Наиболее распространенными весами непрерывного действия для сыпучих материалов являются конвейерные весы, посредством которых материалы взвешиваются без разрыва потока во время их перемещения конвейерной лентой.
Система взвешивания может быть встроена в любой ленточный конвейер независимо от его размера или производительности, типа ленты — плоской или желобчатой, на горизонтальных или наклонных участках конвейера, лентах из ткани или со стальным кордом. Они представляют собой относительно недорогую конструкцию, пригодную для контроля процесса или учетных операций, где не требуется высокая точность, хотя в последнее десятилетие точность и надежность конвейерного весового оборудования значительно повышены.
Конвейерные весы состоят из одной или нескольких роликоопор, установленных на грузоприемной платформе. Нагрузка на ленту передается с грузоприемной платформы или непосредственно, или через рычажную систему на силоизмерительный элемент, который может быть электрическим, механическим, гидравлическим или пневматическим. Сигнал силоизмерительного элемента обычно комбинируется (перемножается) с другим сигналом, представляющим скорость ленты. Комбинированный выход с грузоприемного элемента и датчика скорости ленты дает производительность конвейера, т. е. расход материала, проходящего над весами. Суммирующее устройство интегрирует сигнал производительности по времени, результатом чего является регистрация общего количества материала, проходящего через конвейерные весы, цифровым считывающим устройством.
Обычно точность конвейерных весов зависит от трех факторов:
стабильность весов и встроенных программных средств, а также точность, с которой могут интегрироваться входные переменные: нагрузка на весы, скорость ленты и точность отсчета получаемого на выходе сигнала;
эффективность, с которой могут быть определены фактическая нагрузка на ленту и скорость ленты; к сожалению, эффективность измерения нагрузки материала на ленту уменьшается так называемым «влиянием ленты», которое связано с изменениями натяжения и прочности ленты, и непосредственно определяется смещением ленты между весовыми роликоопорами и соседними стационарными роликоопорами;
точность возможной калибровки системы, соответствующей фактическим эксплуатационным условиям.
Основными узлами конвейерных весов являются грузоприемное устройство, весовой механизм, датчик скорости и интегратор со счетчиком.
Грузоприемное устройство весов. Грузоприемное устройство весов должно передавать усилие, воспринимаемое весовыми роликоопорами, на весовой механизм. В основном передается только сила, направленная перпендикулярно к поверхности конвейерной ленты. Известны различные конструкции рам грузоприемных устройств.
Весовые механизмы. За исключением тензометрических датчиков, непосредственно воспринимающих нагрузку, в большинстве весового оборудования используется сложная рычажная система (обычно комбинация рычагов первого и второго рода). Рычаги позволяют уравновешивать нагрузку и проводить ее измерение в более практичном диапазоне. Рычажные системы не только позволяют уменьшать действие нагрузок, но также служат для концентрирования нагрузки в одной точке, что обеспечивает удобство измерения. Они выравнивают силы в вертикальном направлении, так что на точность измерения не влияют боковые силы.
В обычной области взвешивания имеется четыре основных метода:
- стандартный противовес, в котором используется известная масса груза для уравновешивания непосредственно или через систему рычагов;
- пружинный силоизмеритель, где приложенная сила вызывает деформацию упругого элемента (пружины) до состояния равновесия, когда силы упругости элемента соответствуют приложенной силе (к этой категории относятся также тензометрические датчики);
- пневматический или гидравлический силоизмерители, в которых создаваемое давление уравновешивает силу;
- использование для уравновешивания магнитных и подъемных сил.
Датчики скорости ленты. Для расчета производительности требуется точное измерение скорости ленты и перемножение сигналов нагрузки на ленту и сигналов ее скорости. Датчик скорости ленты должен постоянно быть в контакте с лентой либо непосредственно, либо через барабан или ролик и должен иметь низкую инерционность, чтобы следовать за изменениями скорости ленты. Так как конвейерная лента упругая и при натяжении удлиняется, скорость ленты не остается одинаковой по всей ее длине; определено, что колебания скорости составляют 0,3—0,5 %. Следовательно, необходимо осуществлять измерение скорости на участке ленты, расположенном по возможности ближе к месту повышения нагрузки. Для измерения скорости в настоящее время используют тахогенераторы постоянного и переменного тока с напряжением на выходе, пропорциональным скорости ленты, или импульсный датчик, с помощью которого импульсы даются пропорционально скорости ленты.
Интеграторы и суммирующие устройства. Последним звеном в конвейерных весах являются интегратор и суммирующее устройство, определяющие массу материала, проходящего через конвейерные весы. Интеграторы можно сгруппировать следующим образом:
- механические, например, шариковые, конусные или ленточные дисковые интеграторы;
- электрические, интегрирующие аналоговые или импульсные сигналы;
- гибридные или комбинация механических и электрических систем.
Очевидно, что небольшие колебания натяжения ленты, длинные весовые пролеты, хорошая соосность установки весов и небольшие прогибы весов под нагрузкой важны для получения приемлемой точности взвешивания на конвейерных весах.
Тарирование конвейерных весов. Подобно любому точному механизму, необходимы предварительные тарирование (установка нуля), юстировка и последующая проверка. Методы юстировки делят на три категории: метод с прохождением материала, цепной метод и метод статического взвешивания. Общим для любого из этих методов является установка нуля.
Тарирование всегда начинается с проверки установки весов, их чистоты и общего состояния, соответствующего желаемой точности. Для тарирования необходимо, чтобы лента конвейера была пустой; элементы, регулирующие установку нуля, необходимо поднять или опустить, если счетчик показывает большее или меньшее общее число оборотов ленты.
После того как будет правильно установлено положение нуля, на суммирующем устройстве весов будет нуль для каждого полного оборота ленты без груза на ней. Следующий этап — осуществить юстировку пролета так, чтобы показание на счетчике суммирующего устройства было равно фактической массе материала, проходящей через узел взвешивания (в пределах определенного допуска). Если показание весов завышено, то длина пролета взвешивания велика и ее следует уменьшить настолько, чтобы была отсчитана правильная масса.
Регулировка длины пролета не влияет на тарирование, а тарирование не влияет на длину пролета. Однако тарирование перед проверкой юстировки пролета должно быть тщательно проведено. Наилучшим методом юстировки пролета является система с нагрузкой материалом; это дает наибольшую гарантию точной градуировки, так как представляет прямое испытание всей системы, определяющей суммарную массу в эксплуатационных условиях. Этот метод юстировки имеет ряд преимуществ над цепным методом: при почти таком же натяжении ленты во время юстировки, как и при нормальной эксплуатации, перемещение весовой системы под нагрузкой также имеет обычную величину и юстировку для проверки линейности легко осуществлять при нагрузке более тонны.
С целью поддержания точности всей системы проверку градуировки следует выполнять достаточно часто. Обычно установку на нуль проводят ежедневно, а интервал между градуировкой пролета должен определяться, исходя из опыта эксплуатации данных весов. На погрешность взвешивания влияют чувствительность системы к окружающим условиям, устойчивость конструкции, физические свойства конвейерной ленты и накопление пыли или просыпь материала на подвески весов.
Выбор конвейерных весов. Выбор оборудования для непрерывного взвешивания и его размещение требуют особого внимания на ранних этапах проектирования предприятия. Натяжение ленты в месте взвешивания необходимо сохранять по возможности постоянным, и, если позволяет проект предприятия, следует устанавливать грузовое натяжное устройство. Наилучшего качества стыка ленты достигают при его вулканизации.
Для обеспечения постоянного натяжения, а также контроля расхода материала грузоподъемное устройство должно устанавливаться ближе к точке загрузки с учетом достаточного расстояния, позволяющего материалу разгоняться до скорости ленты. В пределах участка взвешивания не следует устанавливать фартуки и направляющие роликоопоры.
При пуске в эксплуатацию все роликоопоры в пределах длины грузоподъемного устройства должны быть установлены соосно, и эту соосность не следует нарушать.
Если взвешивание необходимо выполнить на наклонном участке конвейера, то наклон должен быть таким, чтобы материал не скатывался назад по ленте. Место расположения весов должно быть достаточно чистым. Важно хорошее ремонтное обслуживание конвейерных весов и ленточного конвейера. Лента не должна иметь бокового смещения, и следует избегать излишнего просыпания материала на платформу, что может вызвать механическое заклинивание и потребует более частого тарирования весов.