CN201903392U - 拉杆平衡式称量机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种拉杆平衡式称量机构，包括拉力传感器、量斗，两根上拉杆和两根下拉杆；两根上拉杆对称位于量斗的两侧，且位于同一高度；两根下拉杆分别位于每根上拉杆正下方，且位于同一高度；下拉杆的量斗端位于上拉杆的固定端下方、下拉杆的固定端位于上拉杆的量斗端下方；上拉杆的两个量斗端、上拉杆的两个固定端、下拉杆的两个量斗端、下拉杆的两个固定端所形成的线段平行且等长；所述拉力传感器对量斗形成的拉力呈竖直状态。本实用新型具有以下优点：精度高、稳定性好、工作可靠，能够承载风载、振动和冲击；采用一个传感器既降低了成本，又避免了三个传感器之间的性能匹配的要求；且工艺性好、装配维修简单。

Description

拉杆平衡式称量机构

技术领域

本实用新型涉及建筑机械，尤其涉及混凝土搅拌楼站的称量机构。

背景技术

目前建筑行业普遍采用商品混凝土，由于其生产专业化，输送方便、减轻劳动强度、减轻环境污染、噪音等特点，被广大用户所接受。而随着商品混凝土的迅速发展，用户对商品混凝土的质量要求也越来越高，称量机构是混凝土搅拌楼站的重要部件之一，其精度和稳定性直接影响混凝土的生产质量和工程建设质量。

传统的混凝土搅拌楼站，其称量机构普遍采用杠杆加传感器的杠杆式(参见图1)或直接采用传感器的三点悬挂式(参见图2)这两种方式。主要原理是将拉力传感器检测到的拉力信号送入可编程控制器和电脑机构，通过电脑程序的处理，输出对应的称重。

然而，上述两种方式均有不足：杠杆式称量机构虽然只采用一个传感器，但杠杆结构复杂，制造、安装、维修不便；三点悬挂式称量机构结构简单，但其采用三个传感器，成本高，发生故障诊断有一定难度。

另外，上述两种称量机构均不能承载风载、振动和冲击。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有杠杆式、三点悬挂式称量机构不能承载风载、振动和冲击，且不能同时兼顾成本降低与结构简单的不足，提供一种拉杆平衡式称量机构。

本实用新型所提出的拉杆平衡式称量机构，包括拉力传感器、量斗，两根上拉杆和两根下拉杆；所述两根上拉杆对称位于量斗的两侧，且位于同一高度，所述上拉杆具有与量斗连接的量斗端和与固定物连接的固定端；所述两根下拉杆分别位于每根上拉杆正下方，且位于同一高度，所述下拉杆也具有与量斗连接的量斗端和与固定物连接的固定端；下拉杆的量斗端位于上拉杆的固定端下方、下拉杆的固定端位于上拉杆的量斗端下方；所述上拉杆的两个量斗端所形成的线段、上拉杆的两个固定端所形成的线段、下拉杆的两个量斗端所形成的线段、下拉杆的两个固定端所形成的线段平行且等长；所述拉力传感器对量斗形成的拉力呈竖直状态。

本实用新型具有以下优点：精度高、稳定性好、工作可靠，能够承载风载、振动和冲击；采用一个传感器既降低了成本，又避免了三个传感器之间的性能匹配的要求；且工艺性好、装配维修简单。

附图说明

图1为杠杆式称量机构立体图；

图2为三点悬挂式称量机构立体图；

图3为本实用新型的拉杆平衡式称量机构立体图；

图4为杠杆式称量机构受力分析图；

图5为三点悬挂式称量机构受力分析图；

图6为三点悬挂式称量机构受力计算图；

图7为三点悬挂式称量机构受干扰下悬挂点受力分析图；

图8为本实用新型的拉杆平衡式称量机构受力分析图；

图9为本实用新型的拉杆平衡式称量机构实际应用的结构示意图；

图10为图9的侧视图。

具体实施方式

参见图3所示的拉杆平衡式称量机构立体图，它包括拉力传感器1、量斗2，以及两根上拉杆3和两根下拉杆4。所述两根上拉杆3对称位于量斗2的两侧，且位于同一高度，所述上拉杆3具有与量斗2连接的量斗端和与固定物连接的固定端，该固定物可以是支架或者其它固定建筑结构。所述两根下拉杆4分别位于每根上拉杆3正下方，且位于同一高度，所述下拉杆4也具有与量斗2连接的量斗端和与固定物连接的固定端。下拉杆4的量斗端位于上拉杆4的固定端下方、下拉杆3的固定端位于上拉杆4的量斗端下方。所述上拉杆3的两个量斗端所形成的线段、上拉杆3的两个固定端所形成的线段、下拉杆4的两个量斗端所形成的线段、下拉杆4的两个固定端所形成的线段平行且等长。所述拉力传感器1对量斗2形成的拉力呈竖直状态。优选的，拉力传感器1对量斗2的拉力点与两根上拉杆3的距离相等，所述上拉杆3与下拉杆4均呈水平状态。

以下进行图1、图2、图3所示的三种称量机构的称量精度及抗干扰性分析对比。称量精度的分析主要是对有负荷变化时通过称量机构传递到拉力传感器上力的变化进行的。

1.杠杆式称量机构

这是一种一级杠杆加传感器组合的称量机构，其受力分析如图4所示。

假设此称量机构已调零。当加载负荷为P时分布在杠杆上的4个受力点上的负荷分力分别为P₁、P₂、P₃、P₄，则

P＝P₁+P₂+P₃+P₄                                (1)

如图4所示，负荷分力P₁、P₂、P₃、P₄、杠杆连接力N、传感器受力T点与杠杆支点A、B、C、D的距离分别为L₁、L₂、L₃、L₄、L₆(L₇)、L₅。

假设杠杆有足够的刚度，则杠杆连接力N为

∑M_CD＝0； $N=\frac{1}{L_7}(P_3{L}_3+P_4{L}_4)---\left(2\right)$

传感器受力T为

∑M_AB＝0；

$T=\frac{1}{L_5}[P_1{L}_1+P_2{L}_2+\frac{L_6}{L_7}(P_3{L}_3+P_4{P}_4)]---\left(3\right)$

若重复加载负荷P，并相对前次加载其重心产生偏移时可认为杠杆上的4个负载力变为P₁-ΔP，P₂+ΔP，P₃+ΔP，P₄-ΔP，由式(3)得

$T^{\′}=T-\frac{1}{L_5}[(L_1-L_2)-\frac{L_6}{L_7}(L_3-L_4)]\mathrm{\ΔP}---\left(4\right)$

令 $\mathrm{\ΔT}=\frac{1}{L_5}[(L_1-L_2)-\frac{L_6}{L_7}(L_3-L_4)]\mathrm{\ΔP},$ 则

T′＝T-ΔT                                        (5)

在设计中，通常要求L₁＝L₂＝L₃＝L₄，则ΔT＝0，即重心的偏移对系统输出力T无影响。但在实际加工过程中，L₁与L₂之间、L₃与L₄之间，总存在着误差ΔL₁₂、ΔL₃₄。

令ΔL₁₂、ΔL₃₄为一定值，ΔL₁₂＝L₁-L₂，ΔL₃₄＝L₃-L₄，则

$\mathrm{\ΔT}=\frac{1}{L_5}(\mathrm{\Δ}{L}_{12}-\frac{L_6}{L_7}\mathrm{\Δ}{L}_{34})\mathrm{\ΔP}$

令 $a=\frac{1}{L_5}(\mathrm{\Δ}{L}_{12}-\frac{L_6}{L_7}\mathrm{\Δ}{L}_{34}),$ 则

ΔT＝aΔP                    (6)

由式(6)可以得出：当一个杠杆制作完成后a为常量，当两次计量相同质量的物料时，杠杆重心偏移越大，杠杆输出力的误差ΔT越大，其计量装置的重复性能就越差。

2.三点悬挂式称量机构

2.1基本原理

三点悬挂式称量机构采用3个传感器直接承受载荷，避免了杠杆系统因加工误差带来的计量精度的误差。其受力分析如图5所示。当调零后有一负荷作用在量斗上，根据力学理论可将其受力状态转换成如图6所示。则有

M＝PL₅                        (7)

式中M——物料重力偏移力矩(Nm)；

P——物料力(N)；

L₅——物料重力至称量机构中心线的距离(m)。

A、B两点由力矩M引起的反力为：

$N_M=\frac{M}{L}---\left(8\right)$

式中，N_M——力矩M在A、B两点的反力(N)；

L——A、B两点的距离(m)。

重力P在A、B、C三点引起的反力N_A、N_B、N_C的计算可由图6直接得出。又有：

$N_C=\frac{L_2}{L_1+L_2}P---\left(9\right)$

式中N_C——重力在C点的反力(N)；

L₁——重力点到C点的距离(m)；

L₂——重力点到A、B两点连线的距离(m)。

由图6又可知，重力在A、B两点连线上的反力(N)：

$N_O=\frac{L_1}{L_1+L_2}P---\left(10\right)$

N_O在A、B点的反力(N)分别为

$N_{\mathrm{AO}}=\frac{L_7}{L}{N}_O---\left(11\right)$

$N_{\mathrm{BO}}=\frac{L-L_7}{L}{N}_O---\left(12\right)$

式中L——A、B两点的距离(m)；

L₇——O点到B点的距离(m)。

据上诸式则有

N_A＝N_AO-N_M                    (13)

N_B＝N_BO+N_M                    (14)

将式(7)、(8)、(10)、(11)、(12)代入式(13)、(14)得

$N_A=\frac{L_7}{L}\frac{L_1}{L_1+L_2}P-\frac{L_5}{L}P---\left(15\right)$

$N_B=\frac{L-L_7}{L}\frac{L_1}{L_1-L_2}P+\frac{L_5}{L}P---\left(16\right)$

最后将式(9)、(15)、(16)相加得出

∑N＝P                (17)

由上述分析可知：对于三点传感器悬挂形式的称量机构，当负荷重心落在三点内的任何一处，其输出力的合力均等于负荷，保证了称量精度的要求。

2.2外界干扰的影响

三点悬挂式称量机构工作时不可避免地会受到外界横向力的干扰如水平风力等，使传感器两个悬吊点不在一条垂直线上，则传感器的受力杆不垂直、产生倾斜，如图7所示。

假设产生的横向力由3个受力点平均承担，则横向力F_W为

F_W＝3F_X                (18)

式中F_X为3个受力点的横向作用力(N)。

传感器在B点的受力

$T_B=\sqrt{N_B^2+F_X^2}---\left(19\right)$

同理 $T_A=\sqrt{N_A^2+F_X^2}---\left(20\right)$

$T_C=\sqrt{N_C^2+F_X^2}---\left(21\right)$

通过上述分析可看出：三点传感器悬挂形式的称量机构在外界水平力的作用下，其称量的稳定性将受到影响。因此，此形式的称量系统，尤其是小量程，露天工作更易引起计量误差。

3.拉杆平衡式秤量机构

拉杆平衡式称量机构的结构形式如图3。采用一个拉力传感器1，安装在量斗2的侧面，用二组水平拉杆(上拉杆与下拉杆)形成的力偶来平衡物料重力与拉力传感器连杆形成的力偶，其受力分析如图8所示。在设计中，支架上的水平拉杆连接点的距离L₂应等于量斗上的水平拉杆连接点的距离L_C。假设，由于加工制造的误差使得L₂≠L_C。由图8有力平衡式

N₁cosθ＝N₂cosθ                (22)

N₁sinθ+T＝N₂sinθ+P            (23)

其中，N1为上拉杆的拉力，N2为下拉杆的拉力，P为物料重力，T为拉力传感器的拉力，θ为制造误差产生的上拉杆及下拉杆与水平面的角度。

由式(22)、(23)得T＝P。                            (24)

当受横向载荷作用时，例如风力，则有

N₁cosθ+F_W＝N₂cosθ                               (25)

式中F_W为水平作用于称量机构上的风力(N)。

由式(25)得

$N_1=N_2-\frac{F_W}{\cos \mathrm{\θ}}---\left(26\right)$

将式(26)代入式(23)得

T＝P+F_Wtanθ                    (27)

由式(24)可看出：当无横向载荷时，制造误差产生的上拉杆及下拉杆与水平面的角度θ不会影响传感器的输入力T；当称量机构受横向力作用时，制造误差产生的安装角度θ将影响称量精度，随着θ角度越大精度影响也越大。当θ＝0时，由式(27)得T＝P。

因此，此形式的称量机构在安装调整中保证上拉杆及下拉杆的水平，外界的振动、风力等横向载荷则不影响称量机构的称量精度。

通过上述分析及在实际产品上的应用，拉杆平衡式称量机构不失为一种精度高、稳定性好、工作可靠的称量机构。采用一个传感器既降低了成本，又避免了三个传感器之间的性能匹配的要求，尤其是在附加剂称量机构中应用更具优越性。

另外，拉杆平衡式称量机构还具有以下优点：(1)工艺性好，称量机构的精度主要取决于各杠杆的加工精度，它直接影响到力传递的准确性，传统称量机构对杠杆及称重刀刃、刀座的加工精度要求高，刀刃要进行热处理等，工艺性复杂，而拉杆秤制作简单，加工精度要求相对不高，工艺性好；(2)在整体装配中，称量机构是散件拼装，各挂点要保证平衡，而拉杆秤是整体固定装配，一步安装到位，在维修中，称量机构支承件多，调整功能也多。拉杆秤仅需调整6根拉杆对应螺母，调整功能单一，称量精度调整到位后，使用过程中不需要重新调整，(人为损坏除外)，如果拉杆生锈也不会影响称量精度，如果传感器损坏，只要换上新的，拉杆也不需要调整，使用成本低。

图9所示的是粉料秤。建筑机械上常用的还有水秤、附加剂秤等，它们与粉料秤之间只是量斗的形状不同，拉杆平衡的原理相同。粉料秤主要由量斗2、位于量斗2底部的卸料蝶阀5、上拉杆3、下拉杆4和拉力传感器1组成。粉料秤的量斗设计成一边垂直一边倾斜的进料口方形、出料口圆形的形状，其主要目的是考虑粉料的流动性，使卸料流畅。

卸料蝶阀5由气动元件来执行，保证翻板能顺利开启，且关闭时粉料不泄漏，保证称量精度。

通过实际操作可知，该粉料秤的动态测量精度见下表：

而本实用新型的拉杆平衡秤在静态调试中，称量精度≤0.5％，动态测量精度与静态测量精度均高于国家标准。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种拉杆平衡式称量机构，包括拉力传感器、量斗，其特征在于还包括两根上拉杆和两根下拉杆；所述两根上拉杆对称位于量斗的两侧，且位于同一高度，所述上拉杆具有与量斗连接的量斗端和与固定物连接的固定端；所述两根下拉杆分别位于每根上拉杆正下方，且位于同一高度，所述下拉杆也具有与量斗连接的量斗端和与固定物连接的固定端；下拉杆的量斗端位于上拉杆的固定端下方、下拉杆的固定端位于上拉杆的量斗端下方；所述上拉杆的两个量斗端所形成的线段、上拉杆的两个固定端所形成的线段、下拉杆的两个量斗端所形成的线段、下拉杆的两个固定端所形成的线段平行且等长；所述拉力传感器对量斗形成的拉力呈竖直状态。

2.如权利要求1所述的拉杆平衡式称量机构，其特征在于：所述拉力传感器对量斗的拉力点与两根上拉杆的距离相等。

3.如权利要求1所述的拉杆平衡式称量机构，其特征在于：所述上拉杆与下拉杆均呈水平状态。

4.如权利要求1所述的拉杆平衡式称量机构，其特征在于：所述固定物为支架。

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