煤炭地磅快速定量裝車(chē)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)檢定方法探討
針對(duì)煤炭地磅快速定量裝車(chē)站稱(chēng)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和稱(chēng)量要求，結(jié)合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，提出基于集成檢定的裝車(chē)站稱(chēng)重系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)檢定方法及注意事項(xiàng)，并對(duì)地磅裝車(chē)站稱(chēng)重系統(tǒng)稱(chēng)量精度進(jìn)行了復(fù)驗(yàn)，為裝車(chē)站稱(chēng)重系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)檢定提供了方法依據(jù)。
1引言
地磅快速定量裝車(chē)系統(tǒng)在鐵路、公路及港口的應(yīng)用日益廣泛,對(duì)裝車(chē)精度要求也越來(lái)越隨著煤炭物料外運(yùn)而提高。地磅快速定量裝車(chē)系統(tǒng)用于煤炭貿(mào)易結(jié)算,要求稱(chēng)量準(zhǔn)確度等級(jí)達(dá)到0.5級(jí),快速定量裝車(chē)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)檢定是實(shí)現(xiàn)物料精確計(jì)量、定量裝載的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。煤炭地磅快速定量整車(chē)系統(tǒng)由于稱(chēng)重倉(cāng)的載重大、稱(chēng)量準(zhǔn)確度要求高,在安裝調(diào)試及使用過(guò)程中需要對(duì)其稱(chēng)量精度進(jìn)行出廠檢定難度大。
目前,針對(duì)裝車(chē)站定量稱(chēng)重系統(tǒng)的檢定通常采用加載標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行校核,在砝碼加載過(guò)程中,由于裝車(chē)站的稱(chēng)重倉(cāng)結(jié)構(gòu)尺寸大且位于較高的鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)上,現(xiàn)場(chǎng)加載砝碼的數(shù)量受到限制,無(wú)法滿足檢定的要求。在這種情況下,本文將結(jié)合裝車(chē)站稱(chēng)重倉(cāng)的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)條件,提出一種基于集成檢定的裝車(chē)站稱(chēng)重系統(tǒng)檢定方法并對(duì)稱(chēng)重系統(tǒng)的稱(chēng)量精度進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。
2裝車(chē)站稱(chēng)重系統(tǒng)的工作原理及組成結(jié)構(gòu)
煤炭地磅定量快速裝車(chē)系統(tǒng)中的稱(chēng)重系統(tǒng)主要由稱(chēng)重傳感器、稱(chēng)重倉(cāng)體結(jié)構(gòu)、稱(chēng)重儀表以及校驗(yàn)砝碼等組成(如圖1所示),其中稱(chēng)重倉(cāng)體結(jié)構(gòu)是用來(lái)承載煤炭物料的容器,在接收來(lái)自緩沖倉(cāng)卸料的同時(shí)要保證稱(chēng)量完的物料順利卸出。整套稱(chēng)重系統(tǒng)位于裝車(chē)站的中下部(如圖2所示),稱(chēng)重倉(cāng)體結(jié)構(gòu)由4只安裝在同一平面的柱式稱(chēng)重傳感器器支撐，在結(jié)構(gòu)四周設(shè)有防傾覆拉桿，使倉(cāng)體在豎直方向上不受約束。稱(chēng)重倉(cāng)最端處設(shè)有液壓提升油缸，同過(guò)吊鎖與校驗(yàn)砝碼相連。
當(dāng)稱(chēng)重倉(cāng)內(nèi)的物料重量發(fā)生變化時(shí)，稱(chēng)重傳感器內(nèi)部的彈性體會(huì)發(fā)生變形，使其內(nèi)部貼片電阻值發(fā)生變化，在激勵(lì)電壓（EXC+/EXC-）的作用下輸出與被稱(chēng)量物料重量成正比關(guān)系的直流電壓信號(hào)（SIG+/SIG-），該電壓信號(hào)經(jīng)稱(chēng)重接線盒通過(guò)屏蔽電纜傳送到相對(duì)應(yīng)的稱(chēng)重儀表。稱(chēng)重儀表接收稱(chēng)重傳感器的反饋信號(hào)，同時(shí)也為稱(chēng)重傳感器提供激勵(lì)電源，通過(guò)內(nèi)部處理器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為物料重量信號(hào)同時(shí)輸出到屏幕和 PLC。PLC 根據(jù)稱(chēng)重信號(hào)控制緩沖倉(cāng)、稱(chēng)重倉(cāng)閘門(mén)的開(kāi)、關(guān)動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)快速定量裝車(chē)系統(tǒng)的連續(xù)定量裝車(chē)，其電氣原理圖如圖 3 所示。
校驗(yàn)砝碼是用來(lái)對(duì)稱(chēng)重系統(tǒng)的精度進(jìn)行校準(zhǔn)的。10 個(gè)重量為 1t 的砝碼，放置在稱(chēng)重倉(cāng)兩旁，平時(shí)與稱(chēng)重倉(cāng)分離，進(jìn)行出廠檢定時(shí)，液壓油缸吊起砝碼，將砝碼重量加到稱(chēng)重倉(cāng)上，完成系統(tǒng)精度校驗(yàn)。
3.地磅裝車(chē)站稱(chēng)重系統(tǒng)的檢定方法
根據(jù)裝車(chē)站稱(chēng)重系統(tǒng)的工作流程可知，在煤炭定量裝車(chē)過(guò)程中，稱(chēng)重系統(tǒng)需要將煤炭物料分成若干個(gè)不連續(xù)的載荷并依次稱(chēng)量這些載荷的質(zhì)量來(lái)滿足不同客戶的需求，該系統(tǒng)具有典型的非連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器的特點(diǎn)。根據(jù) GB/T 28013- 2011的相關(guān)要求，非連續(xù)累計(jì)衡器的檢定需要從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。靜態(tài)過(guò)程的檢定相對(duì)容易一些，可采用直接加砝碼的方法。動(dòng)態(tài)過(guò)程的檢定需要模擬被檢衡器實(shí)際使用中稱(chēng)量載荷，常用的方法主要有分離檢定法和集成檢定法。
3.1分離檢定法
分離檢定法基本原理是在假設(shè)被稱(chēng)量載荷（或物料）在短時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的前提下，把被稱(chēng)量載荷（或物料）作為量值傳遞的臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)和媒介實(shí)現(xiàn)衡器的量值傳遞。實(shí)際檢定過(guò)程中可將快速定量裝車(chē)系統(tǒng)稱(chēng)量過(guò)的煤炭，放到準(zhǔn)確度較高的軌道衡上再進(jìn)行稱(chēng)量，該軌道衡可稱(chēng)為控制衡器。將軌道衡稱(chēng)量的示值作為載荷的約定真值，兩次稱(chēng)量結(jié)果的示值之差就是快速定量裝車(chē)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)示值誤差。上述檢定過(guò)程也可以反過(guò)來(lái)進(jìn)行，先在軌道衡上稱(chēng)量物料，再把已知重量的煤炭放到快速定量裝車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行稱(chēng)量，二者之差即為快速定量裝車(chē)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)示值誤差。分離檢定的過(guò)程中軌道衡與快速定量裝車(chē)系統(tǒng)相互分離，互不影響。
3.2集成檢定法
集成檢定是將分離檢定過(guò)程中的控制衡器作為被檢自動(dòng)衡器整體中的一個(gè)組成部分，該部分是具有確定載荷約定真值的指示裝置，在檢定過(guò)程中完成控制衡器的功能。集成檢定的過(guò)程中控制衡器與被檢自動(dòng)衡器是一個(gè)整體。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，量程較小的衡器檢定多采用分離檢定法，而量程較大的自動(dòng)衡器考慮到物料轉(zhuǎn)移工作量大多采用集成檢定法。由于裝車(chē)站稱(chēng)重系統(tǒng)的稱(chēng)量范圍在 50t~100t 之間，而且是典型的非連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器，考慮現(xiàn)場(chǎng)檢定條件和工作量，在裝車(chē)站稱(chēng)重系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)檢定過(guò)程中將采用集成檢定法。
4.現(xiàn)場(chǎng)檢定過(guò)程及誤差分析
地磅快速定量裝車(chē)站的稱(chēng)重系統(tǒng)，作為非連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器，具有量程大、精度高等特點(diǎn)，其采用集成檢定法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的具體過(guò)程如下。
4.1確定地磅顯示分度值，也就是稱(chēng)重儀表顯示讀數(shù)。
若控制衡器的準(zhǔn)確度較高、分度值足夠小、分度數(shù)足夠多，可采用直接讀數(shù)法，直接讀取控制衡器的顯示值作為物料檢定的約定真值。若檢定人員認(rèn)為控制衡器分度值不夠小、分度數(shù)也不夠多，應(yīng)采用國(guó)際建議和我國(guó)計(jì)量檢定規(guī)程中，經(jīng)常提到的“閃變點(diǎn)”法，獲得控制衡器化整前的示值，將化整前的示值作為物料檢定的約定真值。
以汽車(chē)定量裝車(chē)站稱(chēng)重系統(tǒng)為例，準(zhǔn)確度等級(jí)： 0.5，最大秤量載荷 Max=100t，檢定分度值d=e=50kg，最小秤量載荷 Min=20t，最小累計(jì)載荷∑min=20t。
國(guó)標(biāo) GB/T 28013- 2011 規(guī)定料斗秤檢定時(shí)，“當(dāng)試驗(yàn)衡器在使用地點(diǎn)時(shí)，可使用任何其他穩(wěn)定的載荷代替標(biāo)準(zhǔn)砝碼，此時(shí)應(yīng)至少有 50%Max 的標(biāo)準(zhǔn)砝碼”。
控制顯示器的指示試驗(yàn)載荷的質(zhì)量值，其分辨率至少是累計(jì)分度值分辨率的 10 倍。采用內(nèi)分辨率法讀取控制衡器的內(nèi)分示值，將控制衡器的內(nèi)分示值作為物料檢定的約定真值。分度值e=50kg 的料斗秤，儀表顯示度數(shù)可以細(xì)化到 5kg，免去現(xiàn)場(chǎng)小砝碼閃變法獲得約定真值的繁瑣過(guò)程。
4.2重復(fù)性試驗(yàn)
重復(fù)性試驗(yàn)誤差要求不大于衡器靜態(tài)稱(chēng)量的最大允許誤差。按照表 1 要求，10t 標(biāo)準(zhǔn)砝碼，重復(fù)提起 10 次，稱(chēng)量值 10t，e=50kg；m=10000/50=200。
準(zhǔn)確度等級(jí) 0.5，首次檢定最大允許誤差 ±0.5d=±25kg。即落在 ±25 為滿足重復(fù)性試驗(yàn)要求。
4.3性能試驗(yàn)
在物料測(cè)試之前，必須測(cè)試靜態(tài)稱(chēng)量性能。加載時(shí)應(yīng)從零點(diǎn)起逐步加到最大秤量點(diǎn)，然后以同樣的方式卸載至零點(diǎn)，稱(chēng)量點(diǎn)至少要選擇 10 個(gè)（必須包括最大秤量點(diǎn)和最小秤量點(diǎn)）。采用小砝碼確定閃變點(diǎn)法確定每一秤量點(diǎn)的誤差。本例儀表分度值為 5kg，可以直接讀取示值，查看誤差。因?yàn)橐呀?jīng)配備了 10t 標(biāo)準(zhǔn)砝碼，所以前 5 個(gè)稱(chēng)量點(diǎn)可以通過(guò)砝碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。后 5 個(gè)稱(chēng)量點(diǎn)可以在稱(chēng)量斗里迭加載至 100t 物料，然后通過(guò)砝碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)稱(chēng)點(diǎn)誤差不大于衡器靜態(tài)稱(chēng)量的最大允許誤差。100t 稱(chēng)量點(diǎn)允許誤差表如表 2 所示。
4.4物料試驗(yàn)
物料試驗(yàn)是料斗秤分別在最小秤量值 20t，最小累計(jì)稱(chēng)量 20t，最大秤量值 100t，這 3 個(gè)稱(chēng)量點(diǎn)進(jìn)行配料。每個(gè)稱(chēng)量點(diǎn)配料 5 次。也就是說(shuō) 20t 稱(chēng)量 10 次，100t 稱(chēng)量 5 次。配料時(shí)，只要接近稱(chēng)量值就可以，不需要完全一致。卸料方式不在考核范圍，可以一次或者多次卸載。但卸空的儀表讀數(shù)要求穩(wěn)定并被記錄。
這項(xiàng)試驗(yàn)主要考核主要稱(chēng)重儀表顯示數(shù)據(jù)與累計(jì)控制器之間的數(shù)據(jù)比較，累計(jì)誤差不大于±0.25%。
根據(jù)上述檢定方法和流程對(duì)地磅快速定量裝車(chē)站稱(chēng)重系統(tǒng)檢定后，隨機(jī)選擇 20 節(jié)火車(chē)車(chē)廂進(jìn)行煤炭物料的定量裝車(chē)，獲得相關(guān)稱(chēng)量數(shù)據(jù)如表 4 所示，裝車(chē)站稱(chēng)重系統(tǒng)的最大相對(duì)誤差為 0.24%，平均相對(duì)誤差為 0.15%，滿足 0.5 級(jí)秤的稱(chēng)量精度要求。
5.結(jié)論
本文針對(duì)煤炭地磅快速定量裝車(chē)站稱(chēng)重系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和稱(chēng)量要求，提出了基于集成檢定法的裝車(chē)站稱(chēng)重系統(tǒng)的檢定執(zhí)行步驟，并對(duì)裝車(chē)系統(tǒng)稱(chēng)重精度進(jìn)行了復(fù)驗(yàn)。為地磅快速定量裝車(chē)站稱(chēng)重系統(tǒng)的出廠檢定和型式試驗(yàn)提供了參考依據(jù)。
