專利名稱：高精度單側(cè)稱重方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全新的皮帶稱重的方法以及計量和配料的裝置，它可以對各種散狀，塊狀或袋裝物料實現(xiàn)連續(xù)或斷續(xù)稱重或配料供給，適用于任何需要皮帶機配料及在皮帶傳輸中需要計量的行業(yè)。
目前已有的在生產(chǎn)和運輸裝卸過程中所使用的皮帶秤和配料秤主要有兩種托輥式和懸臂式，托輥式的工作原理是將一個或多個托輥置于長皮帶之下，用荷載傳感器檢測出該托輥上皮帶所受物料的重量，同時檢測出皮帶的速度，求出物料流量，再把每一時刻的物料流量作積分，得出物料的總量，這種方法產(chǎn)生了諸多問題，主要是影響稱量精度的因素多，如皮帶的松緊，安裝高度和角度的精確程度，跑偏量的大小，機械加工的質(zhì)量等。因此技術(shù)要求高，安裝調(diào)整維修困難，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴。懸臂式又可分為單懸臂式和雙懸臂式兩種，單懸臂式是將秤體和皮帶驅(qū)動電機等安裝為一體，如現(xiàn)在已經(jīng)生產(chǎn)使用的單懸臂電子皮帶秤，采用了單懸臂秤體連續(xù)計量的方法，這就要求皮帶運行速度V和單位時間給料量Q都保持恒定，從而使單位長度上物料重量Q1為常數(shù)，在實際使用中往往采用調(diào)Q的方法使Q1與V的乘積為常數(shù)，保持計量準確。但在應(yīng)用過程中，由于Q1是個不穩(wěn)定的參數(shù)，所以在長期運行中往往由于不均勻給料引起物料重心移動，造成計量誤差。同時單懸臂式皮帶秤無法消除物料沖擊造成的振動誤差，影響了計量精度?，F(xiàn)在已有的雙懸臂式皮帶秤，由于是將皮帶輸送機和物料同時計量，從原理上克服了單懸臂結(jié)構(gòu)的缺點，但也仍然存在著一些缺陷，如皮帶驅(qū)動電動機的振動，同時由于采用2至4個傳感器增加了電路的復(fù)雜性，并且多個傳感器一致性的匹配問題也會影響系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性。另外，如果不采用特定的上料控制和計量方法，雙懸臂式也無法消除物料沖擊造成的振動誤差，而采用特定的上料控制和計量方法又會使其應(yīng)用范圍有很大的局限性?？傊?，由于秤體結(jié)構(gòu)的不合理，使現(xiàn)有的皮帶秤稱量精度很難提高，并且機械和電氣結(jié)構(gòu)都過于復(fù)雜，使安裝調(diào)試維修都很困難。
本發(fā)明的目的是采用全新的設(shè)計思想，提供一種機械電氣都簡明的設(shè)計和計量方法，以及精度高，造價低，制造安裝調(diào)整都很簡便，適用范圍廣泛的皮帶計量裝置。這種方法從原理上克服了已有各種皮帶稱重結(jié)構(gòu)所存在的缺點，使稱量精度不受皮帶張力和皮帶速度的影響，同時，物料的輸送方式是否連續(xù)，物料分布是否均勻，以及上料過程的振動和電機的振動都不會影響稱量精度。
本發(fā)明主要特征是采用單側(cè)分區(qū)，分段計量的方法實現(xiàn)皮帶傳輸過程中物料的精確計量，本發(fā)明涉及的裝置是將框式皮帶稱架上的皮帶區(qū)段作為稱重區(qū)，框式皮帶稱架的一端用軸承或刀架支承，另一端作用于拉式或壓式測力裝置上，對于稱重區(qū)上任意位置的某一物料都能使測力裝置產(chǎn)生重量信號，而在稱重區(qū)外，物料的重量對測力裝置不產(chǎn)生任何作用。同時，在皮帶上或皮帶輪上裝有皮帶走行長度或皮帶輪旋轉(zhuǎn)角度的測量裝置(如圓光柵或其他各類碼盤)，該測量裝置(為闡述方便，以下簡稱測長裝置)的作用是每當皮帶走過一段固定長度或皮帶輪轉(zhuǎn)過一個固定的角度，測長裝置即發(fā)出一個脈沖信號，這樣當皮帶走過整個稱重區(qū)的長度時，測長裝置共發(fā)出N個脈沖信號，也就是說測長裝置可以把整個稱重區(qū)分為N等分。對應(yīng)的，測長裝置每發(fā)一個脈沖，測取一次稱重信號，當連續(xù)或單個的物料走過稱重區(qū)的全程，該物料的實際重量值，就是N次稱重結(jié)果之和除以｛K(N+1)｝，或每次稱重結(jié)果除以｛K(N+1)｝再求和，其中K是比例常數(shù)，它由測力裝置在稱重區(qū)下的位置所確定，所以，測長裝置的位置可以任意而不會影響測量精度。
為確保本發(fā)明所涉及裝置的稱重精度，可以將整個裝置分為兩個區(qū)，框式皮帶稱架的支承點的一側(cè)是稱重區(qū)，在框式皮帶稱架的支承點的另一側(cè)是物料緩沖區(qū)，物料緩沖區(qū)裝有皮帶驅(qū)動裝置，物料緩沖區(qū)與稱重區(qū)共用一條皮帶，稱重區(qū)和物料緩沖區(qū)在連接處共用一個固定在稱架支承架上的托輥或皮帶輪，該托輥或皮帶輪起隔離和支承作用，使上料過程物料的垂直振動和驅(qū)動電機的振動不會影響稱重區(qū)，同時使物料平穩(wěn)地進入稱重區(qū)。
本發(fā)明所涉及的方法和原理如下
如果在測長裝置每次發(fā)出脈沖時測取測力裝置的重量信號并依次相加，而該信號的大小是與該物料所處位置有關(guān)的，即重量信號與力臂(即該物料到框式物料稱架的支承點的距離)成正比，那么，當某一物料隨皮帶從稱重區(qū)的支承端向測力裝置側(cè)運動并走完稱重區(qū)的全程，該物料重量信號之和為S＝KW/N+2KW/N+3KW/N+....+(N-1)KW/N+NKW/N<1>
其中S為重量信號之和;W為該物料的實際重量;K為常數(shù)，由測力裝置在稱重區(qū)所處的位置確定。
顯然，<1>式數(shù)列的N項和為K(W/N+2W/N+3W/N+....+(N-1)W/N+NW/N)＝KW(N+1)<2>
因此S＝KW(N+1)<3>
根據(jù)<3>式，則有W＝S/｛K(N+1)｝<4>
根據(jù)<1>式和<4>式W＝｛KW/N+2KW/N+3KW/N+....+(N-1)KW/N+NKW/N｝/｛K(N+1)｝<5>
或W＝(KW/N)/｛K(N+1)｝+(2KW/N)/｛K(N+1)｝+....+(NKW/N)/｛K(N+1)｝<6>
從<5>式或<6>式可以看出，該物料的實際重量值，就是N次稱重結(jié)果之和除以｛K(N+1)｝或每次稱重結(jié)果除以｛K(N+1)｝再求和。由于N和K都是已知的，所以只要該物料在傳輸過程中經(jīng)過稱重區(qū)的全程，該物料的實際重量值就可以精確的求出。
當物料連續(xù)或有多個物料時，測力裝置的重量信號是這些物料在稱重區(qū)的不同位置分別作用的結(jié)果，也就是這些物料的重量分別對測力裝置作用的疊加，因此，不管物料是否連續(xù)，只要物料經(jīng)過稱重區(qū)的全程，其實際重量值總是可以精確地得出。而且，算法完全相同。
在實際應(yīng)用中，前述算法可以由計算機或微處理器完成，而且非常簡便，只需在接到測長裝置的脈沖信號后，對測力裝置采樣，測力裝置的電壓信號通過輸入接口電路變換為數(shù)字信號，輸入計算機或微處理器。就可以得出物料的實際重量。
從上述的原理上可以看出，本發(fā)明所涉及的裝置有許多已有皮帶稱重裝置所不具備的優(yōu)越性首先本發(fā)明所使用的算法簡單準確，稱量過程不需附加任何條件，只要求物料走完稱重區(qū)的全程，而這正是皮帶運輸?shù)哪康摹Ｓ捎谟芯_的算法，才能保證稱量的高精度。另外，從原理上可以看出，在稱量過程中，重量信號只可能逐漸增大，而不會在一個脈沖間隔里突然增大。因此，對于外界的強干擾，不管是機構(gòu)的還是電氣的，計算機很容易識別并加以消除，從而也保證了稱量的高精度和穩(wěn)定性。
其次，本發(fā)明所涉及裝置與皮帶速度和張力無關(guān)，同時，物料的分布和連續(xù)性也不會影響稱量精度，適于稱量各種散狀，塊狀，或袋裝物料，應(yīng)用場合廣泛。本發(fā)明所涉及的裝置還具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低，安裝，調(diào)整和維護很方便的優(yōu)點。
本發(fā)明可以通過以下的實施例得到進一步理解，附圖為簡化且示意性的

圖1原理圖側(cè)視2原理圖俯視剖面3實際裝置4電路原理中1A.驅(qū)動皮帶輪1B.皮帶輪2.稱架配重3A.稱架支承點托輥3B.托輥4.框式皮帶稱架5.皮帶張緊裝置6.傳感器護罩及壓塊7.傳感器底座安裝板8.傳感器位置微調(diào)9.荷載傳感器10.底架11A.稱架支承點支架11B.驅(qū)動輪支架12.驅(qū)動電動機13A.驅(qū)動輪軸承13B.稱架軸承13C.皮帶輪軸承14A.皮帶驅(qū)動軸14B.稱架支承軸14C.皮帶輪軸
15A.傳動皮帶輪15B.電機傳動皮帶輪16.光碼盤外罩17.光碼盤18.減速箱19.加強筋架20.輸入接口電器21.計算機22.顯示和打印23.控制和驅(qū)動裝置24.伺服機構(gòu)將框式皮帶秤架(4)的一端由軸承(13B)支承在軸(14B)和稱架支承點支架(11A)上，另一端由壓式荷載傳感器(9)支承，稱架支承點支架(11A)上稱架支承點托輥(3A)至皮帶輪(1B)之間為稱重區(qū)，驅(qū)動皮帶輪(1A)至稱架支承點托輥(3A)之間為物料緩沖區(qū)，物料從上方落下到緩沖區(qū)產(chǎn)生的振動干擾不會影響到稱量精度，而到達稱重區(qū)時物料已經(jīng)平穩(wěn)運行，在皮帶輪軸(14C)上安裝有光碼盤(17)，光碼盤(17)的作用是在皮帶輪轉(zhuǎn)動時，每轉(zhuǎn)過一個固定角度，光碼盤(17)即發(fā)出一個脈沖信號，相應(yīng)地，皮帶輪每轉(zhuǎn)過一個固定的角度，皮帶也走過一個固定長度。這樣，通過光碼盤(17)就將整個稱重區(qū)分為N等分。光碼盤(17)每次發(fā)出的脈沖信號都輸入計算機(21)。同時，荷載傳感器(9)輸出的稱重信號，通過輸入接口電路(20)也輸入到計算機(21)，每當計算機(21)收到一個光碼盤信號，就對荷載傳感器信號(9)采樣一次。當被稱物料從緩沖區(qū)進入稱重區(qū)，計量開始(也就是說這時荷載傳感器(9)的輸出才會有非“0”信號)，直到物料落下，計量過程完成，只要物料走過稱重區(qū)的全程，該物料的重量即被精確的稱量出來，而對于連續(xù)物料，只不過是分散物料的疊加，疊加作用是由荷載傳感器完成的，由此可見，本發(fā)明裝置的稱量精度與皮帶張力無關(guān)，與皮帶速度無關(guān)，與物料是否連續(xù)和分布是否均勻無關(guān)，同時，由于皮帶驅(qū)動裝置安裝在物料緩沖區(qū)，因此，電機(12)和減速箱(18)的振動也不會對稱量精度產(chǎn)生影響，如前所述，物料下落也對稱量精度無影響。因此，所有影響皮帶稱精度的致命弱點都被克服，從而大大提高了稱量精度。此外，只要光碼盤的精細度足夠，可以在皮帶張緊后通過計算機任意設(shè)置N的次數(shù)，所以，對機械部件的加工精度無任何特殊要求，同時也使安裝調(diào)整更為簡便。另外，由于只使用了一支荷載傳感器，同時，由于算法簡單，只需使用一臺微型計算機就可完成稱量和控制工作，這樣就使整個裝置的造價大幅度降低。
圖3給出本發(fā)明裝置的一個實施例，在本裝置中為保證配料控制精度，采用了減速箱(18)傳動，為加強緩沖區(qū)兩支架的強度和安裝托輥，安裝了加強筋架(19)。為保證機械強度，同時使荷載傳感器工作在最佳線性區(qū)，除在框式皮帶稱架(4)上裝有稱架配重(2)外，多數(shù)框架和支架均采用輕型工字結(jié)構(gòu)或凹型結(jié)構(gòu)。在框式皮帶稱架(4)和底架(10)上預(yù)留安裝孔，使傳感器護罩及壓塊(6)可以安裝在框式皮帶稱架上的2至4個位置上，而傳感器底座安裝塊(7)也可以相應(yīng)地安裝在底架(10)上，傳感器底座安裝塊(7)上裝有傳感器位置微調(diào)(11)，這樣就可以在保證稱量精度的情況下與其他下位的傳輸或貯料裝置銜接。顯然，底架部分是可拆接的。
圖4給出了電路原理圖，圖中除光碼盤(17)和計算機(21)外，其他部分均為已有技術(shù)和通用設(shè)備，伺服機構(gòu)(24)用虛線框，是因為由于本發(fā)明裝置適用范圍很大，可以采用多種已有技術(shù)進行配料控制，當配料精度要求很高時，上料可采用步進式給料控制。使用光碼盤只是本發(fā)明的一例，只要精細度足夠，任何測量長度和角度的裝置均可適用。同樣，在不超脫本發(fā)明的范圍內(nèi)對于其各種零部件可以利用若干等同技術(shù)。
權(quán)利要求
1.可以對顆?；蚍勰睿瑝K狀及袋裝制品實現(xiàn)精確的皮帶稱重及配料的裝置，至少包括作為稱重區(qū)的框式皮帶稱架，測長裝置，測力裝置，接口電路和計算機，其特征是---將框式皮帶稱架上的皮帶區(qū)段作為稱重區(qū)，框式皮帶稱架的一端用軸承或刀架支承，另一端作用于拉式或壓式測力裝置上，對于稱重區(qū)上任意位置的某一物料都能使測力裝置產(chǎn)生重量信號，而在稱重區(qū)外，物料的重量對測力裝置不產(chǎn)生任何作用，測力裝置的重量信號通過接口電路輸入計算機，---在皮帶上或皮帶輪上裝有皮帶走行長度或皮帶輪旋轉(zhuǎn)角度的測量裝置(如圓光柵或其他各類碼盤)，該測量裝置(簡稱測長裝置)的作用是每當皮帶走過一段固定長度或皮帶輪轉(zhuǎn)過一個固定的角度，測長裝置即發(fā)出一個脈沖信號，并輸入計算機，測長裝置可以把稱重區(qū)分為N等分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于可以有兩個區(qū)，框式皮帶稱架的支承點的一側(cè)是稱重區(qū)，在框式皮帶稱架的支承點的另一側(cè)是物料緩沖區(qū)，物料緩沖區(qū)裝有皮帶驅(qū)動裝置，物料緩沖區(qū)與稱重區(qū)共用一條皮帶，稱重區(qū)和物料緩沖區(qū)在連接處共用一個固定在稱架支承點支架(11A)上的托輥或皮帶輪，該托輥或皮帶輪以及緩沖區(qū)的作用是使上料過程物料的垂直振動和皮帶驅(qū)動裝置的振動不會影響稱重區(qū)，同時使物料平穩(wěn)地進入稱重區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于可以實現(xiàn)式<5>或式<6>的算法，式<5>或式<6>分別為W＝｛KW/N+2KW/N+3KW/N+....+(N-1)KW/N+NKW/N｝/｛K(N+1)｝ <5>或W＝(KW/N)/｛K(N+1)｝+(2KW/N)/｛K(N+1)｝+....+(NKW/N)/｛K(N+1)｝ <6>其中W為物料實際重量，｛KW/N+2KW/N+3KW/N+....+(N-1)KW/N+NKW/N｝為實際稱重值之和。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于測力裝置可以安裝在稱重區(qū)下的任意位置而不影響稱重精度。
全文摘要
可以對散狀或袋裝制品實現(xiàn)精確稱重的方法和裝置，它至少包括作為稱重區(qū)的框式稱架，測長裝置，測力裝置，接口電路和計算機，將該裝置分為兩個分區(qū)，物料緩沖區(qū)和稱重區(qū)，稱重區(qū)的稱架一端用軸承或刀架固定在支架上，另一端作用于荷載傳感器上，用測長裝置將稱重區(qū)分為N等分，只要物料走過稱重區(qū)的全程，其重量即被精確的測出，計量過程不受皮帶張力和速度的影響，與物料分布情況無關(guān)，精度高，造價低，安裝調(diào)整簡便，適用于所有皮帶運輸中的計量和配料過程。
文檔編號G01G11/00GK1073523SQ91111410
公開日1993年6月23日 申請日期1991年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月9日
發(fā)明者樊浩 申請人:樊浩