高精度單側稱重方法及裝置的製作方法

2023-05-15 06:32:06

專利名稱：高精度單側稱重方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發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連續或斷續稱重或配料供給，適用於任何需要皮帶機配料及在皮帶傳輸中需要計量的行業。
目前已有的在生產和運輸裝卸過程中所使用的皮帶秤和配料秤主要有兩種託輥式和懸臂式，託輥式的工作原理是將一個或多個託輥置於長皮帶之下，用荷載傳感器檢測出該託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，這種方法產生了諸多問題，主要是影響稱量精度的因素多，如皮帶的鬆緊，安裝高度和角度的精確程度，跑偏量的大小，機械加工的質量等。因此技術要求高，安裝調整維修困難，結構複雜，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動電機等安裝為一體，如現在已經生產使用的單懸臂電子皮帶秤，採用了單懸臂秤體連續計量的方法，這就要求皮帶運行速度V和單位時間給料量Q都保持恆定，從而使單位長度上物料重量Q1為常數，在實際使用中往往採用調Q的方法使Q1與V的乘積為常數，保持計量準確。但在應用過程中，由於Q1是個不穩定的參數，所以在長期運行中往往由於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衝擊造成的振動誤差，影響了計量精度。現在已有的雙懸臂式皮帶秤，由於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構的缺點，但也仍然存在著一些缺陷，如皮帶驅動電動機的振動，同時由於採用2至4個傳感器增加了電路的複雜性，並且多個傳感器一致性的匹配問題也會影響系統精度和穩定性。另外，如果不採用特定的上料控制和計量方法，雙懸臂式也無法消除物料衝擊造成的振動誤差，而採用特定的上料控制和計量方法又會使其應用範圍有很大的局限性。總之，由於秤體結構的不合理，使現有的皮帶秤稱量精度很難提高，並且機械和電氣結構都過於複雜，使安裝調試維修都很困難。
本發明的目的是採用全新的設計思想，提供一種機械電氣都簡明的設計和計量方法，以及精度高，造價低，製造安裝調整都很簡便，適用範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構所存在的缺點，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，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。
本發明主要特徵是採用單側分區，分段計量的方法實現皮帶傳輸過程中物料的精確計量，本發明涉及的裝置是將框式皮帶稱架上的皮帶區段作為稱重區，框式皮帶稱架的一端用軸承或刀架支承，另一端作用於拉式或壓式測力裝置上，對於稱重區上任意位置的某一物料都能使測力裝置產生重量信號，而在稱重區外，物料的重量對測力裝置不產生任何作用。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過一個固定的角度，測長裝置即發出一個脈衝信號，這樣當皮帶走過整個稱重區的長度時，測長裝置共發出N個脈衝信號，也就是說測長裝置可以把整個稱重區分為N等分。對應的，測長裝置每發一個脈衝，測取一次稱重信號，當連續或單個的物料走過稱重區的全程，該物料的實際重量值，就是N次稱重結果之和除以｛K(N+1)｝，或每次稱重結果除以｛K(N+1)｝再求和，其中K是比例常數，它由測力裝置在稱重區下的位置所確定，所以，測長裝置的位置可以任意而不會影響測量精度。
為確保本發明所涉及裝置的稱重精度，可以將整個裝置分為兩個區，框式皮帶稱架的支承點的一側是稱重區，在框式皮帶稱架的支承點的另一側是物料緩衝區，物料緩衝區裝有皮帶驅動裝置，物料緩衝區與稱重區共用一條皮帶，稱重區和物料緩衝區在連接處共用一個固定在稱架支承架上的託輥或皮帶輪，該託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動電機的振動不會影響稱重區，同時使物料平穩地進入稱重區。
本發明所涉及的方法和原理如下
如果在測長裝置每次發出脈衝時測取測力裝置的重量信號並依次相加，而該信號的大小是與該物料所處位置有關的，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，那麼，當某一物料隨皮帶從稱重區的支承端向測力裝置側運動並走完稱重區的全程，該物料重量信號之和為S＝KW/N+2KW/N+3KW/N+....+(N-1)KW/N+NKW/N1
其中S為重量信號之和;W為該物料的實際重量;K為常數，由測力裝置在稱重區所處的位置確定。
顯然，1式數列的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3式，則有W＝S/｛K(N+1)｝4
根據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次稱重結果之和除以｛K(N+1)｝或每次稱重結果除以｛K(N+1)｝再求和。由於N和K都是已知的，所以只要該物料在傳輸過程中經過稱重區的全程，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的不同位置分別作用的結果，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，只要物料經過稱重區的全程，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衝信號後，對測力裝置採樣，測力裝置的電壓信號通過輸入接口電路變換為數位訊號，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，本發明所涉及的裝置有許多已有皮帶稱重裝置所不具備的優越性首先本發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的全程，而這正是皮帶運輸的目的。由於有精確的算法，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，而不會在一個脈衝間隔裡突然增大。因此，對於外界的強幹擾，不管是機構的還是電氣的，計算機很容易識別並加以消除，從而也保證了稱量的高精度和穩定性。
其次，本發明所涉及裝置與皮帶速度和張力無關，同時，物料的分布和連續性也不會影響稱量精度，適於稱量各種散狀，塊狀，或袋裝物料，應用場合廣泛。本發明所涉及的裝置還具有結構簡單，造價低，安裝，調整和維護很方便的優點。
本發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原理圖側視2原理圖俯視剖面3實際裝置4電路原理中1A.驅動皮帶輪1B.皮帶輪2.稱架配重3A.稱架支承點託輥3B.託輥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9.荷載傳感器10.底架11A.稱架支承點支架11B.驅動輪支架12.驅動電動機13A.驅動輪軸承13B.稱架軸承13C.皮帶輪軸承14A.皮帶驅動軸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.顯示和列印23.控制和驅動裝置24.伺服機構將框式皮帶秤架(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)上稱架支承點託輥(3A)至皮帶輪(1B)之間為稱重區，驅動皮帶輪(1A)至稱架支承點託輥(3A)之間為物料緩衝區，物料從上方落下到緩衝區產生的振動幹擾不會影響到稱量精度，而到達稱重區時物料已經平穩運行，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動時，每轉過一個固定角度，光碼盤(17)即發出一個脈衝信號，相應地，皮帶輪每轉過一個固定的角度，皮帶也走過一個固定長度。這樣，通過光碼盤(17)就將整個稱重區分為N等分。光碼盤(17)每次發出的脈衝信號都輸入計算機(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)採樣一次。當被稱物料從緩衝區進入稱重區，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的全程，該物料的重量即被精確的稱量出來，而對於連續物料，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，本發明裝置的稱量精度與皮帶張力無關，與皮帶速度無關，與物料是否連續和分布是否均勻無關，同時，由於皮帶驅動裝置安裝在物料緩衝區，因此，電機(12)和減速箱(18)的振動也不會對稱量精度產生影響，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，可以在皮帶張緊後通過計算機任意設置N的次數，所以，對機械部件的加工精度無任何特殊要求，同時也使安裝調整更為簡便。另外，由於只使用了一支荷載傳感器，同時，由於算法簡單，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給出本發明裝置的一個實施例，在本裝置中為保證配料控制精度，採用了減速箱(18)傳動，為加強緩衝區兩支架的強度和安裝託輥，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，除在框式皮帶稱架(4)上裝有稱架配重(2)外，多數框架和支架均採用輕型工字結構或凹型結構。在框式皮帶稱架(4)和底架(10)上預留安裝孔，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(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和通用設備，伺服機構(24)用虛線框，是因為由於本發明裝置適用範圍很大，可以採用多種已有技術進行配料控制，當配料精度要求很高時，上料可採用步進式給料控制。使用光碼盤只是本發明的一例，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，在不超脫本發明的範圍內對於其各種零部件可以利用若干等同技術。
權利要求
1.可以對顆粒或粉末狀，塊狀及袋裝製品實現精確的皮帶稱重及配料的裝置，至少包括作為稱重區的框式皮帶稱架，測長裝置，測力裝置，接口電路和計算機，其特徵是---將框式皮帶稱架上的皮帶區段作為稱重區，框式皮帶稱架的一端用軸承或刀架支承，另一端作用於拉式或壓式測力裝置上，對於稱重區上任意位置的某一物料都能使測力裝置產生重量信號，而在稱重區外，物料的重量對測力裝置不產生任何作用，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過一個固定的角度，測長裝置即發出一個脈衝信號，並輸入計算機，測長裝置可以把稱重區分為N等分。
2.根據權利要求1的裝置，其特徵在於可以有兩個區，框式皮帶稱架的支承點的一側是稱重區，在框式皮帶稱架的支承點的另一側是物料緩衝區，物料緩衝區裝有皮帶驅動裝置，物料緩衝區與稱重區共用一條皮帶，稱重區和物料緩衝區在連接處共用一個固定在稱架支承點支架(11A)上的託輥或皮帶輪，該託輥或皮帶輪以及緩衝區的作用是使上料過程物料的垂直振動和皮帶驅動裝置的振動不會影響稱重區，同時使物料平穩地進入稱重區。
3.根據權利要求1的裝置，其特徵在於可以實現式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.根據權利要求1的裝置，其特徵在於測力裝置可以安裝在稱重區下的任意位置而不影響稱重精度。
全文摘要
可以對散狀或袋裝製品實現精確稱重的方法和裝置，它至少包括作為稱重區的框式稱架，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，物料緩衝區和稱重區，稱重區的稱架一端用軸承或刀架固定在支架上，另一端作用於荷載傳感器上，用測長裝置將稱重區分為N等分，只要物料走過稱重區的全程，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，精度高，造價低，安裝調整簡便，適用於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 優先權日1991年12月9日
發明者樊浩 申請人:樊浩