一种直承式电子皮带秤在宝钢马迹山港的实现

 

    随着卸船机、堆取料机、带式输送机等港口装卸系统的广泛应用，电子皮带秤作为解决散货计量的重要手段，也被越来越多的用户所关注和重视。选择合适的电子皮带秤系统能在大型装卸系统中实现实时的计量，而且还能对装卸系统的生产实现科学管理。

    一、 背景介绍

    目前嵊泗马迹山港创下国内港口接卸载重量散货船纪录。满载29万吨巴西铁矿石的32万吨级巴拿马籍"埃米尔"号外轮，稳稳靠泊亚洲矿石中转深水港--宝钢集团浙江嵊泗马迹山港。这是国内迄今为止接靠的单船实际载重量的散货船，凸显出我省丰富的深水岸线资源和优越的建港自然条件。为推动我国航运事业的发展，宝钢投入巨资，在我省舟山群岛的嵊泗县泗礁马迹山岛建成了具有世界先进水平的矿石中转港口，填补了我国30万吨级港口建设的空白。

    据介绍，宝钢马迹山矿石中转码头自2002年5月成功首靠"阿里绍斯"号外轮至今，已成功接卸283艘次国内外远洋散货轮。10月20日，一艘外轮正停靠在上海宝钢马迹山港，浙江省边防总队马迹山边防检查站官兵正在执勤。据介绍，总投资24亿元的上海宝钢马迹山港二期码头于2005年12月动工兴建，并于2007年9月建成并启用。新的上海宝钢马迹山港总吞吐量达到了5000万吨以上，为目前亚洲的铁矿石中转基地。

    马迹山港二期工程筹建之初就以世界先进港口为样板，确定了建设世界一流的现代化港区的目标及实现规模扩张型向自主创新型转变的思路。宝钢自主研发成功了"散货堆、取自动化控制系统",使马迹山港生产管制、料场管理和堆取料无人作业实现集中控制，成为迄今为止国内的、与世界上同类型先进港口相媲美的信息化、数字化、智能化港口。

    此前我们曾使用了国内外多家企业的皮带秤产品，包括多托辊，全悬浮，双杠杆等各种不同类型的皮带称，普遍存在性能不稳定，计量数值波动大，重复性差，每次标定差异较大， 不能满足高计量的要求；而有些电子皮带秤在安装使用初期能实现非常高的计量， 但是使用一段时间后，其测量就开始不断漂移，不得不进行定期或不定期的标定和维护工作，现场的维护人员对此意见比较集中。

    如何选择和利用合适的电子皮带秤产品，既要实现高的内部管理计量，又要减少电子皮带秤的日常维护量，实现无人作业的目标。这对于该系统的完整实现有着至关重要的影响。

    二、港口装卸设备对皮带秤的应用要求

    现代港口散货装卸系统按照货物流向可分为：水路-水路；水路-陆路；陆路-水路等。马迹山港口作为重要的大型矿石中转基地，主要实现海路进港，陆路（汽车、铁路、皮带输送机）出港。电子皮带秤主要的应用及物流方向进出港时为：

    A,卸船机。机上输送机可配备电子皮带秤用于控制给料量。

    B,皮带输送系统。系统配备电子皮带秤用于监测瞬间流量和生产量的统计。

    C,斗轮堆取料机。堆料状态下臂架皮带机配备电子皮带秤，用于控制斗轮瞬时取料量。

    D,堆场皮带输送机。用于监测统计从堆场输送到各生产单位的物料量，常作为企业内部管理计量用。

    卸船机

    在抓斗卸船机的卸船能力是设备重要的技术指标之一。对设备的参数选型、设备的设计都会产生极大的影响。为此，在设备选型和设备设计中应当严格明确，并确定合理的设计与验收的方式方法。抓斗卸船机的卸船能力的大小除会直接影响到设备起重量参数外，还会直接影响到设备的制造成本和采购成本。

    在马迹山港大量使用了抓斗式卸船机，在二期工程中所采用大起大重提供的2250t/h抓斗式卸船机，达到了九十年代末国际先进水平。卸船机桥式抓斗卸船机被广泛应用在我国沿海各大港口和内河港口的大宗散货化码头的卸船机械类型中（如图1）。

    通常，计量皮带秤通常安装在料斗下方和运输船平行的位置（如图中红圈所指位置）。可根据应用的具体要求，在卸船机配置中选择内部结算（0.5%）或贸易结算（0.25%）的电子皮带秤。同时，由于安装位置的特殊性， 通常也对皮带秤长期稳定性和低维护量提出较高的要求。

    皮带输送机

    带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。应用它可以将物料在一定的输送线上，从初的供料点到终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。所以带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中。在矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中，广泛应用带式输送机。它用于水平运输或倾斜运输。使用非常方便。

    应用它，可以将物料在一定的输送线上，从初的供料点到终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线（如图2）。带式输送机与其堆料机和取料机相配合，已经成为大规模堆取块状物料（如煤、矿石等）的有效的方法。

    皮带输送机的皮带秤选择相对比较简单，根据要求的不同，可以选择0.5%企业内部结算和0.25%贸易结算等级别。

    斗轮堆取料机

    利用斗轮连续取料，用机上的带式输送机连续堆料的有轨式装卸机械。它是散状物料（散料）储料场内的专用机械，是在斗轮挖掘机的基础上演变而来的，可与卸车（船）机、带式输送机、装船（车）机组成储料场运输机械化系统，生产能力每小时可达1万多吨。斗轮堆取料机的作业有很强的规律性，易实现自动化。控制方式有手动、半自动和自动等。斗轮堆取料机按结构分臂架型和桥架型两类。有的设备只具有取料一种功能，称斗轮取料机。（如图3）

    通常皮带秤安装在堆取料机的大臂的皮带输送机上，由于堆取料机的大臂会根据堆料的高度不同而上下自有活动，因此皮带秤传感器的负载（Load Cell）在垂直方向的力是一直在变化的，通常这种角度的变化在0~20?不等，有时候会达到20~30?.因次，为了修正由于堆取料机大臂角度变化带来的影响，应用于堆取料机的皮带秤通常都需要配置一个倾角补偿器，来修正这个误差， 保证皮带秤的高。

    堆取料机是一种既能堆料，又能取料的一种设备。因此也对速度传感器提出了双向测量要求，通常都会采用能够正反向都能测量的轴速度传感器， 而不采用线速度传感器。由于堆取料机的皮带秤测量相对比较复杂，安装环境很难达到理想状态，即使采用了贸易结算级的皮带秤系统，也很难达到0.25%的，因此在堆取料机上能够实现0.5%的企业内部计量也已经是相当不错的了，主要技术要求通常还是集中在皮带秤使用的长期稳定性和维护量的问题上。

    因此，在港口装卸设备上的皮带秤的选择和应用，除了要考虑之外，还需要充分考虑皮带秤的长期稳定性和维护工作量的问题，这对于节约企业生产成本和提高企业生产效益很重要。

    三、皮带秤工作原理和选择

    电子皮带秤称重桥架安装于输送机架上，当物料经过时，计量托辊检测到皮带机上的物料重量通过杠杆作用于称重传感器，产生一个正比于皮带载荷的电压信号。速度传感器直接连在大直径测速滚筒上，提供一系列脉冲，每个脉冲表示一个皮带运动单元，脉冲的频率正比于皮带速度。称重仪表从称重传感器和速度传感器接收信号，通过积分运算得出一个瞬时流量值和累积重量值，并分别显示出来。

    西门子的皮带秤架部分的设计是很具有特色，与一般常用的杠杆式秤架涉及不同， 它采用了被称为"三无"的直接承重式秤架结构，即：无杠杆、无支点、无平衡重（如图4）， 也就是没有称重承载器。这种设计带来的好处是显而易见的：

    维护方便

    在秤架上没有杠杆支点，没有可动部件，也不存在诸如支点磨损等问题。杠杆式秤架秤体大，水平面方向的表面积大，大面积灰需经常清扫，否则会引起零点变化，而直接承重式秤架尺寸短小，水平方向的表面积更小，积灰量很小，积灰引起零点变化也小，可无需经常清扫。

    秤架结构简单

    直承式秤架结构保证了物料的重量通过称量托辊组直接加在称重传感器上，皮重、料重一起称，所以秤架结构非常简单，重量也非常轻。

    秤架具有模块化特点，通用性好

    秤架结构不仅简单，对不同宽度皮带来说零部件的通用性也比较好，除了静态梁、动态梁的宽度相应变化外，其余部分几乎是一样的。同时，模块化设计结构大减少了维修和更换备件的工作量和成本。

    秤架度高

    由于采用的是高度的三梁平行四边形称重传感器，其重复性是0.01%,非线性和滞后均为0.02%.这样的高度对于称重给料机的名义度0.5%来说不仅足够，而且还有余地。因为采用直接承重式结构，也相应减少了因这些部件带来的测量度损失和在物料输送过程中机械震动给称量系统带来的干扰。

    MMI多托辊皮带秤为高皮带秤，可实现贸易结算的目的，它采用一种独特的模块化设计结构，秤架采用两个MSI单托辊秤架组成，配用4个称重传感器，在20%~100%量程范围内度指标为0.25%,为安装、维护、以及更换备件带来了极大的方便。

    BW500是为高皮带秤设计的功能强大的积算仪。它具有以下主要特点：

    具有技术的双称重传感器（多四个传感器）平衡功能，能排除不均匀侧向负荷的影响，不需传感器匹配机械平衡；

    具有在线标定、批量处理、湿度补偿、倾斜补偿等功能；

    双路PID调节功能，可以根据不同的工艺需要设定PID的响应时间和调节范围；

    有效地解决传感器的特性匹配问题，相比于外接电位器，可以显着提高系统的长期稳定性。

    配合高的MD256轴速度传感器，可以实现正反方向的双向测量（如图5）。

    四、安装调试和应用效果

    在安装皮带秤的初期，我们也遇到了不少问题，主要表现为较差，不能达到要求。经过和厂家的技术沟通、现场考察和重新安装、调试后，发现了问题的主要原因，并且经过标定和测试后，证明能够满足工艺的要求。

    西门子电子皮带秤在马迹山港口遇到的主要安装问题：

    1、皮带跑偏问题（如图6）。在宝钢马迹山堆取料机现场调试过程中，皮带秤托辊的支架两侧水平偏差很大，按照西门子MMI皮带秤安装要求做设备校正，发现偏差的地方需要加高64mm,才能保证皮带秤处于正确的位置， 但也由此造成皮带跑偏，摆动幅度达150mm左右。

    2、安装位置离斗轮机太近，现场振动太大。不仅严重影响了皮带秤的测量，也容易导致皮带秤原器件的损坏。在厂家的建议下，我们采取了如下措施进行改进：

    a.改变安装位置：远离斗轮机，减少震动，找变形较小的位置安装，将称重辊向后移五米，实测高度落差减小为14 mm,再做水平矫正调试。这是的解决方案。

    b.对六组托辊的前后偏差大的托辊相应的垫高：减少皮带跑偏，减少相邻托辊间高度差， 缓解运输料抖动大造成的散料现象。

    西门子这种直接承重式结构的皮带秤，由于秤架结构小巧、紧凑，整个整改的工作很快就按照厂家的要求完成。通过链码标定和实物标定测试后（如图7、8），终得到的标定数据能完全满足原先设计的要求。

    这批皮带秤自安装使用至今超过1年半的时间里，都没有派专人去维护皮带秤，基本能够满足生产的要求。西门子这种基于直承式结构的皮带秤所具有维护量低的特点，为实现马迹山港料场管理、堆取料无人化作业起到了关键的作用。