新型皮帶輸運(yùn)散料重量計(jì)算方法

趙文龍++于劍鋒++毛嘉++魯方林

摘 要：本文針對(duì)礦山企業(yè)應(yīng)用傳統(tǒng)皮帶秤無法解決的皮帶張力、天氣、托輥磨損等造成計(jì)量誤差的實(shí)際問題，通過設(shè)置輪廓測(cè)繪儀來采集皮帶輸送的散料的輪廓數(shù)據(jù)，結(jié)合散料密度的測(cè)算，來計(jì)算獲取皮帶輸運(yùn)的散料的重量。可以避免傳統(tǒng)皮帶秤稱重機(jī)械機(jī)構(gòu)損耗、雨天和附帶泥沙、皮帶張力等所造成的傳統(tǒng)皮帶秤誤差，解決定期、頻繁校正的問題。

關(guān)鍵詞：皮帶秤；輪廓測(cè)繪別；散料重量；濾波

中圖分類號(hào)：TB305 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）19-0073-02

1 引言

在礦山生產(chǎn)中會(huì)應(yīng)用大量皮帶秤，皮帶秤是礦山和水泥生產(chǎn)中計(jì)量和配料的最常用設(shè)備。皮帶秤的精度和日常頻繁的校準(zhǔn)工作是一直困擾用戶的最大問題，影響皮帶秤計(jì)量精度的因素是多方面的，就其產(chǎn)品本身的質(zhì)量而言，影響其精度分機(jī)械部分和電氣部分。本文以從提高皮帶秤精度減少皮帶校準(zhǔn)頻率的角度，探討一種新型皮帶輸運(yùn)散料的重量計(jì)算方法。

2 背景介紹

2.1 皮帶秤

皮帶秤，是指對(duì)放置在皮帶上并隨皮帶連續(xù)通過的松散物料進(jìn)行自動(dòng)稱量的衡器。主要分類有ICS皮帶秤、配料皮帶秤、ICS-ST礦用皮帶秤、高精度矩陣式皮帶秤。

2.2 輪廓測(cè)繪儀

輪廓測(cè)量?jī)x是測(cè)量各種機(jī)械零件素線形狀和截面輪廓形狀的精密設(shè)備。該儀器工作臺(tái)采用高精度的橫向氣浮道軌和滾動(dòng)垂直道軌，移動(dòng)精度高、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)；測(cè)量效率高、操作簡(jiǎn)單、適用于車間檢測(cè)站或計(jì)量室使用。

2.3 傳統(tǒng)皮帶秤無法解決的問題

皮帶秤應(yīng)用在礦山等惡劣環(huán)境下，皮帶秤測(cè)量誤差受環(huán)境影響較大，傳統(tǒng)皮帶秤都是通過安裝在皮帶以下的稱重傳感器來獲得重量計(jì)量數(shù)據(jù)，而皮帶的張力變化會(huì)非常影響計(jì)量準(zhǔn)確性，如皮帶受物料水分影響皮重增加，皮帶粘料清理不凈皮重增加，秤架間隙卡料重量改變，秤架托輥粘料皮重增加等等一些因素都會(huì)影響皮帶秤的準(zhǔn)確度，從而加大誤差值。這些都嚴(yán)重影響皮帶秤的準(zhǔn)確性，且需要經(jīng)常進(jìn)行重復(fù)校準(zhǔn)才能繼續(xù)皮帶秤計(jì)量工作。

3 新型皮帶輸運(yùn)散料的計(jì)算方法

本方法的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過設(shè)置輪廓測(cè)繪儀來采集皮帶輸送的散料的輪廓數(shù)據(jù)，結(jié)合散料密度的測(cè)算，來計(jì)算獲取皮帶輸運(yùn)的散料的重量。可以避免傳統(tǒng)皮帶秤稱重機(jī)械機(jī)構(gòu)損耗、雨天和附帶泥沙、皮帶張力等所造成的傳統(tǒng)皮帶秤誤差；避免傳統(tǒng)皮帶機(jī)定期、頻繁校正的問題。

3.1 新型皮帶輸運(yùn)散料重量計(jì)算設(shè)備

3.1.1 散料輪廓測(cè)繪

在傳輸皮帶上方設(shè)置輪廓測(cè)繪儀，輪廓測(cè)繪儀的信號(hào)端連接散料重量計(jì)算設(shè)備（數(shù)據(jù)處理服務(wù)器），圖一中2為固定在皮帶傳輸機(jī)上的門型支架，3為固定于支架中部的輪廓測(cè)繪儀，用來測(cè)量經(jīng)過測(cè)繪儀的散料外部輪廓。如圖1所示。

3.1.2 散料重量計(jì)算設(shè)備（數(shù)據(jù)處理服務(wù)器）

散料重量計(jì)算設(shè)備主要就是一臺(tái)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，從輪廓測(cè)繪儀接收測(cè)繪數(shù)據(jù)，根據(jù)空載和散料輸運(yùn)時(shí)的輪廓比較，獲取散料輸運(yùn)時(shí)的單位時(shí)間體積，結(jié)合預(yù)先測(cè)算的散料密度，獲取最終單位時(shí)間輸運(yùn)的散料重量。

3.2 新型皮帶輸運(yùn)散料計(jì)算方法

輪廓測(cè)繪儀的信號(hào)端連接數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，然后采用如下處理步驟：

（1）獲取傳輸皮帶空載時(shí)的外輪廓數(shù)據(jù)Di：傳輸皮帶空載時(shí)，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器通過輪廓測(cè)繪儀獲取傳輸皮帶上底層的外輪廓數(shù)據(jù)；

（2）獲取傳輸散料的外輪廓數(shù)據(jù)：通過輪廓測(cè)繪儀獲取抽樣采集每經(jīng)過t時(shí)間，此時(shí)刻通過傳輸皮帶上所傳輸散料的外輪廓數(shù)據(jù)；所述的t時(shí)間≤100ms，將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理服務(wù)器；

（3）圖像濾波處理：由于傳輸皮帶上散料的固有連續(xù)性，所以數(shù)據(jù)處理服務(wù)器對(duì)傳輸散料的外輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行基于突變限制的三維中值濾波處理或三維均值濾波處理，并且由于散料料型的限制，在濾波處理前根據(jù)料型過濾掉變化超過1.5-2倍料型直徑的數(shù)據(jù)點(diǎn)，可判定此數(shù)據(jù)點(diǎn)為噪點(diǎn)，使濾波結(jié)果更逼近真實(shí)值的傳輸散料的外輪廓數(shù)據(jù)Fi；

（4）橫截面積計(jì)算：數(shù)據(jù)處理服務(wù)器根據(jù)濾波處理后的傳輸散料的外輪廓數(shù)據(jù)Fi及傳輸皮帶底層的外輪廓數(shù)據(jù)Di，計(jì)算每個(gè)t時(shí)刻通過傳輸皮帶的散料的橫截面積，其中i為在輪廓測(cè)繪儀中設(shè)定的橫向測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目；

（5）計(jì)算散料體積：獲取單位時(shí)間通過傳輸皮帶的散料的體積，根據(jù)上面獲得的散料的瞬時(shí)截面積Sn，則T時(shí)間內(nèi)的散料體積為；T為需要計(jì)重的散料在傳輸皮帶上運(yùn)行的時(shí)間；

（6）測(cè)算散料密度ρ：選取固定重量的散料作為樣本，在傳輸皮帶上進(jìn)行實(shí)際運(yùn)輸，記錄該樣本經(jīng)過輪廓測(cè)繪儀所花費(fèi)的時(shí)間和截面積，根據(jù)上述方法來計(jì)算樣本的體積V1，再對(duì)該樣本稱重得樣本重量G1，通過公式G1=ρgV1，計(jì)算散料密度ρ，其中g(shù)=9.8m/s2；以此散料密度ρ作為后續(xù)實(shí)際測(cè)量的散料密度的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)；

（7）實(shí)際輸運(yùn)時(shí)，獲取任意輸運(yùn)時(shí)間內(nèi)通過傳輸皮帶的散料重量：在實(shí)際測(cè)量中，根據(jù)步驟（6）中獲取的散料密度ρ獲取的實(shí)際輸運(yùn)時(shí)間T內(nèi)的散料體積，再通過公式G1=ρgV，即可獲取此輸運(yùn)時(shí)間內(nèi)通過傳輸皮帶的散料重量。

4 結(jié)語

本方法通過2D激光輪廓測(cè)繪，獲取皮帶機(jī)上傳輸散料高度，通過運(yùn)算獲取散料體積，進(jìn)而結(jié)合散料密度的測(cè)算得到散料的重量。該方法解決了以往通過皮帶秤的稱重傳感器受皮帶張力等因素影響的準(zhǔn)確度不高的問題，也可以解決由于環(huán)境和皮帶變化造成的經(jīng)常校準(zhǔn)的問題。

參考文獻(xiàn)

[1]劉亞龍，周亮，姚奇.二維表面輪廓測(cè)量?jī)x測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)[J]機(jī)械工程師，2009，（03）.

[2]方原柏.電子皮帶秤[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007：184—185.

[3]方原柏.高準(zhǔn)確度皮帶秤的實(shí)現(xiàn)方法[J].世界儀表與自動(dòng)化，2007，（8）：68-70.endprint