摘  要： 拖料式定量皮带秤可通过出料口闸门开度调整物料流的高度h和通过变频器转速调整皮带速度V以实现给料量自动控制，但在生产现场往往出现超出额定流量的备用余量过小甚至达不到额定流量的问题，作者建议制造厂商在选择定量皮带秤的皮带速度时应考虑用户加大量程的可能性。

关键词：  定量皮带秤   拖料式   皮带速度    变频器

1  拖料式定量皮带秤

拖料式定量皮带秤指的是无给料机、皮带机调速方式的配料皮带秤。配料皮带秤直接安装在小料斗的下方，以拖料的方式从小料斗中拖出物料（见图1）。这种情况下可调速的皮带机既完成物料量的称量任务，又作为可调速的皮带给料机完成物料量多少的调节任务。

图1  拖料式定量皮带秤

1-小料斗；2-给料闸板；3-裙边皮带；4-电动机；5-减速机

在拖料式定量皮带秤小料斗1的出口处，通常在皮带面上的垂直方向上安装有可上下移动的给料闸板2。给料闸板通常开度固定，在流量设定值变化时，只是皮带机速度变化，而皮带上的物料负荷始终保持稳定；但当流量设定值变化较大且超出配料皮带秤的皮带机的调速范围时，才由人工拧松给料闸板上的固定螺丝，让给料闸板往上移动或往下移动改变物料层厚度，使配料皮带秤在一个新的皮带物料负荷值下工作。

由于无给料机，拖料式定量皮带秤系统构成最简单，设备投资最省、经营费最省、性能最好。例如一台给料量为数百吨的圆盘给料机价格达数十万元，甚至超过一些高性能的配料皮带秤的价格；节省电能消耗，如一台圆盘给料机的电机功率通常为数千瓦至数十千瓦，以10kW计算，一台电机电能的年耗电费用达到4万多元；皮带上的物料负荷不随物料量的多少而变，对物料称量准确度的提高有好处；无给料机降低了配料系统的高差，对新建系统来说可节省投资，对老系统来说，增加配料皮带秤的方案更容易实施。

拖料皮带秤用于流动性能较好、湿度适中、较适合于皮带给料机给料的物料，这种配料方式目前应用最多。

2  拖料式定量皮带秤的给料量控制

定量皮带秤是为物料给料量定量控制（或随动控制）选用的给料称重控制设备，由于给料量的最小/最大量程的控制范围（即量程比）通常要求是10：1（当然也可能低到5：1，或高到20：1），对于拖料式定量皮带秤来说，如果物料流的截面近似为矩形（或可以等效为矩形）时，确定其最大给料量Qmax（t/h）大小的计算公式如下：

Qmax=s×h×d×3600 × V                           （1）

式中：V—皮带最大速度（m/s）；

s—物料流的宽度（m）；

h—物料流的高度（m）；

d—物料的堆比重（t/m3）

由于物料流的宽度和高度是由定量皮带秤出料口闸门确定的，其宽度通常是固定不变的，而高度是由手动调整的，调整之后用螺丝固定，一般情况下也不再调整，而物料的堆比重一般是个固定值。

由此可见，决定物料最大给料量的只有2个可调参数：通过出料口闸门开度调整物料流的高度h和通过变频器转速调整皮带速度V。在正常生产时，由于出料口闸门的高度h是固定的，只有皮带速度V可调。当要求的给料量大幅变动时，才会手动调整出料口闸门的高度h。

定量给料秤总体讲是采用低速度、厚料层的给料方式。较慢的速度有利于降低冲击振动、出料均匀顺畅、运行平稳、皮带张力稳定。尤其对于称量段不长的单托辊秤架，有利于采样测量稳定准确。较厚的料层，有利于出料均匀顺畅，能适应较大粒度物料，从而可获得较高的称重计量精度。但速度过慢会导致减速比过大、设备成本增加，控制滞后时间加长， 从而影响控制精度。一般来说，物料流的高度对小流量应大于60mm，中流量应大于120mm，大流量应大于200mm。

皮带最高速度应在0.50m/s以下, 中小流量可在0.03m/s~0.3m/s，微流量应在0.001m/s~0.03m/s。作为调速装置的变频器，其工作频率可在6Hz~60Hz范围调节，但50Hz以上为恒功率变转矩运行。而频率过低时转矩也会下降，造成运行不稳定，所以一般工作频率范围应在10Hz~50Hz，即调速范围为5：1。为了保证长期在较佳状态运行，最好工作在20Hz~50Hz，即理想的调速范围为2.5：1左右。

作为配料设备，根据工艺要求在一定范围内加大或缩减给料量是定量皮带秤的职责之一。作为生产流程来说，适应企业发展需要加大或缩减生产规模也是需要面对的问题，而定量皮带秤是构成生产流程中的一环，也需要根据要求加大或缩减给料量，因此需具备一定范围的量程调整能力。如果定量皮带秤的量程调整能力太小甚至一点调整能力也没有，应该说这台定量皮带秤的设计选型是存在问题的，以下是作者在生产现场经历过的2个选型不当的实例。

3  定量皮带秤设计选型不当的实例

3.1 云南某火法锌冶炼厂电炉配料

云南某火法锌冶炼厂电炉配料共有6台定量皮带秤，带宽650mm，全部是拖料式给料，2006年才投产。由于订货时所提供的最大量程预留余地太少，而供货厂家所提供的定量皮带秤额定速度过低。所以投产初期出料口闸板的开度就是最大开度，并且要以接近皮带运行的最大速度工作。一两年过后，工厂的生产规模稍有扩大，原有配料系统就不能满足要求了，只能以超频方式应付。三年后我到现场时，变频器工作的最高频率接近80Hz。但即使是这样，仍不能满足配料量增加的要求。以其中量程最大的铟锌焙砂物料2台定量皮带秤为例，其供货产品主要参数见表1。

表1  锌冶炼厂铟锌焙砂定量皮带秤技术参数

电炉配料系统改造时，按量程为40t/h（目前正常使用为20~25t/h）考虑更换了新的减速机，将额定速度提高到0.3086m/s，从而使变频器工作频率约在25Hz左右[1]。

3.2  云南某火法铜冶炼厂

云南某火法铜冶炼厂技术改造，新建配料系统两套，每台定量皮带秤给料量为25t/h，定量皮带秤宽度均为500mm，但皮带最高速度只有0.13m/s，未投产前，我去现场查看时就预计达到最大给料量有点困难，便将此看法向工厂领导作了汇报。待正式投运后到现场一看果真如此，有裙边的几台定量皮带秤物料已漫过裙边漏到地面（见图2）。而没有裙边的几台定量皮带秤虽然是三节槽形托辊托起的皮带，但没有裙边，物料的截面积要小得多，给料量是达不到额定流量的。

图2  定量皮带秤上的物料已漫过裙边

这几台定量皮带秤还有一点先天不足的是皮带太窄，给料量25t/h，但皮带宽度却只有500mm，宽皮带低速是定量皮带秤选型的关键，而现在这些定量皮带秤选了低速，而皮带却选窄带宽，那额定流量怎么能达到呢？通常对给料量25t/h的定量皮带秤应考虑选用至少650mm宽的皮带，甚至可选用800mm宽的皮带。如3.1节的所用的6台定量皮带秤，额定量程最大的9.5t/h，额定量程最小的仅1.2t/h，但皮带宽度均为650mm。

4  定量皮带秤的皮带速度选择

前面已经说到，决定物料最大给料量有2个可调参数：通过出料口闸门开度调整物料流的高度h和通过变频器转速调整皮带速度V。如果我们先确定给料量的最小/最大量程的控制范围要求是10：1，而假设出料口闸门开度调整物料流的高度h的变化范围为2：1，如出料口闸门开度最小为60mm，最大为120mm，那么通过变频器转速调整皮带速度V的变化范围达到5：1就可以满足要求了。对变频器来说，其工作频率可在6Hz~30Hz或10Hz~50Hz范围内变动。这样达到总量程比10：1的要求就很轻松了。如果不是这样，一开始就将出料口闸门开度调整物料流的高度h开到最大，那么就只剩下通过变频器转速调整皮带速度V一个手段了，碰到物料本身堆比重变化或用户条件堆比重提供错误，留给用户加大量程的可能性就微乎其微。

我询问了一些定量皮带秤生产厂家的技术人员，他们说，应该使出厂的定量皮带秤在给料闸板的最大开度1/2或2/3左右的条件下，让变频器工作在25Hz~35Hz就能达到最大量程较为合适，这样通过加大给料闸板的开度或增加变频器工作频率均可在一定范围内加大量程，当然，这也允许通过降低给料闸板的开度或减小变频器工作频率的方式以便在一定范围内减小量程。

所以在按公式（1）进行计算之前，应确定一个前提条件，即物料流的高度h不是按最大高度计算，而应该按最大高度的50%（或与之相近的值）计算，这样为用户扩大量程留有较大的余地，而且当实际给料量为较低流量值（例如最大量程的10%）时，仍能正常工作。

5  定量皮带秤的皮带速度选择实例

在2.1节云南某火法锌冶炼厂电炉配料改造时，厂方原计划将铟锌焙砂定量皮带秤的额定量程由9.5t/h加大到20t/h，但生产现场在改造前已达到17t/h的量程，而现场操作人员希望流量能更大一些，所以我建议厂方以40t/h作为铟锌焙砂定量皮带秤的额定量程，而正常输送时即使只选15~20t/h的给料量，也是在定量皮带秤的最佳工作区域，而更关键的是有进一步加大量程的能力。厂方同意了我的意见。我简单按原有额定皮带速度0.0701m/s的4倍，即0.0701×4=0.2804m/s来寻找合适的减速机，最后选定减速机减速比由原来的206减小到54，皮带最大速度则提高到0.3086m/s（由于量程40t/h近期内不会达到，所以实际皮带速度不会达到这一数值）。

投运一段时间后，这台秤的给料量达到26t/h，变频器实际工作频率为26Hz，皮带速度为0.146m/s，均为非常理想的工作条件。该数据还说明，该定量皮带秤的最大给料量实际可以达到50t/h，因为变频器工作频率还可提高一倍[1]。

6 结束语

拖料式定量皮带秤在生产现场使用好坏用户和生产厂商都有责任，用户提供订货条件应准确，如物料的堆比重，有的应恰如其分，如而定流量，既留有发展余地，又能满足当前生产要求；生产厂商则为弥补用户条件的缺陷和扩大量程的要求，应在出料口闸门开度和变频器工作频率范围两方面都为用户留有一定的余地。

参考资料：

[1] 方原柏.定量皮带秤的扩容改造[J].自动化博览：2011（8）：80-82.

作者简介：

方原柏，1942年生，男，湖北黄冈人，昆明有色冶金设计研究院电气自动化分院教授级高级工程师，衡器、冶金自动化、仪表世界、仪器仪表用户、自动化信息等杂志编委，中国衡器协会技术专家委员会顾问，由冶金工业出版社出版了“电子皮带秤的原理及应用”（1994年）、“电子皮带秤”（2007年）两本专著。

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