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摘 要：介紹了西門子公司MSI 皮帶秤銅礦山球磨機(jī)定量給料系統(tǒng)的具體應(yīng)用，涉及到皮帶秤的安裝、調(diào)校、組件更換、故障處理等皮帶秤應(yīng)用過程中通常遇到的一些問題。
關(guān)鍵詞：電子皮帶秤 安裝位置 調(diào)校 測(cè)速傳感器
我院在某銅礦山選礦廠的工程設(shè)計(jì)中選用了兩臺(tái)西門子公司的MSI單托輥秤，配用了BW100積算儀，已由我院在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試合格并投入運(yùn)行，在調(diào)試和多年的實(shí)際運(yùn)行 中遇到了許多具體問題，回顧一下這些問題的發(fā)生和解決過程，總覺得對(duì)皮帶秤的應(yīng)用來說挺有代表性的，也許很多用戶會(huì)碰到類似的問題，所以將這些問題一一列出與大家共同討論。
1 MSI單托輥秤
西門子妙聲力公司的MSI單托輥秤架采用直接承重式結(jié)構(gòu)，不帶杠桿，沒有支點(diǎn)，秤架比較輕巧，稱量托輥組通過兩個(gè)托輥架卡與動(dòng)態(tài)梁連成一體，然后通過兩個(gè)平行四邊形稱 重傳感器固定在靜態(tài)梁上。
圖1 MSI單托輥皮帶秤
設(shè)計(jì)選型時(shí)，用于訂貨的主要參數(shù)見表1
表1 MSI單托輥秤的訂貨參數(shù)
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訂 貨 參 數(shù) 名 稱 |
單 位 |
數(shù) 值 |
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額定輸送量，Q |
t/h |
80 |
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皮帶速度, V |
m/s |
1.25 |
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皮帶寬度, B |
mm |
650 |
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托輥間距, L |
m |
1.000 |
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托輥槽形角，α |
° |
30 |
2 安裝位置選擇
工藝專業(yè)要求在球磨機(jī)給料皮帶上安裝皮帶秤，給料皮帶機(jī)前后滾筒的中心距為21.35m，斷面為變傾角的凸弧形，先13º傾斜向上后水平，水平段僅4~5m，傾斜段離開裙板后直線段長度約為9m。最初是在圖2所示位置3安裝皮帶秤，因這里是給料皮帶機(jī)的水平段，但安裝以后皮帶秤的性能不穩(wěn)定，零點(diǎn)及滿值調(diào)試始終不能滿足要求。查找原因后，確認(rèn)是皮帶秤安裝位置選擇不當(dāng)，因?yàn)槲恢?雖然是水平段，但距弧線段太近（僅1～2m），距頭部滾筒也很近（只有3m），而且與糾偏托輥4僅相隔1組托輥，因而造成性能不穩(wěn)定。查閱隨產(chǎn)品說明書所附西門子公司皮帶秤應(yīng)用規(guī)程[1]，發(fā)現(xiàn)有以下四點(diǎn)未滿足要求：
1) 規(guī)程要求秤架安裝在靠近尾部滾筒1的區(qū)域，這里是整條皮帶輸送機(jī)皮帶張力最小且皮帶張力變化最小的地方，而實(shí)際秤架安裝在靠近頭部滾筒區(qū)域，這里是整條皮帶輸送機(jī)皮帶張力最大且皮帶張力變化最大的地方；
2) 這條皮帶輸送機(jī)有曲線段，如果秤架安裝在凸形弧線段之后，規(guī)程要求距弧線段終點(diǎn)至少12m，而實(shí)際秤架安裝在距弧線段終點(diǎn)只有1m的地方；
3) 當(dāng)秤架迫不得已安裝在靠近頭部滾筒區(qū)域時(shí)，對(duì)30°托輥槽形角的稱量托輥要求在秤架之后先安裝2組30°托輥槽形角的托輥組，再安裝1組20°托輥槽形角的托輥組，同時(shí)尾部滾筒應(yīng)抬高13mm，從而使秤架處皮帶的形狀更能適合30°托輥槽形角，而實(shí)際未安裝20°托輥槽形角的托輥組，也未抬高尾部滾筒；
4) 規(guī)程要求糾偏托輥與秤架的距離至少9m，實(shí)際僅相距1m。
圖2 安裝位置改動(dòng)示意圖
1-尾部滾筒； 2-改動(dòng)后的安裝位置；3-最初安裝位置；4- 糾偏托輥
圖3 皮帶秤的現(xiàn)場(chǎng)安裝
經(jīng)反復(fù)考慮，將皮帶安裝位置改在皮帶輸送機(jī)的傾斜段（見圖2位置2及圖3），但從離開裙板到弧線段起點(diǎn)的直線段長度僅9m，而規(guī)程要求如果秤架安裝在凸形弧線段之前，秤架至少離開弧線段起點(diǎn)6m，所以直線段非常緊張，但也基本達(dá)到要求。這里離尾部滾筒較近，是整條皮帶輸送機(jī)皮帶張力最小且皮帶張力變化最小的地方；秤架附近的糾偏托輥搬到離稱量托輥盡量遠(yuǎn)的地方，雖然現(xiàn)在的秤架安裝位置處于有13º傾角的傾斜段，但全面比較下來，安裝位置2遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于位置3。
3 準(zhǔn)直性校準(zhǔn)
由于重新安裝秤架，我們嚴(yán)格按西門子公司的使用說明書進(jìn)行準(zhǔn)直性校準(zhǔn)（見圖4），說明書要求對(duì)稱重托輥及其前后各2組托輥（前后托輥分別稱為進(jìn)入托輥和退出托輥）進(jìn)行校準(zhǔn)。通過在３節(jié)槽形托輥上張緊3根高質(zhì)量的弦線進(jìn)行校準(zhǔn)（見圖中３節(jié)托輥上方的直線），校準(zhǔn)誤差應(yīng)小于±0.8mm，但它同時(shí)又強(qiáng)調(diào)稱重托輥處不應(yīng)出現(xiàn)負(fù)校準(zhǔn)誤差，即不能比相鄰?fù)休伒�。�?zhǔn)直性校準(zhǔn)非常重要，在現(xiàn)場(chǎng)安裝的條件下，想達(dá)到非常高的校準(zhǔn)精確度的確很困難，但也應(yīng)該盡可能多花點(diǎn)時(shí)間和精力做得更好。
圖4 西門子公司的準(zhǔn)直性校準(zhǔn)方法
A1、A2：進(jìn)入托輥；S1：稱重托輥；R1、R2：退出托輥
4 托輥間距校準(zhǔn)
在秤架準(zhǔn)直性校準(zhǔn)的同時(shí)，要完成托輥間距校準(zhǔn)，即如圖4所示的A1、A2、S1、R1、R2這5組托輥之間的4個(gè)托輥間距要按皮帶輸送機(jī)現(xiàn)有的1m托輥間距重新進(jìn)行精確的調(diào)整，校準(zhǔn)誤差應(yīng)小于1mm。
經(jīng)過安裝位置改動(dòng)后的秤架，在完成準(zhǔn)直性校準(zhǔn)、托輥間距校準(zhǔn)后進(jìn)行了調(diào)零，從調(diào)零的效果來看，安裝位置改動(dòng)后的秤架的零點(diǎn)穩(wěn)定性與以往相比大大改善，說明我們所作的上述工作是有成效的。
5 校驗(yàn)
第一步校驗(yàn)是采用隨設(shè)備帶來的砝碼，砝碼共兩個(gè)，每個(gè)重8kg。根據(jù)實(shí)測(cè)的皮帶輸送機(jī)實(shí)際皮帶速度為1.27m/s，則根據(jù)公式可計(jì)算出在滿量程時(shí)由于輸送物料重量加在稱重傳感器上的力P：
P = QL/3.6V = 80×1/3.6×1.27 = 17.50kg
式中，Q、L、V的含義和數(shù)值見表1，但皮帶速度V為實(shí)測(cè)值。
由此可知，隨設(shè)備帶來的砝碼重量是較為接近P值的。
但僅僅只用砝碼校驗(yàn)還不能令人信服，所以我們又設(shè)法進(jìn)行物料試驗(yàn)。但是在皮帶輸送機(jī)的前后都沒有找到合適的加載點(diǎn)或卸載點(diǎn)，所以想進(jìn)行真正的物料試驗(yàn)還有相當(dāng)?shù)碾y度。最后采用了兩種替代方法進(jìn)行物料試驗(yàn)：砂袋試驗(yàn)和刮皮帶試驗(yàn)。
砂袋試驗(yàn)方法是將實(shí)際輸送的銅礦石（中碎后的小塊度礦石）裝入編織袋里，預(yù)先精確稱重。每袋按10kg重量裝入礦石，由于皮帶速度不算太快，可以采用不停皮帶輸送機(jī)的方式進(jìn)行試驗(yàn)。用人工從皮帶秤前方把砂袋依次放在皮帶上（注意不應(yīng)使皮帶秤超量程），通過皮帶秤后用人工取下砂袋，以所加砂袋的總數(shù)×10kg作為標(biāo)準(zhǔn)重量值進(jìn)行計(jì)算。 最初的幾次使用的砂袋數(shù)較少，例如10袋（總重100kg），試驗(yàn)幾次后，通過滿值系數(shù)調(diào)整，可使每次校驗(yàn)誤差大體在1~2kg時(shí)，再將每次使用的砂袋數(shù)增加到20袋或30袋，當(dāng)連續(xù)幾次砂袋試驗(yàn)的誤差均在1%范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)該說基本達(dá)到使用要求了。這種校驗(yàn)方法較為簡(jiǎn)單，在皮帶秤瞬時(shí)輸送量不大時(shí)可以使用。
由于我們的物料量檢測(cè)對(duì)象是選礦球磨機(jī)的給礦量，該參數(shù)用于給礦量的定量調(diào)節(jié)回路，所以皮帶秤的瞬時(shí)輸送量是比較穩(wěn)定的，通常波動(dòng)量不超過1%~2%，因此比較適合采用刮皮帶試驗(yàn)方法。這種方法在皮帶秤的瞬時(shí)輸送量比較穩(wěn)定時(shí)，大致按每2s左右讀一次瞬時(shí)流量值的方法讀取10組數(shù)據(jù)（1人讀數(shù)據(jù)，1人記錄），然后通知停皮帶輸送機(jī)，在皮帶輸送機(jī)上量取1m長度，并將這個(gè)長度上的物料取到容器內(nèi)進(jìn)行稱重。如果條件允許，可同時(shí)取多段（例如2~3段）1m長度上的物料進(jìn)行稱重。然后根據(jù)10組瞬時(shí)流量值數(shù)據(jù)的平均值與多段1m長度上的物料的實(shí)際稱重?cái)?shù)據(jù)的平均值進(jìn)行誤差計(jì)算。這種試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，工作量小，試驗(yàn)結(jié)果基本可靠。但他需要短時(shí)間停皮帶輸送機(jī)，中斷物料輸送過程，可能對(duì)生產(chǎn)有影響。
我們通常在允許較長時(shí)間停止向球磨機(jī)給料時(shí)進(jìn)行砂袋試驗(yàn)，在只允許非常短暫時(shí)間停止向球磨機(jī)給料時(shí)（例如2~4分鐘）進(jìn)行刮皮帶試驗(yàn)。
6 皮帶秤量程修改
隨著工藝操作過程的改進(jìn)，球磨機(jī)的處理能力不斷提高，因此要求對(duì)皮帶秤的量程進(jìn)行修改，為此我們首先進(jìn)行了稱重傳感器量程的計(jì)算和測(cè)試。由于MSI單托輥秤架采用直接承重式結(jié)構(gòu)，稱重傳感器不僅要承受輸送物料的重量，還要承受秤架的皮重。
而秤架的皮重可以通過托輥組重量、稱量段（相當(dāng)于托輥間距1m）長度上的皮帶重量及參與稱重的托輥架卡、動(dòng)態(tài)梁等部分的重量相加后得到。但這些數(shù)據(jù)查找及實(shí)際測(cè)量較麻煩，我們采用的辦法是測(cè)量皮帶輸送機(jī)空載時(shí)稱重傳感器的輸出mV值，然后反推出秤架的皮重。
這臺(tái)秤所配稱重傳感器為2個(gè)G4-TBSP-100型，額定量程100磅，約等于45kg，總?cè)萘繛?0kg，在該秤二次儀表（BW100）參數(shù)表中的P940、P941可以直接查到左、右兩個(gè)稱重傳感器的輸出mV值。該值約為8~9 mV，根據(jù)供橋電壓為10VDC，稱重傳感器的靈敏度為2mV/V，可以計(jì)算出皮帶秤因稱量托輥組、皮帶、動(dòng)態(tài)梁、托輥架卡等加在稱重傳感器上的皮重值大致在稱重傳感器量程的40~45%之間。
前面已經(jīng)計(jì)算出在滿量程80t/h時(shí),由于輸送物料重量加在稱重傳感器上的力P為 17.50kg，這大體相當(dāng)于稱重傳感器量程的20%。
按100%稱重傳感器量程考慮，減去稱重傳感器上承受的輸送物料的重量和秤架的皮重，還有35%以上的余量，對(duì)于輸送物料重量加在稱重傳感器上的力來說的相對(duì)余量著達(dá)到200%，即皮帶輸送機(jī)的輸送量再增大一倍至兩倍（即160~240t/h量程）也不會(huì)使稱重傳感器過載。
實(shí)際生產(chǎn)過程中，量程已經(jīng)分幾次從80t/h加大到100t/h、120t/h、150t/h，而稱重傳感器一直沒有更換。
量程改動(dòng)非常簡(jiǎn)單，僅僅需要在該秤二次儀表的參數(shù)表中調(diào)出P011(設(shè)計(jì)流量)并按要求輸入新的量程值即可。
由以上計(jì)算過程可以了解到，直接承重式結(jié)構(gòu)秤架使用稱重傳感器的余量（如本例的35%）比較大，而且相對(duì)于輸送物料重量加在稱重傳感器上的力來說的相對(duì)余量更大（如本例的200%），所以在大多數(shù)情況下，當(dāng)皮帶秤的輸送量需要增大時(shí)，直接承重式結(jié)構(gòu)秤架使用的稱重傳感器通常不必更換，這也應(yīng)該是他的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)吧！
7 測(cè)速傳感器更換
原設(shè)計(jì)選用MD-256測(cè)速傳感器，他是轉(zhuǎn)動(dòng)軸直連式，每轉(zhuǎn)動(dòng)一周發(fā)出256個(gè)脈沖，當(dāng)皮帶電動(dòng)機(jī)或皮帶滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸端預(yù)留有延伸軸時(shí)，能方便地與測(cè)速傳感器的軸連接。但實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)皮帶滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸端殼體上沒有預(yù)留安裝孔，也沒有延伸軸，需要在皮帶滾筒的軸端殼體上開孔并連接一段延伸軸才能安裝測(cè)速傳感器，非常麻煩且安裝不牢固，安好之后測(cè)速傳感器晃動(dòng)大，所測(cè)皮帶速度值波動(dòng)較大（約±0.05m/s）。使用一段時(shí)間后，因?yàn)榘惭b處正好位于上層樓板開孔的下方，清洗水滴到測(cè)速傳感器上致使其損壞。因返回檢修時(shí)間長達(dá)三個(gè)月以上，就在現(xiàn)場(chǎng)用國產(chǎn)測(cè)速傳感器替代，安裝形式也改為在下皮帶上方安裝的滾輪式。因?yàn)槎际侨�制連接，工作電源都是10~12VDC，所以替代過程很簡(jiǎn)單，只是顯示的速度值不符。我們只要在該秤二次儀表的參數(shù)表中調(diào)出P018（速度常數(shù)調(diào)整），輸入原有速度顯示值即可。這項(xiàng)修正工作也可以在參數(shù)表中調(diào)出P015（速度常數(shù)），輸入新舊速度顯示值的相關(guān)修正系數(shù)即可。在下皮帶上方安裝的滾輪式測(cè)速傳感器穩(wěn)定性較好，所測(cè)皮帶速度值波動(dòng)�。s±0.02m/s），使用效果還優(yōu)于原設(shè)計(jì)的MD-256測(cè)速傳感器。
8 一次故障的查找
皮帶秤投入運(yùn)行后，秤的使用基本正常，但有一次工藝專業(yè)更換皮帶，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員重新進(jìn)行了一次調(diào)校。但再次投入運(yùn)行后，零點(diǎn)、滿值一直不穩(wěn)定，而原因一直找不到。當(dāng)我們來到現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，懷疑是準(zhǔn)直性沒有調(diào)好，而現(xiàn)場(chǎng)人員講他們也是按以前進(jìn)行準(zhǔn)直性校準(zhǔn)方法作的，應(yīng)該沒有問題。當(dāng)我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)觀察后，發(fā)現(xiàn)如圖5（a）所示的稱量托輥組前后的托輥組與皮帶接觸的軌跡和如圖5（b）所示的稱量托輥組與皮帶接觸的軌跡不一致。前者的軌跡是正常的，皮帶與托輥組的中間托輥有一半以上的寬度接觸了，與左右兩個(gè)托輥也在托輥中部開始均勻接觸；但后者托輥組的中間托輥幾乎不和皮帶接觸，左邊托輥與皮帶接觸還可以，但右邊托輥與皮帶幾乎是全接觸，而且從三節(jié)槽形托輥的斷面形狀來看，右邊托輥的左端明顯高出來約20mm，用手模一下就找到了問題產(chǎn)生的原因，原來是這個(gè)托輥?zhàn)蠖说闹行妮S未能放入托輥支腿的凹槽內(nèi)。停一下皮帶輸送機(jī)，用力將這個(gè)托輥的左端按到托輥支腿的凹槽內(nèi)，使托輥組整個(gè)斷面的形狀從圖5（b）改變成圖5（a）。在隨后再次進(jìn)行的皮帶秤零點(diǎn)、滿值的測(cè)試中，秤的性能又恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)，這次故障處理過程也從反面證實(shí)了準(zhǔn)直性校準(zhǔn)的必要性和重要性。
圖5 托輥一端未放好引起的皮帶與托輥接觸軌跡的變化情況
（a）：皮帶與托輥接觸的正常軌跡；(b) 皮帶與托輥接觸的不正常軌跡；
1-皮帶；2-托輥
9 累計(jì)脈沖信號(hào)遠(yuǎn)傳
由于該銅礦山選礦廠工程的控制系統(tǒng)選用了西門子公司SIMATIC S7-400 PLC，皮帶秤二次儀表除了將物料瞬時(shí)流量信號(hào)送到PLC進(jìn)行球磨機(jī)定量給料調(diào)節(jié)外，還將物料累計(jì)脈沖信號(hào)送到PLC進(jìn)行累積顯示和報(bào)表打印。開始的時(shí)候我們?cè)诙蝺x表選擇10kg/脈沖送PLC的開關(guān)量輸入模塊進(jìn)行脈沖累加，但很快發(fā)現(xiàn)在PLC上顯示的累積值少于皮帶秤二次儀表的累積顯示值，顯然是因?yàn)槔塾?jì)脈沖信號(hào)頻率過快，PLC接收信號(hào)時(shí)出現(xiàn)了丟脈沖的現(xiàn)象，將10kg/脈沖改為1000kg/脈沖后，因累計(jì)脈沖的間隔時(shí)間大大延長，就再也沒有出現(xiàn)丟脈沖的問題。
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