一種直承式電子皮帶秤在寶鋼馬跡山港的實(shí)現(xiàn)

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隨著卸船機(jī)、堆取料機(jī)、帶式輸送機(jī)等港口裝卸系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，電子皮帶秤作為解決散貨計(jì)量的重要手段，也被越來越多的用戶所關(guān)注和重視。選擇合適的電子皮帶秤系統(tǒng)能在大型裝卸系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的計(jì)量，而且還能對裝卸系統(tǒng)的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理。

一、背景介紹

目前嵊泗馬跡山港創(chuàng)下國內(nèi)港口接卸載重量散貨船紀(jì)錄。滿載29萬噸巴西鐵礦石的32萬噸級巴拿馬籍"埃米爾"號外輪，穩(wěn)穩(wěn)靠泊亞洲礦石中轉(zhuǎn)深水港--寶鋼集團(tuán)浙江嵊泗馬跡山港。這是國內(nèi)迄今為止接靠的單船實(shí)際載重量的散貨船，凸顯出我省豐富的深水岸線資源和優(yōu)越的建港自然條件。為推動我國航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，寶鋼投入巨資，在我省舟山群島的嵊泗縣泗礁馬跡山島建成了具有世界先進(jìn)水平的礦石中轉(zhuǎn)港口，填補(bǔ)了我國30萬噸級港口建設(shè)的空白。

據(jù)介紹，寶鋼馬跡山礦石中轉(zhuǎn)碼頭自2022年5月成功首靠"阿里紹斯"號外輪至今，已成功接卸283艘次國內(nèi)外遠(yuǎn)洋散貨輪。10月20日，一艘外輪正?？吭谏虾氫擇R跡山港，浙江省邊防總隊(duì)馬跡山邊防檢查站官兵正在執(zhí)勤。據(jù)介紹，總投資24億元的上海寶鋼馬跡山港二期碼頭于2022年12月動工興建，并于2022年9月建成并啟用。新的上海寶鋼馬跡山港總吞吐量達(dá)到了5000萬噸以上，為目前亞洲的鐵礦石中轉(zhuǎn)基地。

馬跡山港二期工程籌建之初就以世界先進(jìn)港口為樣板，確定了建設(shè)世界一流的現(xiàn)代化港區(qū)的目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)規(guī)模擴(kuò)張型向自主創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變的思路。寶鋼自主研發(fā)成功了"散貨堆、取自動化控制系統(tǒng)",使馬跡山港生產(chǎn)管制、料場管理和堆取料無人作業(yè)實(shí)現(xiàn)集中控制，成為迄今為止國內(nèi)的、與世界上同類型先進(jìn)港口相媲美的信息化、數(shù)字化、智能化港口。

此前我們曾使用了國內(nèi)外多家企業(yè)的皮帶秤產(chǎn)品，包括多托輥，全懸浮，雙杠桿等各種不同類型的皮帶稱，普遍存在性能不穩(wěn)定，計(jì)量數(shù)值波動大，重復(fù)性差，每次標(biāo)定差異較大，不能滿足高精度計(jì)量的要求；而有些電子皮帶秤在安裝使用初期能實(shí)現(xiàn)非常高的計(jì)量精度，但是使用一段時(shí)間后，其測量精度就開始不斷漂移，不得不進(jìn)行定期或不定期的標(biāo)定和維護(hù)工作，現(xiàn)場的維護(hù)人員對此意見比較集中。

如何選擇和利用合適的電子皮帶秤產(chǎn)品，既要實(shí)現(xiàn)高精度的內(nèi)部管理計(jì)量，又要減少電子皮帶秤的日常維護(hù)量，實(shí)現(xiàn)無人作業(yè)的目標(biāo)。這對于該系統(tǒng)的完整實(shí)現(xiàn)有著至關(guān)重要的影響。

二、港口裝卸設(shè)備對皮帶秤的應(yīng)用要求

現(xiàn)代港口散貨裝卸系統(tǒng)按照貨物流向可分為：水路-水路；水路-陸路；陸路-水路等。馬跡山港口作為重要的大型礦石中轉(zhuǎn)基地，主要實(shí)現(xiàn)海路進(jìn)港，陸路（汽車、鐵路、皮帶輸送機(jī)）出港。電子皮帶秤主要的應(yīng)用及物流方向進(jìn)出港時(shí)為：

A,卸船機(jī)。機(jī)上輸送機(jī)可配備電子皮帶秤用于控制給料量。

B,皮帶輸送系統(tǒng)。系統(tǒng)配備電子皮帶秤用于監(jiān)測瞬間流量和生產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)。

C,斗輪堆取料機(jī)。堆料狀態(tài)下臂架皮帶機(jī)配備電子皮帶秤，用于控制斗輪瞬時(shí)取料量。

D,堆場皮帶輸送機(jī)。用于監(jiān)測統(tǒng)計(jì)從堆場輸送到各生產(chǎn)單位的物料量，常作為企業(yè)內(nèi)部管理計(jì)量用。

卸船機(jī)

在抓斗卸船機(jī)的卸船能力是設(shè)備重要的技術(shù)指標(biāo)之一。對設(shè)備的參數(shù)選型、設(shè)備的設(shè)計(jì)都會產(chǎn)生極大的影響。為此，在設(shè)備選型和設(shè)備設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格明確，并確定合理的設(shè)計(jì)與驗(yàn)收的方式方法。抓斗卸船機(jī)的卸船能力的大小除會直接影響到設(shè)備起重量參數(shù)外，還會直接影響到設(shè)備的制造成本和采購成本。

在馬跡山港大量使用了抓斗式卸船機(jī)，在二期工程中所采用大起大重提供的2250t/h抓斗式卸船機(jī)，達(dá)到了九十年代末國際先進(jìn)水平。卸船機(jī)橋式抓斗卸船機(jī)被廣泛應(yīng)用在我國沿海各大港口和內(nèi)河港口的大宗散貨化碼頭的卸船機(jī)械類型中（如圖1）。

通常，計(jì)量皮帶秤通常安裝在料斗下方和運(yùn)輸船平行的位置（如圖中紅圈所指位置）。可根據(jù)應(yīng)用的具體要求，在卸船機(jī)配置中選擇內(nèi)部結(jié)算精度（0.5%）或貿(mào)易結(jié)算精度（0.25%）的電子皮帶秤。同時(shí)，由于安裝位置的特殊性，通常也對皮帶秤長期穩(wěn)定性和低維護(hù)量提出較高的要求。

皮帶輸送機(jī)

帶式輸送機(jī)是一種摩擦驅(qū)動以連續(xù)方式運(yùn)輸物料的機(jī)械。應(yīng)用它可以將物料在一定的輸送線上，從初的供料點(diǎn)到終的卸料點(diǎn)間形成一種物料的輸送流程。它既可以進(jìn)行碎散物料的輸送，也可以進(jìn)行成件物品的輸送。除進(jìn)行純粹的物料輸送外，還可以與各工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的工藝過程的要求相配合，形成有節(jié)奏的流水作業(yè)運(yùn)輸線。所以帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化的各種工業(yè)企業(yè)中。在礦山的井下巷道、礦井地面運(yùn)輸系統(tǒng)、露天采礦場及選礦廠中，廣泛應(yīng)用帶式輸送機(jī)。它用于水平運(yùn)輸或傾斜運(yùn)輸。使用非常方便。

應(yīng)用它，可以將物料在一定的輸送線上，從初的供料點(diǎn)到終的卸料點(diǎn)間形成一種物料的輸送流程。它既可以進(jìn)行碎散物料的輸送，也可以進(jìn)行成件物品的輸送。除進(jìn)行純粹的物料輸送外，還可以與各工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的工藝過程的要求相配合，形成有節(jié)奏的流水作業(yè)運(yùn)輸線（如圖2）。帶式輸送機(jī)與其堆料機(jī)和取料機(jī)相配合，已經(jīng)成為大規(guī)模堆取塊狀物料（如煤、礦石等）的有效的方法。

皮帶輸送機(jī)的皮帶秤選擇相對比較簡單，根據(jù)精度要求的不同，可以選擇0.5%企業(yè)內(nèi)部結(jié)算和0.25%貿(mào)易結(jié)算等級別。

斗輪堆取料機(jī)

利用斗輪連續(xù)取料，用機(jī)上的帶式輸送機(jī)連續(xù)堆料的有軌式裝卸機(jī)械。它是散狀物料（散料）儲料場內(nèi)的專用機(jī)械，是在斗輪挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上演變而來的，可與卸車（船）機(jī)、帶式輸送機(jī)、裝船（車）機(jī)組成儲料場運(yùn)輸機(jī)械化系統(tǒng)，生產(chǎn)能力每小時(shí)可達(dá)1萬多噸。斗輪堆取料機(jī)的作業(yè)有很強(qiáng)的規(guī)律性，易實(shí)現(xiàn)自動化。控制方式有手動、半自動和自動等。斗輪堆取料機(jī)按結(jié)構(gòu)分臂架型和橋架型兩類。有的設(shè)備只具有取料一種功能，稱斗輪取料機(jī)。（如圖3）

通常皮帶秤安裝在堆取料機(jī)的大臂的皮帶輸送機(jī)上，由于堆取料機(jī)的大臂會根據(jù)堆料的高度不同而上下自有活動，因此皮帶秤傳感器的負(fù)載（LoadCell）在垂直方向的力是一直在變化的，通常這種角度的變化在0~20?不等，有時(shí)候會達(dá)到20~30?.因次，為了修正由于堆取料機(jī)大臂角度變化帶來的影響，應(yīng)用于堆取料機(jī)的皮帶秤通常都需要配置一個(gè)傾角補(bǔ)償器，來修正這個(gè)誤差，保證皮帶秤的高精度。

堆取料機(jī)是一種既能堆料，又能取料的一種設(shè)備。因此也對速度傳感器提出了雙向測量要求，通常都會采用能夠正反向都能測量的軸速度傳感器，而不采用線速度傳感器。由于堆取料機(jī)的皮帶秤測量相對比較復(fù)雜，安裝環(huán)境很難達(dá)到理想狀態(tài)，即使采用了貿(mào)易結(jié)算級精度的皮帶秤系統(tǒng)，也很難達(dá)到0.25%的精度，因此在堆取料機(jī)上能夠?qū)崿F(xiàn)0.5%的企業(yè)內(nèi)部計(jì)量精度也已經(jīng)是相當(dāng)不錯(cuò)的了，主要技術(shù)要求通常還是集中在皮帶秤使用的長期穩(wěn)定性和維護(hù)量的問題上。

因此，在港口裝卸設(shè)備上的皮帶秤的選擇和應(yīng)用，除了要考慮精度之外，還需要充分考慮皮帶秤的長期穩(wěn)定性和維護(hù)工作量的問題，這對于節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)成本和提高企業(yè)生產(chǎn)效益很重要。

三、皮帶秤工作原理和選擇

電子皮帶秤稱重橋架安裝于輸送機(jī)架上，當(dāng)物料經(jīng)過時(shí)，計(jì)量托輥檢測到皮帶機(jī)上的物料重量通過杠桿作用于稱重傳感器，產(chǎn)生一個(gè)正比于皮帶載荷的電壓信號。速度傳感器直接連在大直徑測速滾筒上，提供一系列脈沖，每個(gè)脈沖表示一個(gè)皮帶運(yùn)動單元，脈沖的頻率正比于皮帶速度。稱重儀表從稱重傳感器和速度傳感器接收信號，通過積分運(yùn)算得出一個(gè)瞬時(shí)流量值和累積重量值，并分別顯示出來。

西門子的皮帶秤架部分的設(shè)計(jì)是很具有特色，與一般常用的杠桿式秤架涉及不同，它采用了被稱為"三無"的直接承重式秤架結(jié)構(gòu)，即：無杠桿、無支點(diǎn)、無平衡重（如圖4），也就是沒有稱重承載器。這種設(shè)計(jì)帶來的好處是顯而易見的：

維護(hù)方便

在秤架上沒有杠桿支點(diǎn)，沒有可動部件，也不存在諸如支點(diǎn)磨損等問題。杠桿式秤架秤體大，水平面方向的表面積大，大面積灰需經(jīng)常清掃，否則會引起零點(diǎn)變化，而直接承重式秤架尺寸短小，水平方向的表面積更小，積灰量很小，積灰引起零點(diǎn)變化也小，可無需經(jīng)常清掃。

秤架結(jié)構(gòu)簡單

直承式秤架結(jié)構(gòu)保證了物料的重量通過稱量托輥組直接加在稱重傳感器上，皮重、料重一起稱，所以秤架結(jié)構(gòu)非常簡單，重量也非常輕。

秤架具有模塊化特點(diǎn)，通用性好

秤架結(jié)構(gòu)不僅簡單，對不同寬度皮帶來說零部件的通用性也比較好，除了靜態(tài)梁、動態(tài)梁的寬度相應(yīng)變化外，其余部分幾乎是一樣的。同時(shí)，模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)大減少了維修和更換備件的工作量和成本。

秤架度高

由于采用的是高度的三梁平行四邊形稱重傳感器，其重復(fù)性是0.01%,非線性和滯后均為0.02%.這樣的高度對于稱重給料機(jī)的名義度0.5%來說不僅足夠，而且還有余地。因?yàn)椴捎弥苯映兄厥浇Y(jié)構(gòu)，也相應(yīng)減少了因這些部件帶來的測量度損失和在物料輸送過程中機(jī)械震動給稱量系統(tǒng)帶來的干擾。

MMI多托輥皮帶秤為高精度皮帶秤，可實(shí)現(xiàn)貿(mào)易結(jié)算的目的，它采用一種獨(dú)特的模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，秤架采用兩個(gè)MSI單托輥秤架組成，配用4個(gè)稱重傳感器，在20%~100%量程范圍內(nèi)度指標(biāo)為0.25%,為安裝、維護(hù)、以及更換備件帶來了極大的方便。

BW500是為高精度皮帶秤設(shè)計(jì)的功能強(qiáng)大的積算儀。它具有以下主要特點(diǎn)：

具有技術(shù)的雙稱重傳感器（多四個(gè)傳感器）平衡功能，能排除不均勻側(cè)向負(fù)荷的影響，不需傳感器匹配機(jī)械平衡；

具有在線標(biāo)定、批量處理、濕度補(bǔ)償、傾斜補(bǔ)償?shù)裙δ埽?/p>

雙路PID調(diào)節(jié)功能，可以根據(jù)不同的工藝需要設(shè)定PID的響應(yīng)時(shí)間和調(diào)節(jié)范圍；

有效地解決傳感器的特性匹配問題，相比于外接電位器，可以顯著提高系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性。

配合高精度的MD256軸速度傳感器，可以實(shí)現(xiàn)正反方向的雙向測量（如圖5）。

四、安裝調(diào)試和應(yīng)用效果

在安裝皮帶秤的初期，我們也遇到了不少問題，主要表現(xiàn)為精度較差，不能達(dá)到要求。經(jīng)過和廠家的技術(shù)溝通、現(xiàn)場考察和重新安裝、調(diào)試后，發(fā)現(xiàn)了問題的主要原因，并且經(jīng)過標(biāo)定和測試后，證明能夠滿足工藝的要求。

西門子電子皮帶秤在馬跡山港口遇到的主要安裝問題：

1、皮帶跑偏問題（如圖6）。在寶鋼馬跡山堆取料機(jī)現(xiàn)場調(diào)試過程中，皮帶秤托輥的支架兩側(cè)水平偏差很大，按照西門子MMI皮帶秤安裝要求做設(shè)備校正，發(fā)現(xiàn)偏差的地方需要加高64mm,才能保證皮帶秤處于正確的位置，但也由此造成皮帶跑偏，擺動幅度達(dá)150mm左右。

2、安裝位置離斗輪機(jī)太近，現(xiàn)場振動太大。不僅嚴(yán)重影響了皮帶秤的測量精度，也容易導(dǎo)致皮帶秤原器件的損壞。在廠家的建議下，我們采取了如下措施進(jìn)行改進(jìn)：

a.改變安裝位置：遠(yuǎn)離斗輪機(jī)，減少震動，找變形較小的位置安裝，將稱重輥向后移五米，實(shí)測高度落差減小為14mm,再做水平矯正調(diào)試。這是的解決方案。

b.對六組托輥的前后偏差大的托輥相應(yīng)的墊高：減少皮帶跑偏，減少相鄰?fù)休侀g高