示是否和秤體所加砝碼質(zhì)量一致,然后在校秤畫(huà)面點(diǎn)擊校滿秤,誤差要求小于 0. 1% 。
2. 2 動(dòng)態(tài)維護(hù)
2. 2. 1 用砝碼調(diào)整失重秤 4 個(gè)角用 25 kg 的砝碼分別放在失重秤 4 個(gè)角上,檢查誤差是否在允許范圍內(nèi),若不在允差范圍 0. 1%內(nèi),還需調(diào)整兩個(gè)稱(chēng)重傳感器與秤體的緊固螺栓,使誤差滿足要求。
3 故障檢修
3. 1 發(fā)現(xiàn)程序控制面板顯示的實(shí)際粉體質(zhì)量有漂移,范圍為正負(fù) 3 g,失重稱(chēng)在運(yùn)行時(shí),通過(guò)記錄儀查看歷史記錄,發(fā)現(xiàn)下料流量有時(shí)波動(dòng)大
a) 檢查失重稱(chēng)外圍是否有干擾( 如線纜是否拴牢、頂蓋是否有異物、門(mén)窗是否打開(kāi)) ;
b) 清理計(jì)量倉(cāng)內(nèi)粉體,重新去皮、靜態(tài)標(biāo)定;
c) 對(duì)失重稱(chēng)動(dòng)態(tài)標(biāo)定,發(fā)現(xiàn)誤差率超過(guò) 1% ;
d) 更換稱(chēng)重傳感器,載荷傳感器屬于精密器件,載荷超出其最大值,極易永久性損壞,應(yīng)在秤體周?chē)鷳覓?ldquo;禁止攀爬”警示牌,放置隔離欄。經(jīng)過(guò)以上步驟故障仍未消除,則應(yīng)考慮在失重稱(chēng)較長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí),建議應(yīng)用 4 只鎖緊裝置與計(jì)量倉(cāng)托架連接,使稱(chēng)重傳感器懸空,不受力。
3. 2 失重計(jì)量倉(cāng)出料量少,提高單管螺旋輸送機(jī)流量仍無(wú)效,且現(xiàn)象日趨嚴(yán)重
a) 檢查自檢系統(tǒng)控制器有無(wú)故障代碼;
b) 多次打開(kāi)失重計(jì)量倉(cāng)人孔門(mén)進(jìn)行觀察、捅料,發(fā)現(xiàn)倉(cāng)壁光滑、內(nèi)部無(wú)雜物、粉體不潮濕、流動(dòng)性良好,遂排除粉體堵料等原因;
c) 失重秤系統(tǒng)內(nèi)部存有正壓,經(jīng)檢查確認(rèn)出料口上部軟連接有正壓現(xiàn)象,打開(kāi)出料口管道觀察孔,竄出大量粉體。
分析原因,下段連接設(shè)備有熱氣上串,使軟連接潮濕,造成粉體堆積。所以在失重稱(chēng)下段設(shè)備清洗時(shí),應(yīng)該用塑料袋把失重稱(chēng)出料口密封住,防止失重稱(chēng)粉狀物料受潮結(jié)塊。
3. 3 螺旋下料電機(jī)在失重稱(chēng)連續(xù)下料過(guò)程中,變頻器頻率由 10 Hz 變化到 35 Hz,電機(jī)速度不穩(wěn)定
a) 檢查計(jì)量倉(cāng)內(nèi)粉狀物料是否結(jié)塊;
b) 檢查螺旋下料器有無(wú)物料卡住;
c) 對(duì)失重稱(chēng)靜態(tài)標(biāo)定、動(dòng)態(tài)標(biāo)定;
d) 檢查 2 只稱(chēng)重傳感器,并測(cè)量其橋臂電阻與實(shí)際值是否相符,數(shù)值相差不大;
e) 懷疑稱(chēng)重傳感器由于腐蝕而引起非線性故障,更換新的稱(chēng)重傳感器,故障依舊;
f) 更換變頻器,連續(xù) 3 天運(yùn)行正常,第 4 天后故障依舊;
g) 在檢查接地系統(tǒng)時(shí),發(fā)現(xiàn)控制柜與失重稱(chēng)連接的傳感器屏蔽線在電纜槽內(nèi)移動(dòng)時(shí),電機(jī)速度有時(shí)很穩(wěn)定,更換屏蔽線故障徹底解決。
分析其原因,由于失重稱(chēng)傳感器屏蔽線屏蔽層損壞,受到交流供電電源電壓波動(dòng)和變頻器輸出諧波電流的干擾,導(dǎo)致傳感器的電壓傳輸信號(hào)受到干擾。另外,傳感器屏蔽線電纜線在電纜槽內(nèi)布放時(shí),應(yīng)與交流電纜線分開(kāi)放置或單獨(dú)穿管布放。
4 結(jié) 語(yǔ)
由于失重秤是帶計(jì)量的配料設(shè)備,配料精度要求高,自動(dòng)控制系統(tǒng)較為復(fù)雜,故障現(xiàn)象多種多樣,所以要準(zhǔn)確地排查故障部位并非易事。筆者認(rèn)為只有平時(shí)多注重設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng),在實(shí)踐中勤于思考,遇到問(wèn)題時(shí)客觀分析、綜合判斷,才能不斷地積累工作經(jīng)驗(yàn),才能在故障排查中做到有的放矢,縮短排除故障的時(shí)間。
作者簡(jiǎn)介:
高永斌( 1969—) ,男,江蘇儀征人,技師,主要從事電氣設(shè)備的維修改造工作。
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