〔提要〕ICS型水泥熟料电子秤采用类似于恒速定量给料秤的原理和特殊的弹性阻尼结构。克服或减少了输送带工作过程的张力、抖动、速度不均匀和振动等因素的影响，传感器远离热源不受温度影响，动态精度达1%F.S。
〔Summary〕Electronic scale ICS for cement clinker is based on the principle similar to that for weigh feeder with constant feeding rate and applies a special elastic damping unit，so that the influences of tension，trembling，velocity fluctuation and vibration during the operation of belt conveying will be eliminated.The sensor of the electronic scale is far from the heat sources，and will not be affected by the temperature.The dynamic accuracy reaches up to 1% F.S.
一、概 述
出窑和入磨的水泥熟料称重计量及定量喂料是水泥工业需要迫切解决的课题。尤其随着企业经营管理水平的提高，生产过程工艺控制和质量控制的要求，解决熟料计量、定量控制就更显得急迫。但是，由于熟料温度高、多粉尘和流量变化很大，给计量和定量喂料带来很多困难，这是熟料计量长期没能得到满意解决的主要原因。
为了解决这一重要技术课题，我们在多年酝酿、调研和资料分析的基础上，于1987年正式立题进行研究开发工作，于1988年底试制成功样机，经试验室测试和模拟实验达到了预期设计指标。秤体结构外形见图1。
1989年1月，无锡水泥厂和苏州木渎水泥厂先后使用该设备对出窑熟料计量进行在线工业生产考核。在连续两年多的工业生产运行中，系统稳定可靠，完全能适应高温、多粉尘和流量不均匀等恶劣的工作条件，计量精度达到±1%。
1990年9月后，又相继在无锡水泥厂2号窑的节能示范线和上海川沙水泥厂水泥磨配料系统中安装使用，代替皮带秤计量配料，再也没有烧皮带等现象，不但提高了设备的运转率，大大地减轻维修工作量，且仅免除皮带烧毁一项，每台磨每年可减少损失近四万元左右。
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图1 熟料秤秤体外型及安装尺寸
ICS型水泥熟料秤秤体部分结构于1990年2月获得国家专利，1990年5月获得计量产品生产许可证，1990年10月通过国家建材局组织的技术鉴定。
二、系统构成及工作原理
ICS型水泥熟料电子秤由秤体、称重显示控制器(分智能型和仪表型两种)和称重传感器三部分组成，并应配有预给料机。
ICS型水泥熟料秤的工作原理与恒速定量给料(皮带)秤基本相同。
在空载时，由于秤体对支点成机械平衡，秤体上的称重传感器可视为不受力(实际有一定的预压力)，此时，传感器输出为零。
当有物料通过输送带时，在秤体工作段上物料的重力作用下，秤架失去原来的平衡，使传感器受到负载压力，且此压力大小与秤上的物料量成比例。另外，传感器的弹性元件在压力作用下产生变形ε，ε与压力成正比，根据电阻应变式传感器原理，应变量ε与传感器的输出电压信号成正比。因此，传感器的输出电压信号与秤上的瞬时物料量成正比，即传感器的输出电压信号即为此瞬时秤上物料量的代表值，此时，当输送带的速度为V时，则秤的瞬时流量Qt为：
Qt=3.6qtVt (吨/时) (1)
式中：qt——单位输送带长度上的瞬时物料量(千克/米)；
Vt——输送带的瞬时速度(米/秒)。
则0到t时间内秤的累积流量Q为：
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式中：K1、K2——系数。
根据用户需要，ICS型熟料秤亦可作为定量给料计量设备，即传感器的输出信号经过转变放大、运算。由根据流量偏差来调节预给料机的瞬时给料量，并达到目标值、从而实现定量给料(见图2)。
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图2 工作原理
图中：V为输送带速度(米/秒)；P为传感器量程(千克)；L1为支点到落料处距离(米)；L2为支点到受力点距离(米)。
三、主要技术指标
输送物料温度：＜300℃；
输送物料粒度：10～60毫米；
动态累计误差：＜±1%F.S；
规格：120、80、60、40、20吨/时。
四、主要特点
1.秤体部分
(1)采用合金钢的履带式输送带，经冲压成型组装而成，能耐高温物料而不变形，耐磨、耐冲击，适于长期使用。
(2)金属输送带和输送链条均采用模具成型，并在设计上对托板形状作了特殊考虑，在运动过程中，特别是作转向运动时，不会相互碰撞而造成振动。另外，为了使输送链在运动中避免抖动，在主、从动链轮中间空隙带安装了上、下导轨，承托输送链条，使运动十分平稳，即使经长时间工作，输送链条伸长以后，仍可保持平稳(见图3)。
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图3 输送带工作状态示意图
(3)传动系统采用摆线针轮减速机，由于摆线针齿啮合数较多，重叠系数大及具有机件平衡的机理，可使振动限制在最小程度，减速比也十分可靠，对运行速度变化影响极小；加上本机自设测速装置，能精确测出输送带的实际运行速度，保证了较高的精度。
(4)支点受料。可承受物料下落的冲击，而不影响计量精度。
(5)采用特殊结构的辅助簧片装置，为保证较高的计量精度提供关键条件。由于整个秤架均为金属制成，本身自重较大，常规的簧片支承和刀刃支承都不能承受，故本秤采用轴承支承，但是轴承有摩擦阻力，会产生滞后现象，影响称量精度。为了克服支点轴承的摩擦力，保证秤体的线性和重复性，在传感器上方受力处安装一组辅助簧片，靠簧片的弹性平衡来保证秤体的计量精度，效果非常理想。
(6)称重传感器安装在隔热地带，不直接受到热传递。熟料秤在工作时，由于物料温度高达200～300℃，热扩散必将使热量传递到传感器上，而国产传感器的工作条件是-10～+50℃，所以，如不采取特殊措施，将会使传感器造成温飘，影响计量精度。为此，我们将传感器设计安装在秤体下部(见图1)，避免物料的热辐射，另外在传感器的上、下与秤体相接触部位，都镶嵌有高强度、绝热的聚四氟乙烯材料。这样，传感器仅受到室温的影响，可在其正常使用范围内工作，经实地检测，当物料温度在240℃左右时，传感器所接触到的温度为24℃(秋天)，因此可长久稳定工作。
2.称重显示控制器
a.智能型控制器
(1)采用高性能的Intei MCS—51系列工业控制八位单片机为核心器件，可靠性高。
(2)微机与外围接口全部用光耦器件隔离，抗干扰能力强。
(3)PID控制参数由软件自整定，自寻优，毋需现场再调试。
(4)具有掉电保护数据功能，故障声光报警等功能。
(5)配有全密封薄膜面板及轻触开关，安全、可靠。
b.仪表型控制器
(1)吸取了国外成熟的电路进行设计，稳定可靠。
(2)操作简便，维护方便，易掌握。
(3)具有掉电保持数据功能。
(4)适合技术力量较弱的单位使用。
五、安装使用及维护
1.安装(见图4)
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图4 熟料秤安装的工艺位置示意图
此秤安装简单，只要有一个基座，具备预给料机和落料斗即可投入使用。需要注意的问题是：该熟料秤适用于高温块状物料，物料粒度在10～60毫米为佳，当物料粒度在5毫米以下或超过60毫米少许时，本秤也可正常使用。但是，如果物料中粉尘较多时，则应降低预给料机与秤体工作面落差(50毫米左右为好)，并一定要安装排风吸尘装置，以保证良好的工作环境。
对特殊情况，还可根据用户要求改变外形，更利于工艺现场要求，方便用户。
电控仪在距离秤体100米的范围内，有一小房间即可，机房达到工厂化验室标准便行。
2.操作和使用
(1)开机前，应将电控仪通电预热半小时，然后调整传感器的预压力，其大小以传感器满量程的5～10%为宜。
(2)去除皮重。即将预压力和机械波动产生的零点输出值调整为零值。去皮必须在无物料时进行。
(3)运行。待去皮重完成后，即可启动预给料机，开始投料运行，进入正常工作。
3.维护
(1)由于熟料秤工作环境，粉尘很大，秤体上经常积灰。必须每班打扫秤体上的积灰、积料，然后去皮，以保证计量精度长期准确。
(2)当粉尘状物料较多时，经过一定时期的运行，一些细小粒子(＜3毫米)和粉尘将有可能通过输送托板缝隙漏到秤体机体内部，影响皮重。在这种情况下，只要将秤上输送托板拆下两块，造成一定空隙，将秤空转几圈，漏入秤体内的物料就会自行倒出，再将托板安上，调整去皮，又可继续运行。
(3)定期检查秤体各部位的润滑和磨损情况。
(4)电控仪机房内必须保持清洁，防止灰尘侵入机箱内部，损坏元器件，造成故障。
无锡自动控制设备研究设计所 唐建东
