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摘 要：介紹了西門子公司MSI 皮帶秤銅礦山球磨機定量給料系統(tǒng)的具體應用，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用過程中通常遇到的一些問題。
關鍵詞：電子皮帶秤 安裝位置 調(diào)校 測速傳感器
我院在某銅礦山選礦廠的工程設計中選用了兩臺西門子公司的MSI單托輥秤，配用了BW100積算儀，已由我院在現(xiàn)場調(diào)試合格并投入運行，在調(diào)試和多年的實際運行 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，總覺得對皮帶秤的應用來說挺有代表性的，也許很多用戶會碰到類似的問題，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構，不帶杠桿，沒有支點，秤架比較輕巧，稱量托輥組通過兩個托輥架卡與動態(tài)梁連成一體，然后通過兩個平行四邊形稱 重傳感器固定在靜態(tài)梁上。
圖1 MSI單托輥皮帶秤
設計選型時，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)要求在球磨機給料皮帶上安裝皮帶秤，給料皮帶機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的水平段，但安裝以后皮帶秤的性能不穩(wěn)定，零點及滿值調(diào)試始終不能滿足要求。查找原因后，確認是皮帶秤安裝位置選擇不當，因為位置3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用規(guī)程[1]，發(fā)現(xiàn)有以下四點未滿足要求：
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皮帶張力最小且皮帶張力變化最小的地方，而實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至少12m，而實際秤架安裝在距弧線段終點只有1m的地方；
3) 當秤架迫不得已安裝在靠近頭部滾筒區(qū)域時，對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，同時尾部滾筒應抬高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，實際僅相距1m。
圖2 安裝位置改動示意圖
1-尾部滾筒； 2-改動后的安裝位置；3-最初安裝位置；4- 糾偏托輥
圖3 皮帶秤的現(xiàn)場安裝
經(jīng)反復考慮，將皮帶安裝位置改在皮帶輸送機的傾斜段（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6m，所以直線段非常緊張，但也基本達到要求。這里離尾部滾筒較近，是整條皮帶輸送機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遠遠優(yōu)于位置3。
3 準直性校準
由于重新安裝秤架，我們嚴格按西門子公司的使用說明書進行準直性校準（見圖4），說明書要求對稱重托輥及其前后各2組托輥（前后托輥分別稱為進入托輥和退出托輥）進行校準。通過在３節(jié)槽形托輥上張緊3根高質量的弦線進行校準（見圖中３節(jié)托輥上方的直線），校準誤差應小于±0.8mm，但它同時又強調(diào)稱重托輥處不應出現(xiàn)負校準誤差，即不能比相鄰托輥低。準直性校準非常重要，在現(xiàn)場安裝的條件下，想達到非常高的校準精確度的確很困難，但也應該盡可能多花點時間和精力做得更好。
圖4 西門子公司的準直性校準方法
A1、A2：進入托輥；S1：稱重托輥；R1、R2：退出托輥
4 托輥間距校準
在秤架準直性校準的同時，要完成托輥間距校準，即如圖4所示的A1、A2、S1、R1、R2這5組托輥之間的4個托輥間距要按皮帶輸送機現(xiàn)有的1m托輥間距重新進行精確的調(diào)整，校準誤差應小于1mm。
經(jīng)過安裝位置改動后的秤架，在完成準直性校準、托輥間距校準后進行了調(diào)零，從調(diào)零的效果來看，安裝位置改動后的秤架的零點穩(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
第一步校驗是采用隨設備帶來的砝碼，砝碼共兩個，每個重8kg。根據(jù)實測的皮帶輸送機實際皮帶速度為1.27m/s，則根據(jù)公式可計算出在滿量程時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為實測值。
由此可知，隨設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還不能令人信服，所以我們又設法進行物料試驗。但是在皮帶輸送機的前后都沒有找到合適的加載點或卸載點，所以想進行真正的物料試驗還有相當?shù)碾y度。最后采用了兩種替代方法進行物料試驗：砂袋試驗和刮皮帶試驗。
砂袋試驗方法是將實際輸送的銅礦石（中碎后的小塊度礦石）裝入編織袋里，預先精確稱重。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的方式進行試驗。用人工從皮帶秤前方把砂袋依次放在皮帶上（注意不應使皮帶秤超量程），通過皮帶秤后用人工取下砂袋，以所加砂袋的總數(shù)×10kg作為標準重量值進行計算。 最初的幾次使用的砂袋數(shù)較少，例如10袋（總重100kg），試驗幾次后，通過滿值系數(shù)調(diào)整，可使每次校驗誤差大體在1~2kg時，再將每次使用的砂袋數(shù)增加到20袋或30袋，當連續(xù)幾次砂袋試驗的誤差均在1%范圍內(nèi)時，應該說基本達到使用要求了。這種校驗方法較為簡單，在皮帶秤瞬時輸送量不大時可以使用。
由于我們的物料量檢測對象是選礦球磨機的給礦量，該參數(shù)用于給礦量的定量調(diào)節(jié)回路，所以皮帶秤的瞬時輸送量是比較穩(wěn)定的，通常波動量不超過1%~2%，因此比較適合采用刮皮帶試驗方法。這種方法在皮帶秤的瞬時輸送量比較穩(wěn)定時，大致按每2s左右讀一次瞬時流量值的方法讀取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，在皮帶輸送機上量取1m長度，并將這個長度上的物料取到容器內(nèi)進行稱重。如果條件允許，可同時取多段（例如2~3段）1m長度上的物料進行稱重。然后根據(jù)10組瞬時流量值數(shù)據(jù)的平均值與多段1m長度上的物料的實際稱重數(shù)據(jù)的平均值進行誤差計算。這種試驗方法簡單，工作量小，試驗結果基本可靠。但他需要短時間停皮帶輸送機，中斷物料輸送過程，可能對生產(chǎn)有影響。
我們通常在允許較長時間停止向球磨機給料時進行砂袋試驗，在只允許非常短暫時間停止向球磨機給料時（例如2~4分鐘）進行刮皮帶試驗。
6 皮帶秤量程修改
隨著工藝操作過程的改進，球磨機的處理能力不斷提高，因此要求對皮帶秤的量程進行修改，為此我們首先進行了稱重傳感器量程的計算和測試。由于MSI單托輥秤架采用直接承重式結構，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)查找及實際測量較麻煩，我們采用的辦法是測量皮帶輸送機空載時稱重傳感器的輸出mV值，然后反推出秤架的皮重。
這臺秤所配稱重傳感器為2個G4-TBSP-100型，額定量程100磅，約等于45kg，總容量為90kg，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，可以計算出皮帶秤因稱量托輥組、皮帶、動態(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)計算出在滿量程80t/h時,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，對于輸送物料重量加在稱重傳感器上的力來說的相對余量著達到200%，即皮帶輸送機的輸送量再增大一倍至兩倍（即160~240t/h量程）也不會使稱重傳感器過載。
實際生產(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。
量程改動非常簡單，僅僅需要在該秤二次儀表的參數(shù)表中調(diào)出P011(設計流量)并按要求輸入新的量程值即可。
由以上計算過程可以了解到，直接承重式結構秤架使用稱重傳感器的余量（如本例的35%）比較大，而且相對于輸送物料重量加在稱重傳感器上的力來說的相對余量更大（如本例的200%），所以在大多數(shù)情況下，當皮帶秤的輸送量需要增大時，直接承重式結構秤架使用的稱重傳感器通常不必更換，這也應該是他的一個優(yōu)點吧！
7 測速傳感器更換
原設計選用MD-256測速傳感器，他是轉動軸直連式，每轉動一周發(fā)出256個脈沖，當皮帶電動機或皮帶滾筒的轉動軸軸端預留有延伸軸時，能方便地與測速傳感器的軸連接。但實際生產(chǎn)現(xiàn)場皮帶滾筒的轉動軸軸端殼體上沒有預留安裝孔，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速傳感器，非常麻煩且安裝不牢固，安好之后測速傳感器晃動大，所測皮帶速度值波動較大（約±0.05m/s）。使用一段時間后，因為安裝處正好位于上層樓板開孔的下方，清洗水滴到測速傳感器上致使其損壞。因返回檢修時間長達三個月以上，就在現(xiàn)場用國產(chǎn)測速傳感器替代，安裝形式也改為在下皮帶上方安裝的滾輪式。因為都是三線制連接，工作電源都是10~12VDC，所以替代過程很簡單，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修正系數(shù)即可。在下皮帶上方安裝的滾輪式測速傳感器穩(wěn)定性較好，所測皮帶速度值波動小（約±0.02m/s），使用效果還優(yōu)于原設計的MD-256測速傳感器。
8 一次故障的查找
皮帶秤投入運行后，秤的使用基本正常，但有一次工藝專業(yè)更換皮帶，現(xiàn)場技術人員重新進行了一次調(diào)校。但再次投入運行后，零點、滿值一直不穩(wěn)定，而原因一直找不到。當我們來到現(xiàn)場時，懷疑是準直性沒有調(diào)好，而現(xiàn)場人員講他們也是按以前進行準直性校準方法作的，應該沒有問題。當我們在現(xiàn)場仔細觀察后，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，原來是這個托輥左端的中心軸未能放入托輥支腿的凹槽內(nèi)。停一下皮帶輸送機，用力將這個托輥的左端按到托輥支腿的凹槽內(nèi)，使托輥組整個斷面的形狀從圖5（b）改變成圖5（a）。在隨后再次進行的皮帶秤零點、滿值的測試中，秤的性能又恢復到原來的穩(wěn)定狀態(tài)，這次故障處理過程也從反面證實了準直性校準的必要性和重要性。
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 累計脈沖信號遠傳
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流量信號送到PLC進行球磨機定量給料調(diào)節(jié)外，還將物料累計脈沖信號送到PLC進行累積顯示和報表打印。開始的時候我們在二次儀表選擇10kg/脈沖送PLC的開關量輸入模塊進行脈沖累加，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，顯然是因為累計脈沖信號頻率過快，PLC接收信號時出現(xiàn)了丟脈沖的現(xiàn)象，將10kg/脈沖改為1000kg/脈沖后，因累計脈沖的間隔時間大大延長，就再也沒有出現(xiàn)丟脈沖的問題。
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