CN112050916A - 一种基于称重托辊的振动频率测量物料总质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于称重托辊的振动频率测量物料总质量的方法。皮带秤在使用一段时间后，会由于温度和皮带磨损等原因，造成物理系数改变，需要重新检定，但是每次检定都需要牺牲不小的经济效益。因此设计另一种测量的方法，对皮带的称重托辊进行理论建模，得到托辊的振动频率和物料重量的关系，通过测得托辊的震动频率来计算物料的重量。

Description

一种基于称重托辊的振动频率测量物料总质量的方法

技术领域

本发明属于物料流量检测技术领域，涉及一种新的测量物料总质量的方法。

背景技术

电子皮带秤是皮带输送机输送固体散状物料过程中对物料进行连续称重的一种计量设备，它可以在不中断物料流的情况下测量出皮带输送机上通过 物料的瞬时流量和累积流量。其特点是称量过程是连续和自动进行的，通常不需要操作人员的干预就 可以完成称重操作。

电子皮带秤计量物料流量的工作原理从其信息过程来看主要有三个方面：第一，称重传感器测量出皮带上运行物料的重量并转换成输出对应的电信号；第二，速度传感器测量出皮带运行的速度并转换成输出对应的电信号；第三，由称重指示控制器对上面两种信号进行滤波放大和数据采集并进行相应的运算，从而计算出瞬时流量和累计流量。

发明内容

本发明的任务是通过称重托辊的振动频率来测出物料总质量。该发明首先采集称重托辊处的托辊振动频率和皮带的角度，再通过皮带秤的参数算出在称重托辊处的皮带张力大小，最后通过给出的算式算出物料的总质量，解决现有的皮带秤因为使用时间长而的导致温度和皮带磨损等误差问题。

在以往的研究中，往往把皮带秤的托辊看作是理想刚性系统及把整个称重系统看作静态系统去研究，但是在实际应用中，因为使用材质、震动等原因，托辊并不是理想的刚性系统，而是弹性系统。且静态称重系统并不能反映各种外部因素随着时间的变化，以及称重精度产生哪些影响。为了更精确得分析其称重结果和误差，建立了单托辊的动态双弹性系统模型。

步骤1：根据图1所示，在皮带秤的称重托辊处，传感器承受的力W应为:

其中θ是皮带与水平面的角度；T是皮带张力，其作用在垂直方向的等效力为W_t；W_O是皮带无载荷状态时传感器承受的力，也就是零点值；W_I 是皮带上的载荷值。

步骤2：对步骤1中的关系式进行变化，得到如下关系式：

其中F为施加在皮带竖直方向上的力，是“皮带上瞬时的物料的重力”和“皮带张力的垂直作用力之和”，如图2所示。

步骤3：为了更精确得分析其称重结果和误差，建立了单托辊的动态双弹性系统模型，根据图2，可以得到如下微分方程：

其中，m是称重段皮带的质量；M是托辊的质量；K₁为托辊的弹性系数；K₂为称传感器的弹性系数；X₁为皮带的位移；X₂为称重系统的位移；X₁、X₂是随时间变化的动态值。

步骤4：根据步骤3，可以得到振动频率w₁和w₂分别为：

根据以上的频率计算公式，可以得到F的计算式：

对于的皮带张力T，计算公式如下：

其中，T为有效张力，单位为N；L为输送机长度，单位为m；K_t为环境温度矫正系数；K_x为用于计算托辊摩擦阻力和输送带与托辊间的滑动阻力的系数，单位为N/m；K_y为用于计算输送带和负荷越过托辊时的综合挠曲阻力系数；W_b为单位长度输送带质量，单位为kg/m；W_m为输送带上单位长度物料质量，单位为kg/m；H为物料提升高度，单位为m；T_p为输送带绕在滚筒上的挠曲阻力和所有滚筒在轴承上转动的阻力所产生的张力，单位为N；T_am为当物料被加到输送带上时由于连续加速物料所产生的张力，单位为N；T_ac为由输送机附属装置产生的总张力，单位为N；A,B为通过CEMA标准查表所得的系数；T_F为华氏温度。

所述步骤4中，K_x，K_y，K_t表达式为：

其中，W_b为单位长度输送带质量，单位为kg/m；W_m为输送带上单位长度物料质量，单位为kg/m；A,B为通过CEMA标准查表所得的系数；S_i为托辊间距；T_F为华氏温度。

本发明的创新之处在于，提出了一种皮带秤测量物料总质量的新方法。该方法通过采集称重托辊的振动频率，利用皮带秤的参数算出称重托辊处的皮带张力，即可算出物料的质量，通过积分算法可得到某个时间段内的物料的总质量。

附图说明

图1为单托辊皮带秤系统模型。

图2为单托辊动态双弹性系统。

图3为测量物料的方法流程图。

具体实施方式

根据本发明的方法，首先采集称重托辊处的托辊振动频率和皮带的角度，再通过皮带秤的参数算出在称重托辊处的皮带张力大小，最后通过给出的算式算出物料的总质量，解决现有的皮带秤因为使用时间长而的导致温度和皮带磨损等误差问题。本发明的方法，可以用于皮带秤的物料质量测量和物料测量中的误差校正。

一种基于称重托辊的振动频率测量物料总质量的方法，它包含以下步骤：

步骤1：根据图1所示，在皮带秤的称重托辊处，传感器承受的力W应为:

其中

是皮带与水平面的角度；是皮带张力，其作用在垂直方向的等效力为Wt；是皮带无载荷状态时传感器承受的力，也就是零点值； 是皮带上的载荷值。

步骤2：对步骤1中的关系式进行变化，得到如下关系式：

其中F为施加在皮带竖直方向上的力，是“皮带上瞬时的物料的重力”和“皮带张力的垂直作用力之和”，如图2所示。

步骤3：为了更精确得分析其称重结果和误差，建立了单托辊的动态双弹性系统模型，根据图2，可以得到如下微分方程：

其中，m是称重段皮带的质量；M是托辊的质量；K₁为托辊的弹性系数；K₂为称传感器的弹性系数；X₁为皮带的位移；X₂为称重系统的位移；X₁、X₂是随时间变化的动态值。

步骤4：根据步骤3，可以得到振动频率w₁和w₂分别为：

根据以上的频率计算公式，可以得到F的计算式：

对于的皮带张力T，计算公式如下：

其中，T为有效张力，单位为N；L为输送机长度，单位为m；K_t为环境温度矫正系数；K_x为用于计算托辊摩擦阻力和输送带与托辊间的滑动阻力的系数，单位为N/m；K_y为用于计算输送带和负荷越过托辊时的综合挠曲阻力系数；W_b为单位长度输送带质量，单位为kg/m；W_m为输送带上单位长度物料质量，单位为kg/m；H为物料提升高度，单位为m；T_p为输送带绕在滚筒上的挠曲阻力和所有滚筒在轴承上转动的阻力所产生的张力，单位为N；T_am为当物料被加到输送带上时由于连续加速物料所产生的张力，单位为N；T_ac为由输送机附属装置产生的总张力，单位为N；A,B为通过CEMA标准查表所得的系数；T_F为华氏温度。

步骤8：通过步骤2，步骤6和步骤7得到的值，计算物料的公式如下：

即为：

步骤9：根据步骤8，可以得到t时间的物料总和为：

最后得到物料的总重量。

Claims (6)

1.一种基于称重托辊的振动频率测量物料总质量的方法，它包含以下步骤:

步骤1:根据图1所示，在皮带秤的称重托辊处，传感器承受的力W应为：

其中θ是皮带与水平面的角度；T是皮带张力，其作用在垂直方向的等效力为W_t；W_O是皮带无载荷状态时传感器承受的力，也就是零点值；W_I 是皮带上的载荷值。

2.如权利要求1所述的一种基于称重托辊的振动频率测量物料总质量的方法，其主要特征在于步骤2：对步骤1中的关系式进行变化，得到如下关系式：

其中F为施加在皮带竖直方向上的力，是“皮带上瞬时的物料的重力”和“皮带张力的垂直作用力之和”，如图2所示。

3.如权利要求2所述的一种基于称重托辊的振动频率测量物料总质量的方法，其主要特征在于步骤3：为了更精确得分析其称重结果和误差，建立了单托辊的动态双弹性系统模型，根据图2，可以得到如下微分方程：

其中，m是称重段皮带的质量；M是托辊的质量；K₁为托辊的弹性系数；K₂为称传感器的弹性系数；X₁为皮带的位移；X₂为称重系统的位移；X₁、X₂是随时间变化的动态值。

4.如权利要求3所述的一种基于称重托辊的振动频率测量物料总质量的方法，其主要特征在于步骤4：根据步骤3，可以得到振动频率w₁和w₂分别为：

根据以上的频率计算公式，可以得到F的计算式：

对于的皮带张力T，计算公式如下：

其中，T为有效张力，单位为N；L为输送机长度，单位为m；K_t为环境温度矫正系数；K_x为用于计算托辊摩擦阻力和输送带与托辊间的滑动阻力的系数，单位为N/m；K_y为用于计算输送带和负荷越过托辊时的综合挠曲阻力系数；W_b为单位长度输送带质量，单位为kg/m；W_m为输送带上单位长度物料质量，单位为kg/m；H为物料提升高度，单位为m；T_p为输送带绕在滚筒上的挠曲阻力和所有滚筒在轴承上转动的阻力所产生的张力，单位为N；T_am为当物料被加到输送带上时由于连续加速物料所产生的张力，单位为N；T_ac为由输送机附属装置产生的总张力，单位为N；A,B为通过CEMA标准查表所得的系数；T_F为华氏温度。

5.如权利要求4所述的一种基于称重托辊的振动频率测量物料总质量的方法，其主要特征在于步骤5：通过步骤2，步骤4得到的值，计算物料的公式如下：

即为：

根据以上公式，可以得到t时间的物料总和为：

最后得到物料的总重量。

6.如权利要求5中所述的一种基于称重托辊的振动频率测量物料总质量的方法，其特征在于所述步骤4中，K_x，K_y，K_t表达式为：

其中，W_b为单位长度输送带质量，单位为kg/m；W_m为输送带上单位长度物料质量，单位为kg/m；A,B为通过CEMA标准查表所得的系数；S_i为托辊间距；T_F为华氏温度。

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