粉状翰料动态计量登置的矾镧木但斌斌，周鼎，林又红，李志红（武汉科技大学机械自动化学院）摘要：在建设工程的生产过程或工艺流程中，对各种粉状物料称重技术的要求愈来愈高。研制出适合我国国情的粉状物料动态计量装置，实现粉状物料的纯动态计量，该计量装置结构稳定可靠、性价比高，单次计量与累计计量的计量精度能同时达到国家标准。关键词：粉状物料；动态；计量装置由于粉状物料粒度细、容重小、流动性强、易扬尘和跑料冲料，而且受水分、温度、压力、充气状态的影响较大，给计量和控制带来困难。目前，对粉状物料的称重计量一般有动态和静态两种计量方法。对于水泥等固态粉状物料，要想提高计量速度，其容器容量必须加大，故使设备结构笨重，操作较为不便，况且水泥作为建筑材料用量相当大，静态计量就显得不可取。动态计量是一种快速计量，要实现固态粉状物料的动态计量，就要有体积小、计量速度快的计量装置。但目前的计量设备虽能满足累计计量精度不大于±１％的要求，却不能满足我国水泥计量标准中的单次计量精度±２％的要求。为满足粉状物料计量的需要，研制了一种粉状物料动态电子计量装置，该装置的单次计量和累计计量精度同时符合国家标准。ｌ泥及其它粉状物料的自然密度与密实后密度的特点，从中发现：虽然粉状物料的自然密度因种类不同而差异很大，但经密实后它们都有一个稳定的相对极限点。例如，黏土在经特殊捣实设备捣实８次后，密实度系数可达到９９％，捣实１０次可达９９．１％，捣实１２次达９９．２％，但捣实１４次后其密实度系数仍为９９．２％，且以后再增加捣实次数对这一数值的影响已基本不大。与黏土的性质相似，虽然各种成分水泥的自然堆重比因种类不同而有较大的差异，但密实后各种水泥的堆重比的极限值都趋近于１．７ｔ／ｍｓ。根据这一发现，提出了被压实后的粉状物料的密实度系数接近于一个相对常量，可以像流体一样利用体积来计量其质量的理论，并据此对粉状物料用相对经济的手段进行特殊处理，使它们的密实度系数成为稳定的相对常量，成功地研制出如图１所示的动态计量装置，该装置可在全密封系统内进行连续动态的计量。设计原理要将粉状物料的计量实现像流体一样的动态计量，前提是粉状物料的密实度要像流体一样是一个常数，而粉状物料的密实度系数通常情况下不是一个常量，以水泥为例，其密实度系数为０．５３～１ｔ／ｍ３、自然堆重比为０．９～１．７ｔ／ｍ３。因此要利用粉状物料的流动性实现粉状物料计量像加油站油品计量一样的连续动态计量难度很大。目前，国内外用于粉状物料动态计量的装置一般采用称重传感器进行静态称重，利用其密度进行连续高速度的质量计量。针对建设工程中存在的计量问题，经过多年探索和大量的试验研究，总结分析了各种不同成分水图１散装水泥动态自动计量装置实物图２动态计量装置的工作原理与关键结构该粉状物料动态计量装置的工作原理是：将从料仓（工地移动罐等）流出的粉状物料（特别是散装｝基金项目：国家科技部科技型中小企业创新基金资助项目（０５Ｃ２６２１３７００９６９）；国家重点新产品项目（２００５ＥＤ７４００３３）作者简介：但斌斌（１９７０一），男，湖北鄂州人，硕士，副教授，研究方向：机械设计理论及制造业信息化。一１２—万方数据水泥）输送至计量装置进料系统，经过机械正负反馈系统（克服料仓内粉状物料量的多少对出口量不均匀的影响）、高频微振系统、纵横向挤压仓、恒压仓、恒压门、强迫式卸料机构等，使流出来的粉状物料的密实度系数（容重）成为一个相对常数，再采用光控扫描计量输出的体积值，由电脑计算出粉状物料的质量，并显示或打印单次计量和累计计量的具体数据。动态计量装置的工作流程如图２所示。厂毽噩噩母墨一｜强迫式卸辩机构Ｉ’ｌ仓、恒压仓１１ｔ｜黼素毳卜—一诱．鼗藉印ｌ扫描系统广————］诱‘量显示、打印Ｉ图２工作流程图２．１主体结构动态计量装置的结构图如图３所示。１２３４５６７８９１０１．电动机２．计算机控制系统３．传动系统４．隔离板５．自动恒压伸缩机构６．恒压门７．阻力网８．壳体９．绞龙推进器１０．进料口１１．微振系统电动机１２．微振系统的传动系统１３．光电传感器１４．高频微振装置１５．机械正负反馈系统１６．纵横向挤压仓１７．恒压仓１８．出料口１９．摇摆恒压压杆图３动态计量装置结构简图２．２关键结构设计２．２．１进料口设计由于与粉状物料动态计量装置配套的水泥移动罐等料仓下料口一般是圆锥角为７０。的圆锥体，而圆锥体下料口最容易在水平方向和垂直方向上对粉状物料形成推拱应力，造成水泥下料不均匀，不能保证计量装置中的正常供料。为解决此问题，通过多次研究试验，决定改变下料口和计量装置进料口的形状，将两接口设计成“长圆形”，在长轴的中点对水平方向的推拱应力形成破坏点，来保证下料以持续“雪万方数据崩”的形式进行，进而保证计量系统能够“吃饱”。从试验结果来看，这一设计基本上克服了下料口对物料形成挤压而产生推拱应力的问题。２．２．２高频振动恒压仓设计根据粉状物料常规的颗粒度及质量，计算产生粉状物料共振的条件（约为５０～６０Ｈｚ），设计出本装置特有的高频振动恒压仓结构，即高频微振系统、纵横向挤压仓、恒压仓。此结构的工作原理是：利用高频微振系统加大纵横向挤压仓的人口流量，但过多的人口流量又会通过特殊机械构造自动返回进料口处，使进入恒压仓内的粉状物料量保持相对稳定（一级流量控制），形成机械正负反馈系统；再经过纵横向挤压仓对粉状物料的纵横向挤压，使粉状物料的密实度系数成为相对常量（二级流量控制）。所以，高频振动恒压仓是保证粉状物料密实度系数达到相对常量的９９％±ｌ％的核心。２．２．３强迫式卸料机构和阻力网研究发现，计量非常准确的设备不一定得到准确的计量结果。因为计量系统中，计量后的粉状物料在计量系统内粘附的残留量直接影响计量输出精度。因此，研究设计了强迫式卸料机构，强迫粉状物料以一定的线速度抛出，用以减少计量装置中已经计量过的粉状物料在计量系统中的粘附量，保证计量输出精度。另外，为了克服粉状物料的自然堆角现象对计量精度的影响，还在恒压仓出口处增加了阻力网。２．２．４电控系统设计使粉状物料的密实度系数成为相对常量是实现粉状物料动态计量的关键条件，但准确计量输出的粉状物料的体积也是一个重要条件。在控制系统中，采用光控电子扫描控制并计量粉状物料的流量，然后用电脑进行输出质量换算和输出总量统计，这一设计方案提高了计量精度。３主要技术参数及计量特性为更形象地表现该粉状物料动态计量装置的技术参数及计量特｜生，将其与国内外其它同类产品进行比较，如表１所示。通过比较不难看出，粉状物料动态计量装置具有明显优势，全密闭完成动态计量，计量精度高且无污染，装置质量轻，价格也具有很强的竞争力，适合国内外建筑工地使用，市场前景广阔。一１３—表１项目与国内外其它同类产品的对比国内外其它同类产品粉状物料动态计量装置①管道内实现粉状物料动态体积计量；②可定量①粉状物料半敞开式用静态称重传感器计量质单次计量和累计计量；③通过处理使流动出来的量；②累计计量；③进人大圆盘隔仓内的粉状物料粉状物料密实度系数成相对常量，光控扫描计量用静态称重传感器称重，转动后卸料，另一半隔仓计量特性输出粉状物料体积，反映粉状物料输出总量；④再装粉状物料，再静态称重，再转动卸料；④半敞结构简单，粉状物料在密封装置内计量，对环境开式装、卸料，对环境有粉尘污染；⑤自由落体状无粉尘污染；⑤计量准确；⑥对使用环境无要求，态下物料的冲击对称重传感器计量精度有影响；运转可靠，能在建筑工地的恶劣条件下正常使⑥对使用环境有要求，称重传感器对环境反应敏用。外形尺寸（长×宽ｘ高）２２５０×４２０×５００ｌ１８０×１１８４×１４００感，在建筑工地的恶劣环境下使用时容易损坏。，（ｍｍ×ｍｍ×ｍｍ）质量／ｋｇ计量速度／（ｔ／１１）参考价格／万元２８０２０３７２０２０８～８０４粉状物料动态计量装置测试及精度分析在粉状物料的计量过程中，控制单次计量误差比控制累计计量误差的难度要大得多，主要原因是计量装置中有不同程度的残留余量。该粉状物料动态计量装置增设了控制残留余量的结构，保证未经称量的物料不随称量后的物料流出，同时采用强迫式卸料机构将计量后的粉状物料及输出系统内附着的粉状物料被强制清理后推出，保证粉状物料残余量不是一个随机变量，并使其残余量在规定值以下，计量误差达到国家标准。对计量装置共测试了８０００组数据，其中粉料量为５０ｋｇ的４０００组，１００ｋｇ的３０００组，１５０ｋｇ１０１１１２表２粉状物料（水泥）１００ｋｇ称重测试结果序号１２３４５６７８９设定输出实际输出误差／（％）１００－０．５—１．５１．８１０１１．９—１．２０．５序号１３１４１５１６１７１８１９２０２１２２２３２４设定输出实际输出误差／（％）一ｌ—１．４００１．８１．３０．５０．８－１．１一Ｏ．２００．２量／ｋｇ量／ｋｇ１００１００１００１００１００１００１００１００１００１００１００１００１０１．０１００．０１００．０９９．５９８．５１０１．８１０１．０１００．０１０１．０１０１．９９８．８１００．５量／ｋｇ量／ｋｇ１００１００１００１００１００１００１００１００１００１００１００１００９９．０９８．６１００．０１００．０１０１．８１０１．３１００．５１００．８９８．９９９．８１００．０１００．２的１０００组。表２所示为未设置控制粉状物料残余量装置时，粉料量为１００ｋｇ的３０００组测试数据中的２４组数据。检测的环境条件如下：温度１８℃，相对湿度６６％，检测用物料为４２５号硅酸盐水泥。由表２可以看出：１）每次输出误差都小于国家标准（不大于±２％）；２）２４次设定输出值与实际输出值的最大相对误差为１．９％；３）２４次设定输出值与技术储量值的累计值相对误差为０．２０４％，设计输出量为２与高频振动相结合的强迫式卸料机构，可将进入输出系统中的粉状物料强迫推出，达到了准确计量的目的。５结束语该粉状物料动态计量装置结构简单、紧凑；对环境无粉尘污染，节能环保；无称重传感器，价格低廉，运转可靠；计量准确，精度高；对使用环境无要求，能在腐蚀、粉尘、高温等恶劣作业环境下正常工作。该项研究成果已通过湖北省科技厅组织的科学技术成果鉴定，认为已达到国际先进水平。该产品获ｋｇ，实际输出量为２４０４．９ｋｇ。实际应用表明，新型计量装置单次计量标准偏差小于±２％，４００累计标准偏差小于±１％，累计标准偏差小于－＋０．８％，均达到国家水泥计量标准。可见，为了消除计量装置粘附残余料的影响，在输出系统内设置机械清理一１４一万方数据得２００７年湖北省技术发明三等奖，被评为国家重点【２】林右红，但斌斌，周鼎．粉状物料动态计量的研究【Ｊ］．新产品；已向中华人民共和国国家知识产权局申请武汉科技大学学报（自然科学版），２０００（３）：２６３—２６４．２项专利，并获得授权（专利号ＺＬ２００５１００１８２１６．１，【３】王书鹤，王宁．粉状物料计控一体化装置的设计与实ＺＬ２００５２００９５０７９．７）。现【Ｊ］．工业计量，２００３（３）：１９—２２．［４］安世奇．面粉自动称量控制［Ｊ］．控制工程，２００７（４）：参考文献３５０－３５２，３９４．［１］但斌斌，林又红，周鼎．ＷＧＹ３００型粉状物料动态电子计量装置的测试及精度分析［Ｊ］．武汉科技大学学报通信地址：湖北省武汉市青山区建设一路武汉科技大学（自然科学版），２００４（１）：４１－４３．２２５信箱（４３００８１）（收稿日期：２００８—１２一叭）李玉喜（厦门市金利业制动系统科学研究所）工程车辆制动系统的气源来自空压机，空压机脉动现象，尤其是在空压机的输出口处更为严重，上的输出口与油水组合阀的进气口之间连接有一管越细产生的脉动越强烈，对冷凝管的破坏性越条管路，一般称之为冷凝管。其主要功能是对从空强。另一方面，压缩空气温度较高，要求冷凝管还要压机出来的压缩空气进行有效地降温，以满足后续有良好的散热性。部件对工作温度的要求。综上所述，冷凝管必须具有重量轻、能够缓冲传统的冷凝管采用的是钢管或铜管，存在连接振动、强度高、散热性好、接头处不易断裂、管内壁头处较容易断裂、降温效果不理想以及不容易安装不易锈蚀，以及能够根据装配现场需要自由弯曲布和维修等问题。空压机一般安装在发动机机体上，置等特性。通过对钢管、铜管、不锈钢波纹管等不同而油水组合阀是安装在车架上，因此冷凝管的两端材质的比较试验，认为不锈钢波纹冷凝管的特性符要分别连接发动机和车架这两个相对独立的系统。合要求。发动机工作时，会产生高频率的强烈振动，车架也会随之振动，但两者的振动频率不同，这会使冷凝１新型制动系统冷凝管管的两端产生不同的振动和位移，从而造成冷凝管采用不锈钢材料制作的新型冷凝管如图ｉ所在接头处断裂。此外，空压机产生的压缩空气存在示。不锈钢波纹管５的一端设置止挡凸槽７，止挡凸１．活接头２．内接头３．密封垫４．连接螺母５．不锈钢波纹管６．止挡垫圈７．止挡凸槽图１新型冷凝管结构组成作者简介：李玉喜（１９６３一），男，福建厦门人，硕士，高级工程师，研究方向：制动系统的设计与开发。一１５—万方数据