CN1029334C - 高精度单侧称重方法及装置 - Google Patents
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Abstract
对散状或袋装制品实现精确称重的方法和装置，它至少包括：作为称重区的框式称架，测长装置，测力装置，接口电路和计算机，将该装置分为两个分区，物料缓冲区和称重区，称重区的称架一端用轴承或刀架固定在支架上，另一端作用于荷载传感器上，用测长装置将称重区分为N等分，只要物料走过称重区的全程，其重量即被精确的测出，计量过程不受皮带张力和速度的影响，与物料分布情况无关。精度高，造价低，安装调整简便，适用于所有皮带运输中的计量和配料过程。
Description
本发明涉及一种全新的皮带称重的方法以及计量和配料的装置，它可以对各种散状，块状或袋装物料实现连续或断续称重或配料供给，适用于任何需要皮带机配料及在皮带传输中需要计量的行业。
目前已有的在生产和运输装卸过程中所使用的皮带秤和配料秤主要有两种：托辊式和悬臂式。托辊式的工作原理是将一个或多个托辊置于长皮带之下，用荷载传感器检测出该托辊上皮带所受物料的重量，同时检测出皮带的速度，求出物料流量，再把每一时刻的物料流量作积分，得出物料的总量，这种方法产生了诸多问题，主要是：影响称量精度的因素多，如皮带的松紧，安装高度和角度的精确程度，跑偏量的大小，机械加工的质量等。因此技术要求高，安装调整维修困难，结构复杂，价格昂贵。悬臂式又可分为单悬臂式和双悬臂式两种，单悬臂式是将秤体和皮带驱动电机等安装为一体，如现在已经生产使用的单悬臂电子皮带秤，采用了单悬臂秤体连续计量的方法，这就要求皮带运行速度V和单位时间给料量Q都保持恒定，从而使单位长度上物料重量Q1为常数，在实际使用中往往采用调Q的方法使Q1与V的乘积为常数，保持计量准确。但在应用过程中，由于Q1是个不稳定的参数，所以在长期运行中往往由于不均匀给料引起物料重心移动，造成计量误差。同时单悬臂式皮带秤无法消除物料冲击造成的振动误差，影响了计量精度。现在已有的双悬臂式皮带秤，由于是将皮带输送机和物料同时计量，从原理上克服了单悬臂结构的缺点，但也仍然存在着一些缺陷，如皮带驱动电动机的振动，同时由于采用2至4个传感器增加了电路的复杂性，并且多个传感器一致性的匹配问题也会影响系统精度和稳定性。另外，如果不采用特定的上料控制和计量方法，双悬臂式也无法消除物料冲击造成的振动误差，而采用特定的上料控制和计量方法又会使其应用范围有很大的局限性。总之，由于秤体结构的不合理，使现有的皮带秤称量精度很难提高，并且机械和电气结构都过于复杂，使安装调试维修都很困难。
本发明的目的是采用全新的设计思想，提供一种机械电气都简明的设
计和计量方法，以及精度高，造价低，制造安装调整都很简便，适用范围广泛的皮带计量装置。这种方法从原理上克服了已有各种皮带称重结构所存在的缺点，使称量精度不受皮带张力和皮带速度的影响，同时，物料的输送方式是否连续，物料分布是否均匀，以及上料过程的振动和电机的振动都不会影响称量精度。
本发明主要特征是：
采用单侧分区，分段计量的方法实现皮带传输过程中物料的精确计量，本发明涉及的装置是将框式皮带称架上的皮带区段作为称重区，框式皮带称架的一端用轴承或刀架支承，另一端作用于拉式或压式测力装置上，对于称重区上任意位置的某一物料都能使测力装置产生重量信号，而在称重区外，物料的重量对测力装置不产生任何作用。同时，在皮带上或皮带轮上装有皮带走行长度或皮带轮旋转角度的测量装置（如圆光栅或其他各类码盘），该测量装置（为阐述方便，以下简称测长装置）的作用是每当皮带走过一段固定长度或皮带轮转过一个固定的角度，测长装置即发出一个脉冲信号，这样当皮带走过整个称重区的长度时，测长装置共发出N个脉冲信号，也就是说测长装置可以把整个称重区分为N等分。对应的，测长装置每发一个脉冲，测取一次称重信号，当连续或单个的物料走过称重区的全程，该物料的实际重量值，就是N次称重结果之和除以｛ 1/2 K（N+1）｝，或每次称重结果除以｛ 1/2 K（N+1）｝再求和。其中K是比例常数，它由测力装置在称重区下的位置所确定，所以，测长装置的位置可以任意而不会影响测量精度。
为确保本发明所涉及装置的称重精度，可以将整个装置分为两个区，框式皮带称架的支承点的一侧是称重区，在框式皮带称架的支承点的另一侧是物料缓冲区，物料缓冲区装有皮带驱动装置，物料缓冲区与称重区共用一条皮带，称重区和物料缓冲区在连接处共用一个固定在称架支承架上的托辊或皮带轮，该托辊或皮带轮起隔离和支承作用，使上料过程物料的垂直振动和驱动电机的振动不会影响称重区，同时使物料平稳地进入称重区。
本发明所涉及的方法和原理如下：
如果在测长装置每次发出脉冲时测取测力装置的重量信号并依次相加，而该信号的大小是与该物料所处位置有关的，即重量信号与力臂（即该物料到框式物料称架的支承点的距离）成正比，那么，当某一物料随皮带从称重区的支承端向测力装置侧运动并走完称重区的全程，该物料重量信号之和为：
S＝KW/N+2KW/N+3KW/N+……+（N-1）KW/N+NKW/N <1>
其中：S为重量信号之和;W为该物料的实际重量;K为常数，由测力装置在称重区所处的位置确定。
显然，<1>式数列的N项和为：
K（W/N+2W/N+3W/N+……+（N-1）W/N+NW/N）＝ 1/2 KW（N+1） <2>
因此：
S＝ 1/2 KW（N+1） <3>
根据<3>式，则有：
W＝S/｛ 1/2 K（N+1）｝ <4>
根据<1>式和<4>式：
W＝｛KW/N+2KW/N+3KW/N+……+（N-1）KW/N+NKW/N｝/｛ 1/2 K（N+1）｝ <5>
或：
W＝（KW/N）/｛ 1/2 K（N+1）｝+（2KW/N）/｛ 1/2 K（N+1）｝+……+（NKW/N）/｛ 1/2 K（N+1）｝ <6>
从<5>式或<6>式可以看出，该物料的实际重量值，就是N次称重结果之和除以｛ 1/2 K（N+1）｝或每次称重结果除以｛ 1/2 K（N+1）｝再求和。由于N和K都是已知的，所以只要该物料在传输过程中经过称重区的全程，该物料的实际重量值就可以精确的求出。
当物料连续或有多个物料时，测力装置的重量信号是这些物料在称重区的不同位置分别作用的结果，也就是这些物料的重量分别对测力装置作用的叠加，因此，不管物料是否连续，只要物料经过称重区的全程，其实际重量值总是可以精确地得出。而且，算法完全相同。
在实际应用中，前述算法可以由计算机或微处理器完成，而且非常简便。只需在接到测长装置的脉冲信号后，对测力装置采样，测力装置的电
压信号通过输入接口电路变换为数字信号，输入计算机或微处理器。就可以得出物料的实际重量。
从上述的原理上可以看出，本发明所涉及的装置有许多已有皮带称重装置所不具备的优越性：
首先本发明所使用的算法简单准确，称量过程不需附加任何条件，只要求物料走完称重区的全程，而这正是皮带运输的目的。由于有精确的算法，才能保证称量的高精度。另外，从原理上可以看出，在称量过程中，重量信号只可能逐渐增大，而不会在一个脉冲间隔里突然增大。因此，对于外界的强干扰，不管是机械的还是电气的，计算机很容易识别并加以消除，从而也保证了称量的高精度和稳定性。
其次，本发明所涉及装置与皮带速度和张力无关，同时，物料的分布和连续性也不会影响称量精度，适于称量各种散状，块状，或袋装物料，应用场合广泛。本发明所涉及的装置还具有结构简单，造价低，安装，调整和维护很方便的优点。
本发明可以通过以下的实施例得到进一步理解，附图为简化且示意性的：
图1：原理图侧视图
图2：原理图俯视剖面图
图3：实际装置图
图4：电路原理图
图中：1A.驱动皮带轮 1B.皮带轮 2.称架配重
3A.称架支承点托辊 3B.托辊 4.框式皮带称架
5.皮带张紧装置 6.传感器护罩及压块 7.传感器底座安装板
8.传感器位置微调 9.荷载传感器 10.底架
11A.称架支承点支架 11B.驱动轮支架 12.驱动电动机
13A.驱动轮轴承 13B.称架轴承 13C.皮带轮轴承
14A.皮带驱动轴 14B.称架支承轴 14C.皮带轮轴
15A.传动皮带轮 15B.电机传动皮带轮 16.光码盘外罩
17.光码盘 18.减速箱 19.加强筋架
20.输入接口电路 21.计算机 22.显示和打印
23.控制和驱动装置 24.伺服机构
将框式皮带秤架（4）的一端由轴承（13B）支承在轴（14B）和称架支承点支架（11A）上，另一端由压式荷载传感器（9）支承，称架支承点支架（11A）上称架支承点托辊（3A）至皮带轮（1B）之间为称重区，驱动皮带轮（1A）至称架支承点托辊（3A）之间为物料缓冲区，物料从上方落下到缓冲区产生的振动干扰不会影响到称量精度，而到达称重区时物料已经平稳运行，在皮带轮轴（14C）上安装有光码盘（17），光码盘（17）的作用是在皮带轮转动时，每转过一个固定角度，光码盘（17）即发出一个脉冲信号，相应地，皮带轮每转过一个固定的角度，皮带也走过一个固定长度。这样，通过光码盘（17）就将整个称重区分为N等分。光码盘（17）每次发出的脉冲信号都输入计算机（21）。同时，荷载传感器（9）输出的称重信号，通过输入接口电路（20）也输入到计算机（21），每当计算机（21）收到一个光码盘信号，就对荷载传感器信号（9）采样一次。当被称物料从缓冲区进入称重区，计量开始（也就是说这时荷载传感器（9）的输出才会有非“0”信号），直到物料落下，计量过程完成，只要物料走过称重区的全程，该物料的重量即被精确的称量出来，而对于连续物料，只不过是分散物料的叠加，叠加作用是由荷载传感器完成的。由此可见，本发明装置的称量精度与皮带张力无关，与皮带速度无关，与物料是否连续和分布是否均匀无关，同时，由于皮带驱动装置安装在物料缓冲区，因此，电机（12）和减速箱（18）的振动也不会对称量精度产生影响，如前所述，物料下落也对称量精度无影响。因此，所有影响皮带秤精度的致命弱点都被克服，从而大大提高了称量精度。此外，只要光码盘的精细度足够，可以在皮带张紧后通过计算机任意设置N的次数，所以，对机械部件的加工精度无任何特殊要求，同时也使安装调整更为简便。另外，由于只使用了一支荷载传感器，同时，由于算法简单，只需使用一台微型计算
机就可完成称量和控制工作，这样就使整个装置的造价大幅度降低。
图3给出本发明装置的一个实施例，在本装置中为保证配料控制精度，采用了减速箱（18）传动，为加强缓冲区两支架的强度和安装托辊，安装了加强筋架（19）。为保证机械强度，同时使荷载传感器工作在最佳线性区，除在框式皮带称架（4）上装有称架配重（2）外，多数框架和支架均采用轻型工字结构或凹型结构。在框式皮带称架（4）和底架（10）上预留安装孔，使传感器护罩及压块（6）可以安装在框式皮带称架上的2至4个位置上，而传感器底座安装块（7）也可以相应地安装在底架（10）上，传感器底座安装块（7）上装有传感器位置微调（11），这样就可以在保证称量精度的情况下与其他下位的传输或贮料装置衔接。显然，底架部分是可拆接的。
图4给出了电路原理图，图中除光码盘（17）和计算机（21）外，其他部分均为已有技术和通用设备，伺服机构（24）用虚线框，是因为由于本发明装置适用范围很大，可以采用多种已有技术进行配料控制，当配料精度要求很高时，上料可采用步进式给料控制。使用光码盘只是本发明的一例，只要精细度足够，任何测量长度和角度的装置均可适用。同样，在不超脱本发明的范围内对于其各种零部件可以利用若干等同技术。
Claims (2)
1、可以对颗粒或粉末状，块状及袋装制品实现精确的皮带称重及配料的装置，至少包括：作为称重区的框式皮带称架，与称重区共用一条皮带的物料缓冲区，称重区和物料缓冲区在连接处共用一个固定在称架支承点支架(11A)上的托辊或皮带轮，皮带走行长度或皮带轮旋转角度的测量装置，测力装置，接口电路和计算机，其特征是：
采用单侧分区，分段计量的方法实现皮带传输过程中物料的精确计量，
-将框式皮带称架上的皮带区段作为称重区，框式皮带称架的一端用轴承或刀架支承，另一端作用于拉式或压式测力装置上，物料从物料缓冲区随皮带通过称架支承点支架(11A)上的托辊或皮带轮向测力装置侧移动进入称重区，物料在称重区全程的移动过程中均能使测力装置产生重量信号，测力装置的重量信号通过接口电路输入计算机，
-在皮带上或皮带轮上装有皮带走行长度或皮带轮旋转角度的测量装置，该测量装置的作用是每当皮带走过一段固定长度或皮带轮转过一个固定的角度，该测量装置即发出一个脉冲信号，并输入计算机，该测量装置可以把称重区分为N等分，每当计算机收到该测量装置的一个脉冲信号，就对重量信号采样一次，当物料走过称重区的全程，该物料的实际重量值，就是N次称重结果之和除以{ 1/2 K(N+1)}，或每次称重结果除以{ 1/2 K(N+1)}再求和，其中K是比例常数，它由测力装置在称重区下的位置所确定。
2、根据权利要求1的装置，其特征在于可以实现式<5>或式<6>的算法，式<5>和式<6>分别为：
W＝｛KW/N+2KW/N+3KW/N+……+（N-1）KW/N+NKW/N｝/｛ 1/2 K（N+1）｝ <5>
或：
W＝（KW/N）/｛ 1/2 K（N+1）｝+（2KW/N）/｛ 1/2 K（N+1）｝+……+（NKW/N）/｛ 1/2 K（N+1）｝ <6>
其中：W为物料实际重量，｛KW/N+2KW/N+3KW/N+……+（N-1）KW/N+NKW/N｝为实际称重值之和。
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