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            模擬惡劣工況下的物料試驗

            作者:袁延強 盛伯湛 陸勤生    發布于:2014/6/4 11:27:50




            —— 介紹一種皮帶秤耐久性試驗方法


            [摘要]  計量器具能否長期穩定于預期的準確度是用戶的主要關注點。我國皮帶秤的檢定規程、標準及國際建議都設置了耐久性條款,有助于促進皮帶秤的可靠性,然而卻沒有提出如何評價皮帶秤耐久性的具體試驗方法與指標。鑒于皮帶秤的耐久性在很大程度上體現在它對于惡劣環境和工況的適應能力,我們采用了能量化、可復現的模擬惡劣工況試驗來評價皮帶秤的耐久性。

            [關鍵詞]  皮帶秤試驗;耐久性試驗;型式評價

             



            眾所周知,皮帶秤極易受到各種外界因素的影響而使計量結果不可靠。因此評價作為可靠性(reliability三大要素之一的耐久性(durability),對于皮帶秤的意義尤為突出。(另兩個要素分別是操作安全性Security of operation”和“可修復性restorability”)


            1.  一種新的皮帶秤耐久性試驗方法

            皮帶秤的耐久性在很大程度上體現在它對于惡劣環境和工況的抵御能力。生產出性能良好,能適應惡劣環境和工況,容易安裝、免于維護的皮帶秤一直是我們的愿望。經過三年多的努力,我公司研發的陣列式皮帶秤(專利號:ZL2007 1 002 5317.0),已走向市場,受到眾多用戶的歡迎。在研發過程中,我們采用模擬惡劣工況下的物料試驗來對產品的耐久性摸底試驗。

            皮帶秤是一種動態自動衡器,物料試驗是目前被普遍接受的試驗方法。為了將物料試驗成為對皮帶秤的開發、設計、改進提供依據的常規手段,我公司投資兩千余萬元建造了“多輸送機接續 物料循環式 多功能皮帶秤自動校驗系統(專利號:ZL 2008 2018 6875.5”及附屬工廠,該系統已由江蘇省科技廳和財政廳命名為“江蘇省動態稱重工程技術研究中心”。對于陣列式皮帶秤在額定操作條件及模擬惡劣工況下的性能試驗即在該中心進行。

            1.1 惡劣工況模擬試驗的方法和要求

            我們的試驗方法是:在模擬惡劣工況下,對皮帶秤進行散狀物料自動稱量試驗,每次試驗的物料量不少于最小累計載荷。試驗前允許對空秤重新校零,但不得修正斜率系數。要求:物料試驗的動態累計誤差不大于相應準確度等級皮帶秤使用中檢驗的最大允許誤差。

            現行國際建議OIML R50:1997規定的準確度等級是0.5級 (1)。對于本公研發的陣列式皮帶秤(8稱重單元),我們按優于該等級的0.2級指標考核,即:在額定操作條件下,動態累計誤差不劣于 ±0.1%;模擬惡劣工況時,動態累計誤差不劣于 ±0.2%。

            1.2. 惡劣工況模擬試驗的項目

            為涵蓋使用現場常見的惡劣工況,我們選擇了以下五項模擬工況試驗:

            1.2.1 給料流量變動影響試驗

            在同一次物料試驗的過程中,人為改變給料流量的大小,其中最大給料流量不小于最大流量的80%,最小給料流量可至0,給料流量變化循環次數不少于2次,斷流無料時間不少于五分之一的試驗時間。

            1.2.2 皮帶張力影響試驗

            上述中心的校驗系統所配套輸送機的皮帶張緊裝置下增設了水箱,通過遠程自動控制水箱的給排水,可以改變皮帶張力的大小,以模擬皮帶張力的變化。

            試驗時,水箱的貯水量改變不少于400kg(對于帶寬650 mm、800 mm皮帶秤)、600kg(帶寬1000 mm)、700kg(帶寬1200 mm)。在水箱的貯水量改變后進行物料的自動稱量試驗。

            1.2.3 托輥跳動和非準直性影響試驗

            在各稱重單元的每一托輥組上任選1支托輥,在其表面各綁扎直徑大于φ3的鐵絲不少于3根,鐵絲大致沿托輥外柱面母線安放并按底面圓周均布,以此模擬托輥沾料。

            這時托輥的徑向跳動劇增,輸送機托輥組序列的準直性遭到破壞,且發生機架振動和皮帶跳動。與此同時進行物料的自動稱量試驗。

            1.2.4 水平力影響試驗

            在各稱重單元的每一托輥組上任選1支托輥,用木塊或其它合適材料,使托輥不能轉動。

            在模擬托輥被堵轉,對皮帶造成水平力的條件下進行自動稱量試驗。

            1.2.5 帶速變動影響試驗

            改變皮帶輸送機驅動電機供電變頻器的輸出頻率,使帶速降低到原帶速的25%以下(但不低于電機和變頻器的許可頻率),在皮帶速度與原速度偏差很大的條件下進行自動稱量試驗。

            2. 選擇模擬惡劣工況試驗評價皮帶秤耐久性的理由

            2.1 現行法規無耐久性試驗的具體方法和程序

            《連續累計自動衡器》國家計量檢定規程JJG 195-2002和國家標準GB/T 7721-2007依照OIML R50:1997設置了耐久性條款,要求電子皮帶秤在使用中長期保持其性能特征,能在額定操作條件下不超過最大允許誤差;能在受到干擾時不出現顯著增差,或能檢測出顯著增差并對其作出反應。然而,上述三種技術法規卻語焉不詳,都沒有提出如何評價皮帶秤耐久性的具體試驗程序。

            2.2 皮帶秤性能對于工況的依賴性強

            皮帶秤性能對于工況的依賴性強。物料重力以外的附加力騷擾會對稱重傳感器產生影響,而這些附加力在皮帶秤使用中是極易出現的。物料流量大小、皮帶厚薄和松緊度、托輥高度差(準直性)、皮帶輸送機上升傾角(凹凸彎曲)等諸因素的變化均會引起皮帶張力的變化,皮帶運行時會對托輥施加水平力,托輥沾料會引起皮帶的跳動和跑偏,皮帶速度的不穩定也會造成稱重累計失準。為了減小上述不利因素的影響,傳統理論對于皮帶秤的制造、安裝、維護提出了很高的要求。下面是《電子皮帶秤》舊規程JJG 650-90曾提出過的部分要求:

            ·皮帶接頭不超過三個,各連接段皮帶型號規格應一致。不能用金屬卡子連接,應粘接。接縫與皮帶側邊夾角不大于45°1.3.2);

            · 輸送機縱梁在最大負荷下的相對撓度不大于0.012%1.3.5);

            ·稱重框架在最大流量下撓度小于0.5mm2.4.1);

            ·托輥的徑向跳動應小于0.2mm,軸向竄動小于0.5mm2.4.2);

            ·諸托輥與皮帶接觸的共面性(即準直性)應不大于0.5mm2.4.3)。

            雖然現行技術法規已不明文規定上述要求,但仍有不少廠家把這些要求列入了皮帶秤裝配調試工藝,以求他們的產品能在試驗中達到規定的指標。然而,即使在安裝時暫且滿足了這些要求,也難以在皮帶秤使用現場長期保持,又如何體現皮帶秤的耐久性呢?用激光準直儀固然可以在調整托輥高度時做到0.5mm的共面度,但氣候和時效中的應力變化都可能使原本精心調好的準直性遭到破壞,而皮帶、托輥的松動或沾料更可能使改變的尺寸遠遠超過要求的共面度公差。某種型式皮帶秤抵御惡劣工況的本領,在很大程度上反映了其能否長期保持規定計量性能的潛在能力。 

            2.3 在用戶現場定期復檢的方式不適合型式評價

            有人認為,耐久性試驗是為檢驗被測皮帶秤在經過規定的使用周期后能否保持其性能特征的一種試驗;因此可以用周期檢定或使用中檢驗來作為耐久性試驗的方法。

            我們認為,這種產品投用后再檢的方式僅是對于某臺特定皮帶秤的耐久性評價,并不能反映該型號系列的普遍狀況,不適合于型式評價。因為:

            1)型式評價的對象是新產品或試制階段的老產品(如在結構、材料、工藝等方面有較大改變,或轉廠生產等情況),把客戶對于未經耐久性評價的個別試制產品的試用作為規范的型式評價方式,顯然缺乏代表性和說服力,對客戶也是不負責任的; 

            2)在用戶現場以定期復檢的方式進行耐久性試驗,要求被測皮帶秤在兩次試驗的間隔期間不得調整。這一的要求可能會影響用戶的正常使用,也難以得到有效地監督保證;

            3)各家用戶的環境、工況和維護水平有很大的差異,試驗條件難以量化和可復現,無法做到基本一致,會使試驗結果缺失公正的可比性。

            2.4  短時高嚴酷度試驗是耐久性試驗的普遍原則

            IEC已經制定了數以百計的環境試驗方法作為對電工電子產品耐久性的評判依據。這些方法多數屬于用較短時間的高嚴酷度試驗來模擬長期的影響。例如,用幾十小時或幾天的高低溫或濕熱循環來模擬一年四季的氣候變化,以各種頻率和加速度的振動、沖擊或跌落來模擬使用周期中可能出現的種種意外,等等。我們認為,同樣可以用模擬惡劣工況的試驗作為對皮帶秤使用現場耐久性的評判依據。

            結語

            三年多來,我公司開發的多稱重單元陣列式皮帶秤在大量的物料試驗支持下,結構日益完善,性能不斷改進,能在各種惡劣的環境和工況中長期保持優于0.2%的準確度,成為客戶樂于選用的大宗物料快速貿易計量的解決方案。其中,模擬惡劣工況試驗這種行之有效的耐久性方法所起的作用功不可沒。為此,我們認為模擬惡劣工況試驗作為型式評價的耐久性評價方法是可行的,也愿意為其他廠商生產的皮帶秤提供試驗場地和設施,使眾多皮帶秤的性能都能長期滿足規定的要求,讓古老的皮帶秤技術煥發青春!


             

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